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Photovoltaik
Segmentierte Photovoltaikmodule steigern Ertrag bei Teilverschattung
Im Verbundvorhaben SegmentPV haben der Photovoltaikhersteller AESOLAR und das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP untersucht, wie Energieverluste sowie Hot-Spots bei verschatteten Photovoltaikmodulen reduziert werden können. Im Ergebnis haben die Projektpartner ein neuartiges Photovoltaikmodul entwickelt, das deutlich robuster gegen Teilverschattung ist als bisherige Module.
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Die teilweise Verschattung von Photovoltaikmodulen – beispielsweise durch Bäume, Schornsteine, Antennen oder Verschmutzung – stellt insbesondere für Aufdachanlagen eine Herausforderung dar. Bereits Verschattungen auf einer kleinen Fläche können bei konventionellen PV-Modulen zu deutlichen Leistungseinbußen führen und lokale Überhitzungen verursachen. Diese Hot-Spots wiederum beeinträchtigen die Zuverlässigkeit des Moduls. Im Extremfall kann die Abschattung von lediglich fünf Prozent der Modulfläche zu einem vollständigen Leistungsverlust führen.
Neues Modulkonzept ermöglicht höhere Energieerträge
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Im Projekt SegmentPV haben Forschende daher ein segmentiertes, Hot-Spot-freies Modulkonzept entwickelt. Hierbei werden Zellsegmente des Photovoltaikmoduls durch integrierte Bypass-Dioden geschützt. Dadurch wirkt sich die Teilverschattung einzelner Bereiche weniger stark auf die Gesamtleistung des Moduls aus. Die Messungen und Simulationen des Forschungsteams zeigen, dass mit dem neu entwickelten Modulkonzept unter Teilverschattung deutlich höhere Energieerträge erzielt werden können als bei bisherigen Standardmodulen. Das Fraunhofer CSP hat einen Teilabschattungstest an einer einzelnen Solarzelle und an einer Solarzellenreihe durchgeführt. Im Ergebnis zeigen die Forschenden, dass das Hot-Spot-freie Modul unter bestimmten Teilverschattungsszenarien Leistungssteigerungen von bis zu 80 Prozent im Vergleich zu einem äquivalenten Standardmodul ermöglicht.
Moderne Zelltechnologien, Demonstratoren und Praxistests
Im Rahmen des Projekts haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterschiedliche Solarzellentechnologien (PERC, TOPCon und HJT) sowie verschiedene aktive und passive Bypass-Dioden untersucht. Insbesondere TOPCon-Solarzellen haben sich wegen ihrer hohen Sperrspannungen als vielversprechend für schattenresistente Modulkonzepte erwiesen. Insgesamt haben die Forschenden 27 Prototypenmodule mit unterschiedlichen verschattungsresistenten Layouts entwickelt. Neben Untersuchungen im Labor haben sie auch praxisnahe Verschattungstest im Freifeld durchgeführt, um zu analysieren, wie zuverlässig die Module unter realen Bedingungen funktionieren und welcher Energieertrag mit ihnen erzielt werden kann. Als neue Prüfverfahren kamen unter anderem ein zyklischer Hot-Spot-Test und ein Dioden-Dauerlasttest zum Einsatz.
Potenzial für den weiteren Ausbau der Photovoltaik
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Basierend auf ihren Erkenntnissen, dass segmentierte Designs von Photovoltaikmodulen mit optimierter Zell- und Diodenauswahl sowohl im Labor als auch in der Praxis einen deutlich höheren Energieertrag ermöglichen, sehen die Forschenden ein großes Potenzial in schattenresistenten Photovoltaikmodulen. Hinzu kommt ein gleichzeitig reduziertes Risiko für thermische Schäden. Dadurch können diese Module dazu beitragen, zukünftig mehr Dachflächen für einen wirtschaftlicheren Einsatz der Photovoltaik zu nutzen und ebenfalls den Bedarf an zusätzlichen Leistungsoptimierern verringern.
Als konkretes Ergebnis ist aus dem Projekt das sogenannte SegmentPV-Modul hervorgegangen. AESOLAR stellt dieses vom 23. bis 25. Juni 2026 auf der Intersolar Europe vor. Besucherinnen und Besucher der Fachmesse für die Solarwirtschaft können sich vor Ort einen direkten Eindruck von dem neuen Photovoltaikmodul verschaffen. (av)
