Photovoltaik: Erfolg durch Wissensvorsprung

Gernot Oreski u. Martin Payer

Der Einsatz innovativer Kunststoffe ist, neben der Forschung an der Solarzelle selbst, der Schlüsselfaktor für die Effizienz und damit die Nutzbarmachung der Photovoltaik im großen Stil. Deshalb untersucht das Polymer Competence Center Leoben (PCCL) das Alterungsverhalten dieser polymeren Materialien. Erst modernste Kunststofftechnologie ermöglicht die einwandfreie Funktion aller technischen Komponenten. Das CleanEnergy Project beleuchtet dieses brisante Thema und stellt Österreichs führendes Zentrum für kooperative Forschung im Bereich Kunststofftechnik und Polymerwissenschaften vor.

Der Schlüsselfaktor. „Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen eindeutig, dass die eingesetzten Polymere sehr starke Auswirkungen auf das Langzeitverhalten, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer eines Photovoltaikmoduls haben. Daher beschäftigen wir uns intensiv mit dem Alterungsverhalten dieser Kunststoffe“, erläutert Gernot Oreski, Senior Researcher im Polymer Competence Center Leoben (PCCL).

Erklärtes Ziel der Experten des PCCL ist es, diese Prozesse besser verstehen zu lernen. Dieses Verstehen der Abläufe ermöglicht es, Kunststoffe für Photovoltaik- und Solaranwendungen gezielt zu verbessern. Zugleich entwickeln die Spezialisten effektive Methoden zur Materialanalyse.

Der große Unterschied. In ländlichen Regionen werden Photovoltaikmodule speziell von Ammoniakdämpfen angegriffen. Im urbanen Bereich hingegen sind es hauptsächlich konzentrierte Abgase, welche den Modulen zusetzen. Hinzu kommen in beiden Fällen jene Belastungen, die mit den jeweiligen Wind- und Wetterbedingungen einhergehen.

Zahlreiche äußere wie innere Faktoren haben erheblichen Einfluss auf die Veränderungen, welche bei Kunststoffen im Laufe der Zeit festzustellen sind. Temperatur und Strahlung zählen etwa ebenso zu den äußeren Faktoren, wie die vorhandene Sauerstoffkonzentration. Eine Vielzahl mechanischer, biologischer und atmosphärischer Belastungen, wie beispielsweise die Luftfeuchtigkeit, wirkt ebenso auf die Polymere ein. Zu den inneren Faktoren zählen Experten unter anderem den chemischen Aufbau, die physikalische Struktur oder sonstige Faktoren, wie Verunreinigungen.

Die Folgen von Alterungsvorgängen. Vergilbung, Trübung, Versteifung oder Versprödung sind nur einige der alterungsbedingten Veränderungen von Kunststoffen. Auch Delamination, also das sich Ablösen von Schichten in Werkstoffverbunden, zählt zu den gefürchteten Konsequenzen dieser Prozesse.

Es die Änderung der chemischen und physikalischen Eigenschaften der polymeren Materialien im Laufe der Zeit, welche deren Anwendbarkeit zeitlich reduziert. Dieser komplexe Prozess ist selbst heute noch nicht vollständig geklärt. Jedoch steht mittlerweile fest, dass dabei verschiedene Reaktionen parallel zueinander ablaufen. Ihre Auswirkungen sind dadurch nur schwer voneinander trennbar.

Vereinfacht ausgedrückt führen chemische Alterungsvorgänge bei Kunststoffen etwa zur Rissbildung, während physikalische Vorgänge beispielsweise eine Änderung der Kristallstruktur bewirken. Das Resultat dieser gleichzeitig stattfindenden Reaktionen steht jedoch fest: der Bruch des Materials.

Das Erfolgsrezept. Zweifellos stellt die effiziente Nutzung der Photovoltaik im großen Stil extreme Ansprüche an moderne Kunststoffe. Daher ist die detaillierte Kenntnis der Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Komponenten eines Photovoltaikmoduls mit den äußeren Stressfaktoren von extremer Wichtigkeit. Die Arbeit der Experten auf diesem Fachgebiet trägt unbestreitbar dazu bei, die Rentabilität von Photovoltaikmodulen sowie jene der entsprechenden Anlagen weiterhin zu steigern.

In der Praxis dienen die eingesetzten Spezialkunststoffe hauptsächlich dem Schutz der Solarzellen. Eigens entwickelte Einbettungsmaterialien dienen zum Beispiel als Schockabsorber für die empfindlichen Siliziumwafer. Sie schützen also jene dünnen Scheiben aus Halbleitermaterial, auf welchen die integrierten Schaltungen aufgebracht werden. Rückseitenlaminate wiederum nehmen die Funktion eines Witterungsschutzes bei Photovoltaikmodulen ein.

Aktuell arbeitet das PCCL intensiv daran, die Lebens- und somit die Betriebsdauer von Kunststoffkomponenten nachhaltig zu verlängern. Zahlreiche nationale wie internationale Unternehmen profitieren bereits heute von den praxisrelevanten Forschungsergebnissen des Kompetenzzentrums.

Auf einen Blick: Das Polymer Competence Center Leoben (PCCL) ist das führende Zentrum Österreichs für kooperative Forschung im Bereich Kunststofftechnik und Polymerwissenschaften. Rund 90 Experten entwickeln hier innovative Kunststofflösungen für ein großes Feld unterschiedlicher Anwendungen. Der Fokus des PCCL liegt hierbei auf Photovoltaik- und Solaranwendungen sowie auf den Bereichen Luftfahrt und Fahrzeugtechnik. In diesem Zusammenhang nehmen zahlreiche Kooperationen mit österreichischen und internationalen Unternehmen einen hohen Stellenwert ein.

Joachim Kern

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