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Weg frei für günstige, flexible Solarmodule
Seit Jahren wollen Solarunternehmen leichte, flexible Module herstellen, die günstig zu versenden und einfach zu installieren sind (indem sie über große Flächen abgerollt werden). Aber sie wurden durch einen Mangel an guten und erschwinglichen Glasersatzstoffen aufgehalten.
Sonnenschutz: Diese Polymerfolie dichtet Wasser viel besser ab als andere Kunststoffe – sie kann Sonnenkollektoren jahrzehntelang schützen.
Jetzt 3M glaubt, eine Lösung gefunden zu haben. Diese Woche stellte das Unternehmen eine Kunststofffolie vor, die es mit Glas aufnehmen kann, die aktiven Materialien in Solarzellen vor Witterungseinflüssen zu schützen und Herstellern und ihren Kunden Geld zu sparen.
Die Schutzfolie ist eine mehrschichtige Folie auf Fluorpolymerbasis, die Glas als schützende Frontabdeckung von Sonnenkollektoren ersetzen kann, sagt Derek DeScioli, Business Development Manager für den Bereich erneuerbare Energien von 3M. Die Hersteller laminieren die Platten auf die Solarmodule, um sie dicht zu versiegeln und sie vor Feuchtigkeit und anderen Wetterelementen zu schützen, die für die Solarzellen im Inneren tödlich sein können.
Die Folie ist die Antwort von 3M auf die Nachfrage von Solarmodulherstellern – insbesondere Herstellern bestimmter Dünnschichtsolarzellen – nach einer Alternative zu Glas. Glas ist die Rüstung der Wahl, weil es billig, wetterbeständig und langlebig genug ist, um Jahrzehnte zu überdauern. Die überwiegende Mehrheit der heute hergestellten Solarmodule basiert auf Glas als oberer Abdeckung. Glas erhöht jedoch auch das Gewicht und die Masse von Solarmodulen und muss sorgfältig verpackt werden, damit es nicht zerbricht, was die Versandkosten erhöht. Durch den Austausch von Glas kann die neue Folie auf Stützgestelle verzichten, was vor allem bei schwer belastbaren Dächern von Vorteil ist. Das Einbringen von Sonnenkollektoren in Dächer kann auch ästhetische Einwände von Hausbesitzern überwinden.
Flexible Solarmodule haben all diese großartig klingenden Vorteile, aber dann kommt die Frage, wie man sie einkapselt. Viele Jahre lang habe man dieses Problem nicht erkannt, sagt Steven Hegedus, Wissenschaftler am Institute of Energy Conversion der University of Delaware.
Die Verwendung von Kunststoff zum Schutz von Solarzellen ist keine neue Idee. Sie finden kunststoffbeschichtete Solarzellen in Campingausrüstung und neuartigen Gadgets wie Rucksäcken mit eingebautem Solarenergie-Ladegerät. Aber diese Art von Kunststofffolie ist nicht dafür ausgelegt, 20 bis 25 Jahre lang einer kontinuierlichen Außenbelichtung standzuhalten, so lange sollen Sonnenkollektoren halten, sagt Hegedus.
Mehrere andere Unternehmen haben vor kurzem damit begonnen, Frontabdeckungen aus Kunststoff für flexible Solarmodule zu vermarkten, aber das Material von 3M weist eine um Größenordnungen höhere Leistung in Bezug auf das Abhalten von Feuchtigkeit auf, was der Schlüssel zu einer langen Lebensdauer ist.
United Solar Ovonic ist der einzige große Dünnschichthersteller, der seit Jahren flexible Module liefert. Das Unternehmen aus Michigan verwendet amorphes Silizium, das auch nicht so feuchtigkeitsempfindlich ist wie andere neu entstehende Verbindungen. Seine Solarmodule aus amorphem Silizium können nur etwa 7 Prozent des auf sie einfallenden Sonnenlichts in Strom umwandeln, ein niedriger Wirkungsgrad, der die Produkte von Uni-Solar weniger begehrt gemacht hat. Uni-Solar verwendet ein Harz auf Fluorpolymerbasis von DuPont als Deckschicht für seine Paneele.
Solarzellen aus einem Halbleitermaterial mit Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS) können fast doppelt so effizient sein wie amorphes Silizium, sind aber empfindlicher gegenüber Feuchtigkeit und benötigen daher einen besseren Schutz vor den Elementen. Viele CIGS-Hersteller haben bereits Herstellungsverfahren entwickelt, um die Masse auf Rollen aus biegsamer Metallfolie oder Kunststoff aufzutragen. Die Unternehmen sagen, dass sie mit diesem Rolle-zu-Rolle-Verfahren Sonnenkollektoren schneller herstellen können; Das Erreichen höherer Produktionsmengen ist entscheidend für die Senkung der Herstellungskosten. Bei der Frontscheibe setzt man aber mangels geeignetem Kunststoff auf Glas. Neben den Herstellern von CIGS-Solarmodulen zielt 3M auch auf Entwickler von Cadmium-Tellurid und organischen Dünnschichten ab, sagt DeScioli.
Das in Minnesota ansässige Unternehmen 3M hat sich zum Ziel gesetzt, ein haltbareres Frontgehäuse zu entwickeln, und das Ergebnis ist eine Kunststofffolie, die 23 Mikrometer dick ist, viel dünner als das 3.000-Mikrometer-Glas, das heute typischerweise auf Solarmodulen verwendet wird, sagt DeScioli. Das Unternehmen verwendet Fluorpolymer, da das Material kein Wasser leicht durchsickern lässt und es gegen hohe Temperaturen und ultraviolette Strahlung beständig ist. 3M hat die Folie auch so entwickelt, dass sie nicht viel Sonnenlicht reflektiert. 3M sagt, dass seine Folie Wasserdampfdurchlässigkeitsraten von weniger als 0,0005 Gramm Wasser pro Quadratmeter und Tag erreichen kann. Andere Front-Barrierefolien können hundertmal mehr Feuchtigkeit einlassen.
DeScioli sagt, dass die Folie im gleichen Rolle-zu-Rolle-Verfahren laminiert werden kann, das zum Abscheiden von Dünnschicht-Halbleitern verwendet wird, und dies kann die Produktionskosten senken. Flexible Solarpaneele können auch größer als Glaspaneele sein, da die flexible Variante keine Unterstützung durch ein Regalsystem erfordert und einfacher zu transportieren ist. Der Zeit- und Kostenaufwand für die Montage einer Reihe großer Paneele kann erheblich geringer sein als der Zusammenbau vieler kleiner Paneele, sagt er.
Der Hauptwert unserer Folie besteht darin, dass sie unseren Herstellern ermöglicht, größere Module im Rolle-zu-Rolle-Verfahren herzustellen, sagt DeScioli. Er sagt, dass das Material selbst zwar nicht weniger kostet als Glas, aber die Gesamtkosten durch Einsparungen bei Herstellung und Installation senken wird.
3M produziert den Film in einer Pilotproduktionslinie und plant, ihn im nächsten Jahr in Serie zu produzieren. Das Unternehmen sagt, es habe Kunden aufgereiht, aber DeScioli weigert sich, sie offenzulegen.