Shirkan – Matrix-Schindel-PV-Modul – robust, kostengünstig, ästhetisch und hocheffizient

Gemeinsam mit seinen Industriepartnern entwickelt das Fraunhofer ISE im Projekt »Shirkan« die Matrix-Technologie. Dabei verschalten wir die Schindelsolarzellen an der langen Zellseite überlappend und wie bei einem Mauerwerk seitlich versetzt. Diese Anordnung vermeidet inaktive Flächen innerhalb der Zellmatrix und ermöglicht eine maximale Flächenausnutzung, ein gleichmäßiges Erscheinungsbild sowie eine stark verbesserte Verschattungstoleranz.

Im Projekt entwickeln und optimieren wir Modulkonzepte für die Matrix-Schindeltechnologie. Darüber hinaus wird ein Stringer entwickelt, der in industrieller Ausführung einen maximalen Durchsatz von ca. 12000 Schindelsolarzellen pro Stunde erreichen wird. Erste Ergebnisse des Verschattungsverhaltens eines Matrix-Schindelmoduls zeigen, dass – verglichen mit einer klassischen String-Schindelverschaltung – je nach Szenario zwischen 70% und 95% mehr Leistung erzeugt wird. Dies gilt vor allem bei diagonaler Verschattung, z. B. durch einen Schornstein oder einen Pfahl, sowie zufällig verteilter kleinteiliger Verschattung, z. B. durch Baumblätter. Durch die gleichzeitige Parallel- und Reihenverschaltung der Solarzellen kann der Strom den Schattenbereich umfließen.

Um eine Produktion im industriellen Maßstab umzusetzen, werden eine zuverlässige Hochdurchsatz-Schindel-Plattform, ein leitfähiger Kleber und ein neuartiges Aushärtungsverfahren für leitfähige Klebstoffe entwickelt. Außerdem werden das thermomechanische Verhalten der Fügestelle und die Langzeitstabilität wissenschaftlich analysiert. Das große Potenzial dieser Verschaltungstopologie soll durch die Entwicklung und den Bau des weltweit ersten Vollformat-Moduls mit einem Zelle-zu-Modul Wirkungsgradverlust von 0% (CTMη 100) demonstriert werden. In verschiedenen Designs der abgelegten Zellmatrix werden Anwendung in der gebäudeintegrierten Photovoltaik aufgezeigt.

Die Ziele im Einzelnen sind:

• Entwicklung einer Maschinen-Plattform zur Matrix-Verschaltung von Schindelsolarzellen mit einem Durchsatz von 12.000 Schindelsolarzellen pro Stunde und einer Präzision für den Laserschnitt von ± 25 µm/4σ sowie einer Ablagepräzision von ± 100 µm/3 σ bei einem Zellüberlapp von < 1 mm
• Entwicklung eines leitfähigen Klebers für die Matrix Verschaltung der Schindelsolarzellen
• Entwicklung der Prozesstechnologie für die Aushärtung des leitfähigen Klebers
• Detaillierte Analyse des thermomechanischen Verhaltens der Fügestelle
• Bau von Vollformat PV-Modulen ohne inaktive Fläche innerhalb der Zellmatrix, die einen Zelle-zu-Modul Wirkungsgradverlust von 0% aufweisen (CTMη 100) und den Modulwirkungsgrad um > 1,5% im Vergleich zu Standard PV-Modulen steigern.
• Zuverlässigkeitsuntersuchungen (Leistungsverlust < 5% nach TC und DH aus IEC 61215) der neuartigen Matrix-Verschaltungstopologie