Jahresvergleich der Erträge des röhrenförmigen CIGS-Moduls “Solyndra” mit amorphen und kristallinen PV-Modulen

Autor:

Dipl. Ing. (FH) Eberhard Zentgraf

Elektroingenieur

im TEC-Institut für technische Innovationen

An Planung, Aufbau, Messungen und Auswertung beteiligtes wissenschaftliches  Team:

  1. Zentgraf, S. Hock, A. Zentgraf, J. Kunze

Inhalt

1.    Vorwort

  1. Aufbau und Durchführung der Versuche
  2. Messergebnisse
  3. Auswertungen5. Abschließend6.    Equipment

 

Vorwort

In der zweiten Hälfte des Jahres 2008 erschienen erste Meldungen über ein neuartiges PV-Modul. Das US-amerikanische Unternehmen Solyndra (www.solyndra.com) hatte ein PV-Modul entwickelt, welches aus röhrenförmig gewickelten CIGS-Folien bestand, siehe Abb. 1 und 2. Anfang des Jahres 2009 gelangten diese neuartigen Module auf den Markt.

 

Der Hersteller wirbt damit, dass die Ausrichtung der Module keine nennenswerte Auswirkung auf den Ertrag hat. Außerdem sorgt eine weiße Reflektor-Folie (nichts anderes als eine weiße Dachfolie) dafür, dass reflektierte Strahlung an die Unterseite der Röhren gelangt und dadurch den Ertrag erhöht. Diese Module (Außenmaße 1,82 m x 1,08 m) sind lt. Hersteller ohne Dachdurchdringung für statisch schwache Flachdächer geeignet.

Abb. 1:        Röhrenförmiges CIGS-Modul der Fa. Solyndra

 

 

Das TEC-Institut beschloss diese neue Technologie näher zu untersuchen. Besonders interessierten uns Ertrag und Flächenbedarf im Vergleich zu kristallinen und amorphen PV-Modulen. Dafür wurde ein Test-Zeitraum von  12 Monaten vorgesehen.

  1. 2. Aufbau und Durchführung der Versuche:

Module im Vergleichstest:

Auf einem Flachdach mit 7° Neigung, Ausrichtung nahezu 0° Süd, wurden die mono- und poly-kristallinen, sowie die a-Si-Module, testweise ohne zusätzliche Aufständerung montiert. Der CIGS-Typ (Solyndra) wurde mit seiner Längsachse ebenfalls in Nord-Süd-Richtung aufgestellt, darunter wurde die weiße Reflektor-Folie verlegt (siehe Abb. 3).

Abb. 3:        Solyndra-Modul auf seiner Reflektor-Folie

 

Besonderheiten während des Testzeitraums:

Der Testzeitraum begann am 01.03.2009 und endete am 28.02.2010.

Schon unmittelbar nach Beginn der Messungen war zu erkennen, dass das Solyndra-Modul seine eigene Reflektor-Folie teilweise oder auch völlig verschattete, je nach Sonnenstand, siehe Abb. 4 und 5.

 

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Abb.4:  CIGS-Röhren bewirken Teilverschattung des Reflektors

Abb.5:  CIGS-Röhren bewirken Vollverschattung des Reflektors

 

  1.  Messergebnisse:

 

Ergebnisse der Messreihen:

Im Test-Zeitraum vom 01.03.2009 bis zum 28.02.2010 ergaben sich pro Modultyp die Jahres-Erträge, welche in Abb. 6 zu sehen sind. Wie in der Photovoltaik üblich, werden die jeweiligen Erträge auf das kWp bezogen, um die verschiedenen Module direkt miteinander vergleichen zu können.

 

 

Zwischenfazit:

Während sich die drei „Flächen“-Modultypen (monokristallin, polykristallin und amorphes Silizium) quasi ein „Kopf-an-Kopf-Rennen“ liefern (mit leichtem Vorteil für monokristallin) zeigt das röhrenförmige CiGS-Modul deutlich weniger Jahresertrag, jeweils bezogen auf das kWp.

Monatliche Betrachtungen:

Wie sich die Erträge auf die verschiedenen Monate des Jahres verteilen, zeigt Abb. 7.

 

 

 

Der einzige Monat in welchem das Solyndra-Modul im Ertrag deutlich vor den anderen liegt, ist der Januar. Das Dach (und damit auch die Flächenmodule) waren im Januar über längere Zeiträume schneebedeckt. Auf den Solyndra-Röhren schmolz der Schnee relativ schnell ab. Der Schnee, der unter dem Solyndra-Modul lag, reflektierte das Licht. Dies führte im Januar zu einem vergleichsweise höheren Ertrag, welcher sich jedoch auf den Jahresertrag nicht nennenswert auswirkte.

  1. Auswertung

Betrachtungen pro Flächeneinheit:

Zu erwartende Erträge pro Flächeneinheit (in diesem Fall pro m²) lassen sich bei Flächenmodulen aus den Datenblattwerten der jeweiligen Nennleistungen ermitteln

Interessant in diesem Zusammenhang ist das Verhalten des Röhrenmoduls.

Abb. 8 zeigt die zu erwartenden prozentualen Ertragsanteile pro m² aus den Datenblattwerten, sowie die tatsächlich erbrachten prozentualen Jahres-Ertragsanteile, bezogen auf monokristallin (100 %).

 

Fazit:

Während sich die real gemessenen Jahresertragsanteile zwischen monokristallinen, polykristallinen und a-Si- Flächenmodulen untereinander genau so verteilen wie aus den Datenblattwerten zu erwarten ist (Abweichung max. 0,6 %), wich das Solyndra-Röhrenmodul deutlich ab.

Der real gemessene Ertrag lag 6 % hinter dem lt. Datenblattwerten zu erwartenden Ertrag.

Wer gewohnt ist seinen Flächenbedarf, und damit auch seinen Ertrag, wie bei den herkömmlichen Flächenmodulen üblich, aus den Datenblattwerten zu berechnen, muss beim Röhrenmodul einen deutlichen Mehrbedarf einkalkulieren.

Das CIGS-Röhrenmodul Solyndra benötigt einen deutlichen Mehraufwand an Fläche ( 6 % ) um an die gewünschten Ertragswerte heran zu kommen.

 

  1. Abschließend:

Nachteilig ist, dass das Modul seinen eigenen Reflektor verschattet (siehe Abb. 4 und 5)

Weiterhin verschmutzt die weiße Reflektorfolie sehr schnell, so dass sie unter den Wetterbedingungen Mitteleuropas mehrmals jährlich gereinigt werden müsste um optimal zu reflektieren. Zumindest war dies bei der von uns verwendeten Folie (sie wurde vom Hersteller mit geliefert) der Fall.

Bei größeren Dachflächen, die mit Solyndra-Modulen belegt sind, stellt diese Reinigung ein Problem dar, weil es schwierig ist mit den Reinigungsgeräten unter die großflächig verteilten Module zu gelangen.

Sicherlich steckt in dieser neuen CIGS-Röhrentechnologie noch Entwicklungspotential, welches zukünftig zur Steigerung des Wirkungsgrades führen kann. Zur Zeit noch nachteilig ist neben dem geringeren spezifischen Ertrag im Vergleich zu herkömmlichen Standards auch der deutlich höhere Preis.

  1. Equipment

Waldaschaff, 13.04.2010

 

Eberhard Zentgraf

Dipl.-Ing. (FH) Elektrotechnik

TEC-Institut für technische Innovationen