Mehr Energie pro Zellleistung – ganzheitliche Cell-To-System Modulertragssteigerung

Im Vorläufer Projekt CTM100+ wurde die Optimierung des Modulaufbaus untersucht, um aus einer gegebenen Zellleistung eine maximale Modulleistung unter Laborbedingungen (Standard Testing Conditions STC) zu erzielen. Diese Optimierung ist für Modulhersteller und Zulieferer nach den heute üblichen Verkaufsmechanismen von PV-Modulen basierend auf einem spezifischen Preis €/Wp ein wesentlicher Teil der Produktentwicklung. Allerdings greift diese Betrachtung für eine weitreichende Energiewende zu kurz.

Das Projekt CTS1000+ Projekt ging den nächsten entscheidenden Schritt von einem auf Laborbedingungen optimierten Modul zu einem Modul mit einem gesteigerten Energieertrag (kWh) pro installierter Leistung (kWp). Es erweitert die Cell-To-Module (CTM)-Betrachtung in Richtung des Gesamtsystems (Cell-To-System (CTS)). In einem zweiten Betrachtungsschritt wurde die finanzielle Seite hinzugenommen. Einflussfaktoren wie Modulkosten, Inverter, BOS, Land und Finanzkosten müssen genauso berücksichtigt werden wie die Betriebskosten. Diese Punkte ergeben zusammengenommen die Stromentstehungskosten (levelized cost of electricity (LCOE), €/kWh).

Ziel des Teil- und Gesamtprojekts war die Senkung der Stromentstehungskosten (€/kWh) und eine Steigerung der erzielten Erträge (kWh/kWp) durch optimierte Module und Komponenten. Notwendige Schritte hierzu waren der Aufbau von Verständnis für die wirkenden Mechanismen, von Simulations- und Analysewerkzeugen, eine Komponentenoptimierung, eine Anpassung des PV-Moduls sowie die Entwicklung und Anwendung fortgeschrittener Charakterisierungsmethoden.
Ein erfolgversprechender Ansatz zur Senkung der LCOE beruht auf der Integration innovativer Modultechnologien, welche neben der Steigerung der Modulleistung selbst auch den Energieertrag überproportional steigern.
Dafür wurden im Teilprojekt Modulmaterialien (Feron, Temicon, Ulbrich, ISE, CSP), Materialkombinationen (Feron, Temicon, Heckert, ISE, CSP) und Moduldesigns hergestellt und detailliert messtechnisch charakterisiert (Heckert, ISE).

Für die Moduloptimierung standen dabei folgende Themen im Vordergrund:
1. Optimierung des optischen Verhaltens des Moduls zur Erhöhung der Lichtausbeute im nicht senkrechten Lichteinfall (ISE). Kurz: Erhöhung der Schwachlichtleistung und des Moduls
2. Optimierung des Einstrahlungs- und Umgebungsbedingungsabhängigen Temperaturmanagement des Modules (CSP). Kurz: Reduktion der Modultemperatur im Betrieb
3. Anpassung der Modultopologie und des Schichtaufbaus, Kurz: Glas-Glas, Bifazialität, Halbzellen etc.