Deutliche Fortschritte wird es auch bei Modulen, Wechselrichtern, Montage und Überwachung geben.
Solaranlagen bestehen aus Modul, Montagegestell und Wechselrichter. Das Zusammenspiel dieser Komponenten bestimmt die Gesamtleistung. Potenzial zur Leistungssteigerung steckt in allen Bauteilen.
Bei den Modulen ist das Glas zur Abdeckung eine wichtige Komponente. „Künftig könnten neuartige Glaskeramiken Licht durchlassen, das in heutigen Anlagen nicht genutzt wird“, erwartet Prof. Dr. Jörg Bagdahn, Leiter des Fraunhofer Centers für Silizium-Photovoltaik in Halle.
Bei der Entwicklung helfen künftig auch Erfahrungen aus der TV-Industrie: „Die komplexe Beschichtungstechnologie bei LCD-Fernsehern ist ähnlich wie die für Solar-Dünnschichtmodule“, weiß Peter Thiele, stellvertretender Leiter von Sharp Energy Solution Europe.
Neue Modulvarianten
Mit neuen Abdeckungen lässt sich auch das Gewicht der Module reduzieren. Dazu wird die Industrie gezwungen, da nicht alle Dächer die zusätzliche Last einer Solaranlage aufnehmen können. „Wir gehen davon aus, dass sich nur noch die Hälfte der Dächer mit kristallinen Modulen belegen lassen“, erwartet Johannes Kneip, stellvertretender Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung der Centrosolar AG aus München.Kristalline Module kommen heute auf Gewichte von 12 bis 15 kg je m2, dazu kommen 6 bis 10 kg/m2 für das Montagegestell. Gleichzeitig müssen Solaranlagen und Dachfläche Schnee- und Windlasten widerstehen.
Eine Lösung sind flexible Solarzellen. „Mit flexiblen Dünnschichtzellen lassen sich auch sehr leichte Industriedächer beschicken“, meint Daniel Schäfer, Teamleiter Marktforschung bei Q-Cells.
Centrosolar hat mit TF Multi Pro ein Modul im Programm, das nur 6, 5 kg/m2 wiegt. Das Dünnschichtmodul aus amorphem Silizium besitzt kein Glas als Abdeckung, sondern eine flexible Folie. Die Zellen sind auf einem dünnen Aluminiumblech aufgebracht.
Elektronik fürs Modul
Die Leistung der in Reihe geschalteten Module einer Solaranlage wird bestimmt von der Leistung des schwächsten Moduls. Fällt beispielsweise ein Schatten, Schnee oder Laub auf eine Modulreihe, kann der ganze Strang ausfallen, ein Teil der Leistung geht verloren.
Um diesen Nachteil auszugleichen, arbeiten die Modulhersteller an verschiedenen Konzepten. Der kanadische Hersteller Day4 Energy will dafür die so genannte Guardian-Technik auf den Markt bringen. Dabei sind die Zellen im Modul horizontal über By-Pass-Dioden verschaltet. Fällt ein Blatt auf das Modul, wird nur ein geringer Teil der Zellen kurzgeschlossen und nicht mehr der ganze Strang lahmgelegt. Das soll 25 % mehr Ertrag bringen.
Ein anderer Weg ist die Integration von Elektronik in das Modul. „Sun Sniffer“ heißt ein Chip der Strom Energy aus Nürnberg, der die Leistung jedes einzelnen Moduls überwacht und Fehler wie Schatten, Überhitzung, Verschmutzung sofort meldet. Da er auch feststellt, wenn das Stromkabel unterbrochen ist, dient er zusätzlich als Diebstahlschutz.
SolarMagic aus Fürstenfeldbruck bietet den „Solar Optimizer“ an, einen elektronischen Leistungsoptimierer für jedes einzelne Modul. Er wird in Form einer kleinen Box am Modul befestigt und soll Spannungsdifferenzen ausgleichen, so dass die einzelnen Module immer die optimale Spannung liefern. Eine ähnliche Technik liefert Solaredge aus Israel mit der Powerbox. Der Hersteller ist überzeugt, dass mit der modulintegrierten Technik Wechselrichter künftig einfacher ausgestattet und damit günstiger sein könnten.
Erste Modulhersteller zeigen sich interessiert an den Leistungsoptimierern. Es ist also damit zu rechnen, dass mittelfristig Module damit serienmäßig ausgestattet werden könnten.
Intelligente Wechselrichter
Wechselrichter sollen künftig ebenfalls mit einer Leistungsoptimierung ausgestattet werden. Der Hersteller Kaco will dafür den „Kaco Maximizer“ anbieten, der bei teilverschatteten Modulen einen Mehrertrag von bis zu acht Prozent bringen soll. Auch das Wechselrichtermodell „Sunny Tripower“ von SMA mit seinem „Optiprotect“ soll Strangausfälle erkennen und damit die Verfügbarkeit erhöhen. Des Weiteren bringt SMA demnächst eine neue Zusatztechnik für Wechselrichter auf den Markt, den OptiTrac Global Peak. Diese soll helfen, die verfügbare Energie eines teilverschatteten Modul-strangs nahezu vollständig zu nutzen.
Potenzial haben Wechselrichter auch beim Wirkungsgrad. „Im Forschungsprojekt EcoSiC haben wir einen Wechselrichter mit 99 % Wirkungsgrad entwickelt. Dabei kommen neueste Transistoren aus Siliziumkarbid (SiC) zum Einsatz“, erklärt Prof. Dr. Bruno Burger, Wechselrichterspezialist beim Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg.
Der Wechselrichter wird künftig mehr Aufgaben als die reine Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom übernehmen. „Dazu gehört eine bessere Datenerfassung und die Überwachung einzelner Modulstränge“, erläutert Bagdahn (Frauhhofer Center Halle). Aber auch Netzdienstleistungen werden Wechselrichter künftig übernehmen.
Die Lebensdauer um mehrere Jahre verlängern will der Schweizer Hersteller Sputnik künftig mit Folienkondensatoren, die in den neuen Zentralwechselrichtern der Solarmax-TS-Serie zum ersten Mal zum Einsatz kommen. „Die Wirkungsgrade der Wechselrichter werden in den nächsten Jahren an einen Grenzwert stoßen. Ein weiteres Qualitätsmerkmal wird dann eine Verfügbarkeit bei Zentralwechselrichtern von 97 % werden“, stellt Sputnik-Produktmanager Hans Georg Schweikardt in Aussicht.
Neue Montageverfahren
Bei sinkenden Modulpreisen steigen die Kosten für das Montagegestell im Verhältnis stark an. Daher arbeiten die Hersteller an der Kostensenkung auch bei diesem Bauteil.
Heutige Entwicklungen zeigen, wo die Reise hingeht: Wagner Solar hat ein Schnellmontagesystem entwickelt. Bei dem System „TRIC F pro“ für Flachdächer werden die Module auf Bodenschienen befestigt, die nicht mit der Dachkonstruktion verbunden sind. Anschließend werden die Module mit einer Rückwand verkleidet, um sie aufzuständern und dem Modulverbund Festigkeit zu geben. In der Rückwand eingelegte Betonsteine sollen für die Auflastung sorgen.
IBC Solar aus Bad Staffelstein arbeitet an einem Schnellmontagesystem für Schrägdächer, um Montagezeiten und damit Kosten zu sparen. „Auch bei Dünnschichtmodulen geht der Trend zu leistungsstarken Modulen, die weniger Halterungen benötigen“, erwartet Dr. Udo Möhrstedt von IBC Solar.
Das könnte man beispielsweise lösen, in dem Teile des Montagegestells bereits in das Modul integriert sind. Damit könnten sich Material- und Montagekosten einsparen lassen. Inventux hat ein Modul entwickelt, bei dem auf der Rückseite zwei Edelstahlschienen festgeklebt ist. Mit Hilfe dieser Schiene werden die Dünnschichtmodule einfach in vorher montierte Gestelle eingehängt, es werden keine Klemmhalter mehr angeschraubt.
Eine neue Lösung für Metalldächer bietet die Solon AG aus Berlin. Das neue „Solon Black 280/12“ ist ein rahmenloses Modul, das mit einem Silikonklebstoff direkt auf die Trapezbleche geklebt wird. Olaf Just, Teamleiter Produktmangement, nennt die Vorteile: „Man braucht keine Dachdurchdringung und kein Montagegestell. Damit reduzieren wir nicht nur die Montagezeiten, sondern auch das Gewicht erheblich.“ Denn das Modul wiegt nur 8,5 kg/m2.
Bessere Überwachung
Um die Ausbeute von Solarstromanlagen zu erhöhen, zieht die Anlagenüberwachung immer stärker in die Praxis ein. Damit lassen sich Verschattungen oder Ausfälle von Modulen oder Wechselrichtern schneller erkennen.
Der Hersteller AS Solar aus Hannover beispielsweise bietet eine Überwachung an, bei der die Daten von der Anlage über das Mobilfunknetz übertragen werden. Damit ist keine Internetverbindung erforderlich, was für außen liegende Ställe beispielsweise interessant ist. Jetzt arbeitet AS Solar an einem System, um die Daten der Anlage auch auf dem Handy-Display sichtbar zu machen. -neu-
