Simulationsbasierte Prozessoptimierung für neue Zell- und Modulkonzepte

Die Einführung neuer Materialien, Komponenten, Zell- und Moduldesignkonzepte sowie deren Einsatz in neuen Anwendungsbereichen führen immer zu Konsequenzen hinsichtlich der Modulzuverlässigkeit. Aktuelle Beispiele sind die Einführung der PERC-Zelltechnologie, der Einsatz bifazialer Zellen/Module, Multi-Busbardesign, flexible Modulgrößen und -formate und der vermehrte Einsatz von PV-Modulen in extremen Klimaten.
Die Veränderungen in der PV-Produktion erfordern neue Charakterisierungs- und Prüfprozeduren, die diesen neuen Anforderungen gerecht werden. In diesem Projekt wurden solche Prüfverfahren spezifisch weiterentwickelt unter den Aspekten der Qualitätsverbesserung sowie der erhöhten Zuverlässigkeit bei gleichzeitiger Kostenreduktion. Viele der zurzeit verwendeten Prüfprozeduren sind entweder zu teuer oder zu langsam für eine direkte Fertigungsprozesskontrolle. Bestehende und neue Prüfprozeduren sollten daher so optimiert werden, dass sie zur Prozesskontrolle in der Fertigung geeignet sind.

Ausgangspunkt für den Lösungsansatz war die Überlegung, dass ein detailliertes Verständnis des Lötprozesses sowie dessen Optimierung und Qualitätsüberwachung maßgeblich die Modulqualität erhöht. Dies wiederum führt zu einer längeren Betriebsdauer und erhöht somit direkt den möglichen Gesamtenergieertrag des Systems und reduziert langfristig den CO2-Footprint für die erzeugte Kilowattstunde. In Verbindung mit dedizierten Schnelltests kann die Entwicklungs- und Optimierungszeit der Anlagen verringert werden. Dies ist z.B. bei der Umstellung der Produktion auf neue Materialien, Komponenten, Modul- oder Zelldesigns entscheidend, da langwierige Tests zu erhöhtem gebundenem Kapital führen, denn nicht qualifizierte Produkte sind gesperrt und unverkäuflich. Auf diese Weise kann eine dynamischere Anpassung an den Markt und dessen Anforderungen erreicht werden. Eine Weiterentwicklung der Qualitätsmanagementmethoden ist ein Schlüssel, um die Zuverlässigkeit der Produkte weiter zu erhöhen. Zudem sind wissenschaftlich fundierte Gebrauchsdauertests notwendig, um das Vertrauen von Investoren gegenüber neuen Produkten und Prozessen zu sichern und den Ausbau und Export der Photovoltaik als zuverlässige Energiequelle weiter zu fördern.

Aus diesen Überlegungen ergaben sich folgende wissenschaftlich-technische Ziele für das Projekt:
1. Entwicklung/Etablierung von bildgebenden Verfahren (u.a. Lumineszenz) und scannenden Verfahren (flächige Magnetfeldanalyse) zur Überwachung der Löt- und Laminationsprozesse in Verbindung mit neuen Analysealgorithmen;
2. Automatisierte und zuverlässige Analyse der aufgenommenen Bilder, Bewertung der Auswirkungen auf die Modulperformance und Rückführung von Fehlerbildern auf spezifische Herstellungsprozesse;
3. Analyse und Optimierung des Löt- und Laminationsprozesses unter Berücksichtigung der Neuerungen im Zell- und Moduldesign mit Unterstützung durch Simulationsmethoden;
4. Entwicklung einer Methodik zur schnelleren und an die konkrete Anwendungssituation angepassten Gebrauchsdauerabschätzung durch Kombinationstests.