CTM 100+ – Steigerung der Modulleistung durch Analyse der Zelle-zu-Modul-Verluste mit SmartCalc.CTM

Laufzeit: April 2016 - Juni 2019
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: Fraunhofer CSP, Heckert Solar, SI Module, f|solar, Aluminium Féron, Wavelabs, Pi4 robotics, temicon, J.v.G. Thoma
Webseite: www.cell-to-module.com
Projektfokus:
Schematischer Ablauf der Nennleistungsbestimmung von CPV-Modulen nach IEC 62670-3.
© Fraunhofer ISE

CTM-Analyse mittels SmartCalc.CTM für ein optimiertes 4BB-Halbzellenmodul.

Rückseiten- und Solarzellentemperatur als Funktion der Zeit unmittelbar nach dem kurzeitigen Abschatten eines CPV-Moduls.
© Fraunhofer ISE

Aufbau eines Multibusbar-Moduls.

Modulwirkungsgrad in Abhängigkeit der Rückseitentemperatur ermittelt aus TTM. Ein linearer Fit ergibt den relativen Temperaturkoeffizient.
© Fraunhofer ISE

Eingabemaske in der SmartCalc.CTM-Software.

Bei der Integration von Solarzellen in ein Standardmodul entstehen optischer, elektrischer und inaktiver Flächen geschuldete Verluste, aber auch optische Kopplungsgewinne. Heutige Module weisen daher meist eine geringere Leistung auf als die Summe der einzelnen Zellleistungen. Im Projekt »CTM100+« werden die einzelnen Gewinn- und Verlustmechanismen von Zelle zu Modul analysiert und gezielt optimiert. Ziel ist die Entwicklung und Fertigung von Modulen, deren Leistung unter STC-Bedingungen über der Summe der initialen Zellleistungen liegt: CTM>100%. In Kooperation mit den Projektpartnern werden industrierelevante Moduldesigns und –materialien entwickelt, analysiert und in großformatigen Modulen realisiert.

Zur gezielten CTM-Analyse der unterschiedlichen Zell- und Moduldesigns wird eine am Fraunhofer ISE entwickelte Systematik zur Messung und Berechnung der einzelnen Gewinn- und Verlustmechanismen verwendet und weiterentwickelt. Die Berechnungsmodelle wurden in die eigens entwickelte Software »SmartCalc.CTM« überführt. Dort sind die optischen und elektrischen Eigenschaften unterschiedlicher Solarzellen und Modulmaterialien hinterlegt. Damit ist es möglich, herkömmliche und neue Modulaufbauten zunächst am Rechner zu simulieren, bevor Prototypen auf einer Modullinie aufwendig produziert werden müssen. Für die Hersteller von Gläsern, Antireflexbeschichtungen, Einbettungsfolien, Zellverbindern oder Rückseitenfolien lassen sich die Materialeigenschaften mittels »SmartCalc.CTM« direkt auf Modulebene bewerten.

Unterschiedliche Moduldesigns und Solarzellentypen konnten in die Software implementiert  und validiert werden: Glas-Glas-Module sowie Glas-Folien-Module, beidseitig kontaktierbare Al-BSF-Standardsolarzellen, PERC-Zellen, Heterojunction- und Rückkontaktzellen wie Metal-Wrap-Through(MWT) oder Interdigitated-Back-Contact (IBC). Als Verschaltungsverfahren sind 3, 4 oder 5 Busbars, Drahtverschaltung (MultiBusbar oder SmartWire) hinterlegt. Für die Bestimmung der relevanten optischen und elektrischen Materialeigenschaften stehen am Fraunhofer ISE zahlreiche Charakterisierungsmethoden zur Verfügung.

Mit Hilfe von »SmartCalc.CTM« konnten beispielweise Halbzellenmodule mit einem CTM von 104% (Modulleistung 256 W) oder Multibusbar-Module mit 306 W im ModuleTEC des Fraunhofer ISE hergestellt werden.