Standard Photovoltaik-Module kommen heute in allen Klimazonen (gemäßigte und alpine Zonen, Tropen oder Wüsten) zum Einsatz. Die unterschiedlichen, teils extremen klimatischen Bedingungen und deren Auswirkung auf das PV-System werden in der Technologieentwicklung bisher kaum berücksichtigt. Es kann zu Schäden kommen, die zu Ertragsminderungen und einer verkürzten Lebensdauer der Module führen. Im Leitprojekt INFINITY erforschen fünf wissenschaftliche Partner in Kooperation mit neun Industrieunternehmen unter Leitung des Forschungszentrums CTR Carinthian Tech Research AG die Langzeitbeständigkeit von Photovoltaik-Systemen in verschiedenen Klimazonen. Ziel ist es, das gesamte System zu optimieren und an die speziellen klimatischen und regionalen Anforderungen anzupassen. Das Konsortium deckt alle Aspekte entlang der Wertschöpfungskette ab, von PV-Materialien und -Komponenten über die Modulfertigung bis zur Installation und Wartung von PV-Kraftwerken. Die Forschungspartner bringen ihre wissenschaftliche Expertise ein, um innovative Lösungen für verschiedene Klimazonen und regionale Eigenheiten, wie etwa instabile Stromnetze zu entwickeln. Die Unternehmen nutzen die Forschungsergebnisse bei der Entwicklung neuer Produkte für den globalen Markt.
Optimierung des Gesamtsystems
In einem ersten Schritt analysieren die Projektpartner die Fehlerquellen und Degradationsprozesse der heute verwendeten PV-Materialien, -Komponenten und -Module. Auf Basis dieser Analysen werden neue Lösungen für alle Teile des Systems (z. B. für Einbettungsfolien, Verbindungsdrähte, Wechselrichter etc.) entwickelt. Zusätzlich werden technisch adaptierte und an den Standort angepasste Richtlinien für das effektive Monitoring und die Wartung von PV-Systemen erarbeitet. Ziel ist es, Photovoltaik-Module mit klimaangepasster, verlängerter Systemlebensdauer und mit konstanten, optimierten Energieerträgen zu realisieren. Dadurch will man die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Produkte sicherstellen.
Aktuelle Forschungsthemen
Der Fokus lag im ersten Projektjahr auf der Erhebung und Analyse der Schäden von im Feld real gealterten PV-Modulen, -Komponenten und -Materialien aus verschiedenen Klimazonen. Basierend auf dem „Failure survey sheet“ (Fehlererhebungsbogen), das im Rahmen des Technologieprogramms PVPS Task 13 der Internationalen Energieagentur (IEA) verwendet wird, wurde eine Datenbank aufgebaut. Diese umfasst 354 Surveys von über 100 PV-Anlagen und dokumentiert insgesamt 561 verschiedene Fehler bzw. Schäden an gängigen PV-Systemen.
Im Labor konnten 250 Mustermodule (1-Zellen- bzw. 6-Zellen-Module) getestet werden. Schädigungen durch bestimmte Klimaverhältnisse können nachgestellt werden, indem man beschleunigte Alterungstests unter verschiedenen Stressbedingungen durchführt. Das Degradationsverhalten der Module wurde analysiert und ein Modell zur Beschreibung der Abhängigkeiten von Alterung, Klimazone und Betriebsdauer entwickelt. Aufgrund der speziellen Belastungen werden verschiedene Einbettungsmaterialien, Rückseitenfolien, PV-Bänder und Klebeformulierungen optimiert.
Die Anpassung von Wechselrichtern an extreme klimatische Bedingungen ist ein weiteres Forschungsfeld. Verschiedene Optimierungsansätze wurden untersucht und in einer Roadmap zusammengefasst. Dazu gehören beispielsweise die Analyse von Sandeinfluss und Kondenswasserbildung in Wechselrichtern oder der Einfluss von Höhenstrahlung auf die Leistungselektronik. Auch die Verbesserungsmöglichkeiten von polymeren Materialien in Wechselrichtern werden im Rahmen des Projekts erforscht.
Die ersten Ergebnisse aus den Forschungsarbeiten wurden bereits bei 15 internationalen Kongressen und Symposien diskutiert, sowie im Rahmen verschiedener Publikationen präsentiert. Ein Patent befindet sich aktuell in Ausarbeitung.
