Seitdem die Photovoltaik in Kraftwerken großflächig eingesetzt wird, haben die Hersteller versucht, die Produktionskosten zu senken und die Fertigung auszuweiten. Dies führte zur Entwicklung immer größerer Solarzellen, von den anfänglichen Abmessungen von 125 mm × 125 mm auf über 210 mm × 210 mm. Folglich stieg die Leistung von Standard-Photovoltaikmodulen von über 100 W auf über 700 W.
Mit der Leistungssteigerung hat sich jedoch auch das Modulgewicht deutlich erhöht und erreicht nun ca. 35 kg pro Modul bzw. 12,4 kg/m². Inklusive Montagehalterungen steigt das Gewicht auf rund 16 kg/m². Solch schwere Module stellen eine Herausforderung für die Installation auf großflächigen Industrie- und Gewerbedächern dar, deren Tragfähigkeit oft begrenzt ist. Diese Einschränkung verhindert die Installation herkömmlicher Module auf solchen Dächern und führt somit zu einem Engpass in der Branchenentwicklung.
Herausforderungen und Innovationen
Um diesem Problem zu begegnen, rückt die Gewichtsreduzierung der Modulverpackung in den Fokus. Flexible Module, die sich an die Konturen verschiedener architektonischer Oberflächen anpassen können, sind stark nachgefragt. Erste Ansätze umfassten die Verringerung der Glasdicke und die Optimierung von Aluminiumlegierungsrahmen. Beispielsweise konnte durch die Reduzierung der Glasdicke von 3,2 mm auf 2,0 mm das Gewicht um etwa 3 kg/m² gesenkt werden. Dünneres Glas beeinträchtigt jedoch die Modulstabilität, wodurch kleinere Modulgrößen erforderlich sind, um die Zuverlässigkeitsstandards zu erfüllen. Somit wird das Kernproblem nicht gelöst.
Großflächige Module mit Glasgehäuse sind für die Dachmontage nach wie vor unhandlich und bruchgefährdet beim Transport und der Montage, was Sicherheitsrisiken birgt. Daher eignen sich glasverkapselte Module besser für Freiflächenkraftwerke.
Die Suche nach alternativen Materialien zum Ersatz von Glas in Modulgehäusen ist ein fortlaufender Prozess. Leichte Verkapselungsmaterialien mit verbesserter Leistung haben glasfreie Gehäuse zu einer praktikablen Lösung gemacht.
Fortschritte bei Leichtbaumaterialien
Frühe Leichtbaumodule verwendeten Fluorpolymerfolien und Glasfaser-Rückplatten als Träger anstelle von Glas. Obwohl diese für wasserdichte und flexible Dächer (z. B. TPU-beschichtete Oberflächen mit Klebemontage) geeignet waren, waren die Rückplatten immer noch zu dick, wodurch das Modulgewicht bei etwa 8 kg/m² lag.
In den letzten Jahren haben Fortschritte bei Verbundwerkstoffen und modifizierten Polymeren zu einer Verkapselungsleistung geführt, die mit der von Glas vergleichbar ist. Dank dieser Materialien erfüllen Leichtbaumodule die Industriestandards für eine Betriebsdauer von 25 Jahren und bieten eine Photovoltaikleistung, die der von Glasmodulen entspricht. Dieser Durchbruch hat die Verbreitung von glasfreien Gehäuselösungen, insbesondere für Dachinstallationen, beschleunigt und den Anwendungsbereich von Photovoltaikanlagen erweitert.
