Segmentiertes Photovoltaikmodul zur Erzielung eines höheren Energieertrags und Zuverlässigkeit bei wiederkehrenden Teilverschattungen - Teilvorhaben: Entwicklung verschattungsresistenter PV-Module und Qualifizierung der Komponenten

Abstract

Photovoltaik-Module werden zunehmend auf Flächen installiert, die regelmäßig teilverschattet sind - urbane Dächer, bauwerksintegrierte Photovoltaik (BIPV) und Agri-PV. Verschattung verursacht Leistungsverluste und Hot-Spots, welche die Modulzuverlässigkeit beeinträchtigen. Konventionelle Module sind primär für unverschattete Bedingungen optimiert. Im Verbundvorhaben SegmentPV der AE Alternative Energy GmbH (AESOLAR) und des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik CSP wurde ein segmentiertes PV-Modulkonzept entwickelt, das durch angepasste elektrische Verschaltung und eine neuartige Bypass-Dioden-Architektur den Energieertrag bei wiederkehrender Teilverschattung steigert und Hot-Spot-Risiken reduziert. Solarzellentechnologien (PERC, TOPCon, HJT) und passive sowie aktive Bypass-Dioden wurden charakterisiert. Ein elektrisches Simulationsmodell wurde entwickelt und verschiedene Modul-Verschaltungstopologien wurden unter realistischen Verschattungsszenarien bewertet. Aus den vielversprechendsten Designs wurden Prototypen gefertigt und in Innentests (AAA-Sonnensimulator) sowie in mehrmonatigen Freiland-Ertragsmessungen qualifiziert. Die Prototypen zeigen einen höheren spezifischen Energieertrag und eine deutliche Reduktion der Hot-Spot-Ausprägung gegenüber Standardmodulen. Eine Patentanmeldung ist unter dem Aktenzeichen 2026061809590040DE beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht. Die Ergebnisse wurden auf der EUPVSEC (Lissabon 2023, Wien 2024, Bilbao 2025) sowie auf der Intersolar Europe 2024 und 2025 in München präsentiert. Das Konzept eignet sich für PV-Anwendungen mit wiederkehrender Teilverschattung, insbesondere BIPV, Industrie- und Gewerbedächer sowie Agri-PV. Die Marktreife wird durch AESOLAR im Rahmen der kommerziellen Produktentwicklung verfolgt.