Fraunhofer-Allianz EnergieFraunhofer ISE
Fraunhofer ISE entwickelt SmartCalc.CTM – Neue Software analysiert Leistungsverluste bei der Herstellung von Solarmodulen
Forschung und Industrie investieren viel Know-how in die Leistungssteigerung von Solarzellen. Um von dem Effizienzvorsprung auf Zellebene auch auf Modulebene zu profitieren, muss die Integration von Solarzellen zuverlässig und gleichzeitig verlustarm umgesetzt werden. Vor diesem Hintergrund hat die Gruppe »Photovoltaische Module« am Fraunhofer ISE die Software SmartCalc.CTM entwickelt. PV-Modulhersteller und Materialhersteller können damit den Aufbau und die Materialkombination eines PV-Moduls optimieren, ohne dass eine Prototypenherstellung erforderlich ist.
SmartCalc.CTM ist eine Software zur Berechnung der sogenannten Zelle-zu-Modul-Effekte (Cell to Module/CTM), die bei der Integration von Solarzellen in Solarmodule entstehen. Ausgehend von der Zellleistung berechnet die Software optische Verluste und Gewinne (z. B. durch Reflexion), elektrische Verluste (z. B. durch Widerstände) und geometrische Verluste (inaktive Fläche) in Solarmodulen. Sie dient als Werkzeug bei der Analyse von Leistungspotenzialen und erlaubt es PV-Herstellern, die Auswirkungen neuer Materialien oder Konzepte auf die Modulleistung zu ermitteln. Durch ihren Einsatz kann das Zusammenspiel von Komponenten und Prozessschritten so optimiert werden, dass unter den jeweiligen Rahmenbedingungen das Modul mit der bestmöglichen Leistung oder dem höchsten Wirkungsgrad entsteht.
»SmartCalc.CTM richtet sich an Modulhersteller und Anbieter von Modulmaterialien«, so Matthieu Ebert, Teamleiter »Moduleffizienz und neue Konzepte« am Fraunhofer ISE. »Unsere Software bietet einen Mehrwert, indem sie in kürzester Zeit das Zusammenspiel der Einflussfaktoren bei der Modulherstellung analysiert und klar veranschaulicht.« Die hinterlegten Modelle von SmartCalc.CTM sind detailliert und flexibel. Solarzellen, Einkapselungsmaterialien oder Modulgläser lassen sich mit der Software einfach anpassen. So können der Einfluss neuer Materialien und Komponenten auf die Moduleffizienz beurteilt und neue Technologien bewertet werden. Auch auf der Kostenseite kann die Software bei Optimierungen unterstützen, indem z. B. der Einsatz kostengünstigerer Materialien und deren Effekt auf die Leistungseffizienz der Module miteinander verglichen und bewertet werden.
Die Software SmartCalc.CTM basiert auf einem Modell, das am Fraunhofer ISE seit 2008 erarbeitet und publiziert wurde. Das Modell berücksichtigt eine Vielzahl von Einflussfaktoren, die sich nach den physikalischen Mechanismen – z. B. Optik und Elektrik – und der jeweiligen Modulkomponente – z. B. Solarzellen, Verglasung oder Modulrahmen – gliedern, welche die Leistungsveränderung bewirken. Auf diese Weise lassen sich Potenziale für Verbesserungen leicht erkennen und nutzen. Verändert man die Solarzellen, die Modulmaterialien, den Aufbau des Moduls, ändern sich die CTM-Faktoren zum Teil erheblich. »Eine Optimierung aller Faktoren kann bei gut abgestimmten Materialien und Modulkonzepten sogar zu einem Gewinn (CTM > 100%) an Leistung gegenüber der Summe aller Zellleistungen führen«, so Ebert.
SmartCalc.CTM verfügt über eine benutzerfreundliche Oberfläche, die Bedienung wird in einem Handbuch erläutert. Über die Software-Lizenzen hinaus bietet das Team am Fraunhofer ISE Beratung sowie Forschungs- und Entwicklungsleistungen rund um die Analyse und Optimierung der Ergebnisse an. Die Software soll stetig ausgebaut werden, um auch zukünftige Moduldesigns abzubilden.