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Neue Glasbeschichtung kann Solarmodule deutlich leichter machen
Eine neue Beschichtung soll Solarverglasungen so stabil machen, dass dünnere und leichtere Photovoltaikmodule möglich werden. In Labortests erreichten ein Millimeter dicke Glasproben nach Angaben der Entwickler eine bis zu siebenfach höhere Festigkeit. Ein erstes Dünnglas-Modul wurde bereits gebaut. Ob das Verfahren auch bei großen Modulen dauerhaft Wind, Schnee und Hagel standhält, ist noch offen.
Würzburg (Deutschland). Glas schützt die empfindlichen Solarzellen eines Photovoltaikmoduls vor Regen, Hagel und mechanischen Belastungen. Zugleich muss es möglichst viel Sonnenlicht durchlassen. Weil die Schutzscheiben relativ schwer sind, tragen sie erheblich zur Masse des Moduls und damit auch zum Aufwand bei Transport und Montage bei.
Bei heutigen Solarmodulen kann die Verglasung nach Angaben der Entwickler 70 bis 80 Prozent der Gesamtmasse ausmachen. Dünnere Scheiben könnten deshalb den Materialbedarf stark senken. Das Problem ist ihre Bruchfestigkeit, denn bereits kleine Oberflächenrisse können unter Belastung zum Glasbruch führen. Außerdem biegen sich dünnere Scheiben leichter durch.
Das Unternehmen EXXERGY hat dafür eine reaktive Beschichtung entwickelt, die gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (Fraunhofer ISC) für größere Anwendungen weiterentwickelt wird. Für die Industrialisierung und Vermarktung der Technologie wurde die EXXOSQEL GmbH gegründet.
Die Festigkeit von Flachglas wird wesentlich durch winzige Risse bestimmt, die etwa bei der Herstellung und Bearbeitung entstehen. Üblicherweise erhöht eine thermische Vorspannung die Widerstandskraft, indem sie Druckspannungen an der Oberfläche erzeugt. Bei besonders dünnem Glas stößt dieses Verfahren jedoch an Grenzen. Die ebenfalls mögliche chemische Härtung durch Ionenaustausch gilt für große Flächen als aufwendig.
Die neue Oberflächenbehandlung kombiniert mehrere Komponenten zu einem vernetzten Verbundstoff. Er reagiert nach Angaben der Entwickler an den geschädigten Stellen mit der Glasoberfläche und erzeugt chemische Bindungen, welche die Mikrorisse überbrücken. Dadurch soll mehr Energie nötig sein, damit kleine Defekte zu einem größeren Bruch anwachsen.
„Konkret erzeugen wir aus mehreren Komponenten ein dreidimensional vernetztes Komposit, dessen Matrix nach der Beschichtungsapplikation auf molekularer Ebene kovalente Brücken in den Mikrorissen bildet“, erklärt Thomas Sauer, Geschäftsführer von EXXOSQEL.
Bei Glasproben mit einer Dicke von einem Millimeter stieg die ermittelte Festigkeit laut der aktuellen Projektmitteilung auf bis zum Siebenfachen des Werts einer nicht vorgespannten Referenz. Die Werte stammen aus Laborversuchen mit einzelnen Proben und belegen noch nicht die Belastbarkeit vollständiger Solarmodule im Außeneinsatz.
Dass sich beschichtetes Dünnglas grundsätzlich in ein Photovoltaikmodul einbauen lässt, zeigt ein bereits hergestellter Demonstrator. Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (Fraunhofer CSP) und EXXOSQEL haben dafür ein 30 mal 20 Zentimeter großes Glas-Glas-Modul gefertigt. Sowohl die vordere als auch die hintere Scheibe ist nur einen Millimeter dick.
Der Aufbau nutzt übliche Verkapselungsmaterialien und miteinander verschaltete Solarzellen. Beim Laminieren, also dem Zusammenfügen der verschiedenen Schichten, mussten die Fertigungsbedingungen an das dünne Glas angepasst werden. Der Prototyp zeigt damit die prinzipielle Herstellbarkeit. Er ersetzt jedoch keine Langzeit- oder Hageltests an großformatigen Modulen.