IIn einem PV-Modul sind Solarzellen elektrisch durch Stränge verbunden. Die Verschaltung verursacht ohmsche und optische Verluste in einem Modul und beeinflusst die Produktzuverlässigkeit. In unserem Module Technology Center (Modul-TEC) setzen wir verschiedene Verbindungstechnologien und industrielle Stringeranlagen ein:
Verglichen mit einer Verschaltung durch konventionelle Zellverbinder lassen sich bei einer Verschaltung von Solarzellen mit Runddrähten die elektrischen und optischen Verluste reduzieren. Durch den geringeren Serienwiderstand und die optimierte Lichtstreuung des Runddrahts zurück auf die Solarzelle wird eine höhere Leistung der Module erzielt.
Die Drähte haben einen Kupferkern mit einem Durchmesser von 200 µm bis 400 µm und sind mit einem bleifreien oder bleihaltigen Lot ummantelt. Wie bei konventionellen Zellverbindern werden die Drähte mittels Weichlöten oder leitfähigem Kleben auf den Solarzellen fixiert, um die Zellen zu verschalten. Eine Herausforderung bei der Verschaltung mit Runddrähten ist das Auftreten von thermomechanischen Spannungen, die zu Mikrorissen in Solarzellen führen und die Lebensdauer von PV-Modulen verkürzen können.
Am Fraunhofer ISE arbeiten wir an der Entwicklung von gewellten Drähten, die die thermomechanischen Spannungen reduzieren und eine busbarfreie Verschaltung der Kontaktfinger oder die spannungsarme Verschaltung von Rückkontaktsolarzellen möglich machen.
Die Schindelverschaltung von Silizium Solarzellen bietet ein ästhetisches Design und hohe Modul-Wirkungsgrade. Ein leitfähiger, bleifreier Klebstoff verbindet die Solar-Zell-Schindeln schonend, zuverlässig und mit hoher Leitfähigkeit. Zur automatisierten und industrienahen Fertigung von Schindel-Strings verfügen wir über einen Klebe-Stringer, der verschiedene Zell-Formate und Kantenlängen von Schindel-Solarzellen zu Strings beliebiger Länge verarbeiten kann. Dabei können wir die Klebstoffauftragsmenge, die Größe des Zellüberlapps sowie die Dauer und Temperatur der Klebstoffaushärtung optimieren und präzise einstellen.
In unserem Module-TEC können wir über eine H-Portal-Automatisierung die Solarzellen-Schindeln auch in Matrix-Technologie verschalten. Bei der Matrix-Verschaltung kann durch das zusätzliche seitliche Versetzen der Schindel-Solarzellen die zur Verfügung stehende Fläche maximal genutzt werden. Die Schindelsolarzellen sind dann in Reihe und gleichzeitig parallel verschaltet, sodass eine Zellmatrix beliebiger Größe entsteht, die im Betrieb besonders robust auf Teilverschattungen reagiert.
Tandem-Solarzellen und Zellen mit Silizium-Heterojunction-Technologie (SHJ) weisen sehr hohe Wirkungsgrade von über 24% auf und sind daher besonders bei einem be-grenzten Flächenangebot und für die Herstellung von Hochleistungs-PV-Modulen für den Markt attraktiv. Die Verschaltung der temperaturempfindlichen Schichten dieser Solarzellen stellen jedoch besondere Anforderungen an die Verschaltung und die Modu-leinkapselung. Die klassischen Verfahren müssen optimiert und geeignete Materialien verwendet werden, um eine zuverlässige Verschaltung und Modulintegration zu ge-währleisten.
Wir entwickeln niedertemperaturbasierte Lösungen zur Verschaltung von SHJ- oder Tandemsolarzellen mit leitfähigem Kleben, der Smart-Wire-Drahtverschaltung und mit Lötverfahren auf Basis von Niedertemperaturloten. Dabei stehen geringe Kosten, mechanische Stabilität und elektrischer Performance im Fokus unserer Forschung.
Für die Verbindung von SHJ Solarzellen steht uns im Module-TEC ein Smart Wire Stringer der Firma Meyer Burger zur Verfügung. Die Anlage verschaltet SHJ Voll- und Halbzellen im M6-Format im industriellen Maßstab.
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE