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CIS-Dünnschichtmodule meistern anspruchsvolle Herausforderungen

Auch bei Verschattung hohe Erträge generieren

Ein weiterer Vorteil der CIS-Module liegt in der hohen Schattentoleranz. Kristalline Module haben hier den Nachteil, dass bei Schattenwurf oder teilweiser Abdeckung durch Schmutz oder Laub, das komplette Modul oder sogar der gesamte String ausfallen können. Grund hierfür ist die Serienverschaltung der Solarzellen zu einem Modul sowie die Aneinanderreihung mehrerer Module zu einem String. Hier verhalten sich die CIS-Module deutlich unempfindlicher: Bei Schattenwurf oder teilweiser Abdeckung der Oberfläche fällt nicht das gesamte CIS-Modul aus, sondern nur der Teil, der bedeckt ist beziehungsweise auf den der Schatten fällt. CIS-Module bestehen im Gegensatz zu kristallinen Modulen aus langen streifenartigen Zellen – bei Solar Frontier sind es beispielsweise 170 pro Modul. Aufgrund dieser Zellform fällt nur die Fläche des Moduls aus, die im Schatten liegt, der Rest produziert weiter Erträge. Diese Eigenschaft der CIS-Module ist vor allem bei privaten Dachanlagen wichtig, da oft Schattenwurf durch nahe stehende Bäume oder Schornsteine die Effizienz von Solaranlagen beeinträchtigen kann.

Trotz Schattenwurf durch Bäume und Schornstein liefern die CIS-Dünnschichtmodule auf diesem Hausdach in Gräfelfing hohe Erträge (Quelle: Peter Fischer)
Trotz Schattenwurf durch Bäume und Schornstein liefern die CIS-Dünnschichtmodule auf diesem Hausdach in Gräfelfing hohe Erträge (Quelle: Peter Fischer)

Ein Beispiel verdeutlicht dies: Auf dem Hausdach einer Familie aus Gräfelfing in der Nähe von München wurde im Mai 2012 eine Solaranlage mit CIS-Dünnschichtmodulen von Solar Frontier installiert. Dieses Haus hatte für die Planung einer Solaranlage einige Herausforderungen zu bieten: die Ost-West Ausrichtung des Daches, Verschattung durch nahe stehende Bäume sowie einen hohen Neigungswinkel von 45 Grad. Hausbesitzer Peter Fischer hielt sein Dach aufgrund dieser Umstände für ungeeignet für die Installation einer PV-Anlage. Die Vorteile der CIS-Technologie unter den gegebenen Bedingungen überzeugten ihn jedoch. Der Anlage mit insgesamt 84 Modulen wird ein jährlicher Ertrag von 10.200 Kilowattstunden (kWh) prognostiziert und dadurch können knapp 10.000 Kilogramm CO2 pro Jahr eingespart werden.

Auf der privaten Dachanlage wurden insgesamt 84 CIS-Module von Solar Frontier verbaut. Der zu erwartende jährlicher Ertrag beträgt 10.200 kWh. (Quelle: Peter Fischer)
Auf der privaten Dachanlage wurden insgesamt 84 CIS-Module von Solar Frontier verbaut. Der zu erwartende jährlicher Ertrag beträgt 10.200 kWh. (Quelle: Peter Fischer)

Auch Anlagenbauer Jörg Lauterbach, Geschäftsführer der Solagent GmbH, der eine Solaranlage für das nach Ost- und West geneigte Dach einer Reithalle im oberfränkischen Neudrossenfeld planen sollte, war von den Argumenten überzeugt, die für die CIS-Module von Solar Frontier sprechen. Dabei zog er allerdings zunächst kristalline Module in Betracht, entschied sich aber letztlich für die Installation von CIS-Dünnschichtmodulen, da diese nicht nur hohe Erträge, sondern auch ein gutes Preis-/Leistungsverhältnis unter den gegebenen, als nicht optimal betrachteten Bedingungen bieten. Bei der Installation auf Reithalle wurden Solar Frontier Module mit 130 W Leistung eingesetzt. Die Anlage besteht aus insgesamt 1345 Modulen, mit einer installierten Leistung von 50 kW auf der Ostseite und 130 kW auf der Westseite des Daches. Am 1. Mai 2011 wurde die Anlage mit einer Ertragsprognose von zirka 144 MWh pro Jahr ans Netz angeschlossen. Ein Jahr nach Inbetriebnahme zeigte sich, dass die Anlage mit über 166 MWh erzeugtem Sonnenstrom die Erwartungen weit übertroffen hatte.

Die Reithalle in Neudrossenfeld wurde 2011 mit einer Photovoltaikanlage mit CIS-Dünnschichtmodulen ausgestattet und liegt bereits jetzt über dem prognostizierten Ertrag (Quelle: Ben Wiesenfarth)
Die Reithalle in Neudrossenfeld wurde 2011 mit einer Photovoltaikanlage mit CIS-Dünnschichtmodulen ausgestattet und liegt bereits jetzt über dem prognostizierten Ertrag (Quelle: Ben Wiesenfarth)

Neben der Aussicht auf hohe Stromerträge war bei beiden Installationen die Umweltfreundlichkeit der Solar Frontier CIS-Dünnschichtmodule ein ebenso wichtiges Entscheidungskriterium für den Kunden. Durch den Verzicht auf Cadmium und Blei werden keine umweltbelastenden Materialien in den Modulen verarbeitet. Demzufolge ist Solar Frontier einer der wenigen PV Modulhersteller, der aufgrund der Cadmium- und Bleifreiheit seiner Module die strenge RoHS (Restriction of Hazardous Substances, auf Deutsch: Einschränkung der Verwendung gefährlicher Stoffe) Richtlinie einhält. Zudem werden bei der Herstellung der CIS-Dünnschichtmodule von Solar Frontier die eingesetzten Rohstoffe auf ein Minimum reduziert und die Produktionsprozesse sind bis zu 50 Prozent kürzer als bei anderen Technologien. Dadurch ermöglicht Solar Frontier nicht nur den verantwortungsvollen Umgang mit Rohstoffen, sondern erzielt zudem eine der kürzesten Energierücklaufzeiten (EPT) im Markt. Somit sind die Module weitaus umweltfreundlicher als herkömmliche kristalline Module auf dem Markt.

CIS-Module liefern höhere Erträge als unter Standardtestbedingungen angegeben

In Langzeittests konnte weiter der Beweis erbracht werden, dass die Module auch dauerhaft eine höhere Leistung als in den Modulspezifikationen angegeben, erzeugen. Grund dafür ist der sogenannte “Light Soaking Effect”. Dieser beschreibt die spezielle Eigenschaft der CIS-Module, die dazu führt, dass bereits ab den ersten Betriebsstunden in der Sonne die Leistung und der Wirkungsgrad des Moduls steigen. Vergleichbar ist dieser Effekt beispielsweise mit dem Warmlaufen eines Motors, der bei Betriebstemperatur seine höchste Leistung erbringt.

Fazit

Der technologische Fortschritt im CIS-Dünnschicht-Bereich, macht auch eher ungünstig gelegene Dächer für die Gewinnung von Solarstrom interessant. Die gezeigten Beispiele auf einem Privatdach sowie auf einer Reithalle belegen, dass CIS-Dünnschichtmodule nicht nur effizient und umweltfreundlich sind, sondern auch unter schwierigen Bedingungen hohe Erträge liefern. Mit der richtigen Modul-Technologie können Ost-West-Dächer, sowie Dächer mit Schattenwurf und in Regionen mit hohen Anteilen an Schwachlicht bei der Erzeugung von Solarstrom künftig eine deutlich größere Rolle spielen.

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