Forschung: Doppelt so langlebige Rückseitenfolien von PV-Modulen

08.11.2023 – Die meisten Solarmodule weltweit sind auf der Rückseite durch eine Folie geschützt, die aus Kunststoffen in unterschiedlichen Mischungen bestehen. In einer Art Laminator wird die Folie fest mit den Solarzellen und der Glasscheibe auf der Frontseite verbunden. Die Rückseitenfolien schützen die verschalteten Solarzellen vor Umwelteinflüssen wie z.B. Regen und Feuchtigkeit, Oxidierung und UV-Bestrahlung sowie vor mechanischer Beanspruchung und chemischen Verunreinigungen.

Während der Lebensdauer eines PV-Moduls sind die Folien diversen Beanspruchungen ausgesetzt. Beispielsweise können die immer wiederkehrenden Temperatursprünge zwischen Tag und Nacht den Materialien – abhängig von ihrer konkreten Zusammensetzung – zu schaffen machen, sie können bei der Montage beschädigt werden, aber auch im Prozess der Verkapselung können kleinste Ungenauigkeiten oder Abweichungen ursächlich für später eintretende Laminatschäden sein.

Die Qualität und die Verarbeitung der Rückseitenfolien sind deshalb für die Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer eines Moduls überaus wichtig. Gibt es erst einmal Undichtigkeiten, kann Feuchtigkeit eindringen – das Modul geht kaputt.

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP untersucht nun zusammen mit Partnern neuartige Verkapselungs- und Rückseitenfolien für PV-Module, die eine Lebensdauer von mindestens 40 Jahren vorweisen sollen. Im Forschungsprojekt Folie40 haben sich dafür Folien- und Modulhersteller zusammengetan. Das Ziel: eine Lebensdauer von mindestens 40 Jahren. Das Projekt läuft über drei Jahre.

Ressourcen für weltweite Modulproduktion nachhaltig nutzen

Die Lebensdauer von Solarmodulen noch weiter zu erhöhen ist angesichts der globalen Energiewende ein Gebot der Stunde. In den kommenden Jahren werden circa 40 Millionen neue PV-Module pro Jahr benötigt – eine Vervierfachung des bisherigen Volumens. Diese angestrebte Dimension stellt die PV-Branche aktuell mit Blick auf die Ressourcenknappheit vor Hindernisse. Funktionsangepasste Polymerfolien könnten einen entscheidenden Beitrag leisten, um Ressourcen nachhaltiger zu nutzen. „Denn es sind sehr oft die Polymerfolienbestandteile des PV-Moduls, die dessen Lebensdauer limitieren«, sagt Anton Mordvinkin, Teamleiter Polymercharakterisierung und -bewertung in der Gruppe Materialanalytik am Fraunhofer CSP.

Das Fraunhofer CSP bringt im Projekt seine Kompetenzen im Bereich Polymeranalytik und Polymerbewertung ein und bearbeitet Fragen, die zum Verständnis der Materialveränderungen bei realistischen Betriebsbedingungen beitragen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler führen Bewitterungstests mit variierenden Stressparametern systematisch durch, die mit Ergebnissen der Freibewitterung korreliert werden. Zudem wollen sie eine Benchmark-Materialien-Datenbank für die Identifizierung der relevanten Materialeigenschaften für die erhöhte Lebensdauer schaffen. So können Rückschlüsse auf den Zusammenhang zwischen Folienmaterialformulierung, Materialkombinationen, Materialalterung und Umweltbedingungen gezogen werden und somit eine für den Einsatzort spezifische Betriebsdauervorhersage möglich werden.

Zum Projektkonsortium gehören das Folienwerk Wolfen, Meyer Burger (Industries), Aluminium Féron, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und die Hochschule Anhalt.

Auch im späteren Recycling sind die Rückseitenfolien der Knackpunkt. Aufgrund der Verarbeitung sind sie fest mit den Modulbestandteilen verbunden. Die einzelnen Komponenten zu trennen, um sie wiederzuwerten ist derzeit noch nicht im industriellen Maßstab möglich. Die existierenden Ansätze hat energiezukunft.eu in einer Serie zum PV-Recycling beschrieben. Petra Franke