Quality above Quantity. Klasse statt Masse. Differenzierungsmöglichkeiten am Beispiel der Glasauswahl

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1 Klasse statt Masse Differenzierungsmöglichkeiten am Beispiel der Glasauswahl Quality above Quantity Opportunities for Differentiation Using the Example of Solar Glass Choice

2 2 EuPD EuPD Research Research HRCG 2011 Das vorliegende Werk ist insgesamt sowie hinsichtlich seiner Bestandteile (Text, Grafik, Bilder und Layout) urheberrechtlich geschützt. Jede mögliche und vom Urheberrechtsgesetz nicht ausdrücklich zugelassene komplette oder auszugsweise - Verwertung ist ohne vorherige schriftliche Zustimmung der HRCG GmbH unzulässig. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigung, Verbreitung, Bearbeitung, Übersetzung, Speicherung, Verarbeitung und Wiedergabe in Datenbanken. Autor: Till von Versen, Research Analyst Art Direction Klaudia Schmiejka, Art Director

3 Inhaltsverzeichnis Content 1. Schlüsselergebnisse 4 2. Alleinstellungsmerkmale 6 3. Optimierungsansatz 8 4. Möglichkeiten Wirtschaftsfaktor Generation Solarglas Reflektionshemmende Gläser Funktionsprinzip Funktionsprinzip Funktionsprinzip Funktionale Aspekte Visuelle Aspekte Praxistest Fazit Quellen- und Bildverzeichnis 36/37 1. Key Findings 5 2. Differentiation 7 3. Optimization 9 4. Possibilities Economic Factor Next Generation Solar Glass Anti-Reflective Glass Functional Principle Functional Principle Functional Principle Functional Aspects Visual Aspects Practical Trial Conclusion Sources and List of Figures 38/39 3

4 Schlüsselergebnisse Schlüsselergebnisse 4 EuPD EuPD Research Research Deutsch»»»»»»»» Der internationale PV-Markt befindet sich im Umbruch. Konstant hohes Wachstum ist in Märkten wie Deutschland nicht von Dauer. Andere Märkte werden die antizipierte Lücke noch nicht schließen können. Eine Differenzierung ist in dem stark umkämpften PV-Markt dringender von Nöten denn je. Kapazität und Nachfrage klaffen zu sehr auseinander. Es gilt, heute die Weichen für morgen zu stellen. Frontseitenglas bietet Modulherstellern zusätzliche Differenzierungsmöglichkeiten. Zum einen durch eine höhere Leistung des Moduls, zum anderen durch visuelle Alleinstellungsmerkmale wie Oberflächenstrukturen. Von allen speziellen Solar-Frontgläsern ist tieftexturiertes Glas von besonderem Interesse. Im Labor sind rund 2 Prozent Effizienzsteigerung bei der Verwendung von polykristallinen Siliziumsolarzellen garantiert. Auf suboptimalen Dächern (Ost-West) erlaubt Frontglas Ertragssteigerungen von bis zu sieben Prozent zum Vergleichsglas. Besonders in gesättigten Märkten, wie Deutschland, gewinnt dies zunehmend an Bedeutung. In naher Zukunft könnte tieftexturiertes Glas zudem mit einer AR-Beschichtung versehen werden.»»»»»» Auch der visuelle Effekt eines tieftexturierten Glases bietet zwei weitere Vorteile: Es blendet weitaus geringer als andere Frontgläser (mit oder ohne ARC) und kann deswegen bedenkenlos installiert werden. Zum anderen dient die markante Oberflächenstruktur in Form von Pyramiden oder Gräben als visuelles Alleinstellungsmerkmal. Der Reinigungseffekt durch Regen ist entgegen erster Erwartungen vergleichbar mit beschichteten Guss- oder Floatgläsern. Auch ohne Einfluss von Regen ist keine höhere Verschmutzung zu erkennen. Die Berechnung monetärer Mehrwerte zeigt, dass Gewinne entlang der Wertschöpfungskette möglich sind. Eine Hürde stellt jedoch die Kommunikation in Richtung Endkunden dar, denn die gängige Simulationssoftware berücksichtigt tieftexturiertes sowie AR-Glas nicht ausreichend. Außerdem kann die positive Differenz zwischen Laborleistung und Real Life Performance bislang nur schwer bei der Preisstellung berücksichtigt werden. Ziel muss es deshalb sein, den üblichen Argumentationsweg mit existierenden Mehrwerten zu bedienen. Denkbar sind hier zum Beispiel Echtzeitmessungen von renommierten Instituten.

5 Key Findings Key Findings English»» The international PV market is currently in a state of upheaval. The continu- ously high growth rate of markets such as Germany cannot last much longer, and other markets are not expected to fill the resulting gap yet. without AR coating) and can therefore be installed anywhere. The interesting surface structure, made up of pyramids or small troughs, also provides an attractive visual USP.»»»»»»»» Differentiation is more necessary than ever in today s highly competitive market. Capacity and demand are diverging more and more, which is why it s important to set the course for tomorrow, today. Cover glass provides module manufacturers with numerous opportunities for differentiation, both through higher module efficiency and aesthetic advantages such as surface textures. Of all the specialized solar glasses, deeply textured glass is the most interesting. In laboratory tests, it has been proven to provide up to 2 percent increases in efficiency when used with polycrystalline silicon cells. On roofs with non-optimal alignment (east-west) it allows for yield increases of up to 7 percent, in comparison to a regular cover glass. In saturated markets, like Germany, this aspect is gaining in importance. In the near future, deeply textured glass could also be given an AR coating. The visual effect of deeply textured glass also provides two additional advantages: It does not cause as much dazzle as other solar glasses (with or»»»» Contrary to the initial expectations, the cleaning-behavior with rain of deeply textured glass actually proved to be comparable to coated cast glass or float glass. Even without rain, no higher levels of staining were observed than on regular cover glass. A calculation of the monetary benefits has shown that gains can be made along the entire value chain. However, communicating the benefits of deeply textured glass to the end customer may present a hurdle, as the current simulation software is not yet able to sufficiently illustrate the effects of deeply textured and AR coated glass. Also, the positive difference between laboratory tests and the real life performance of the modules cannot currently be accounted for in the price. Therefore, the goal is to boost the usual arguments with the existing benefits. One possibility would be to allow renowned scientific institutions to perform real-time module performance tests. 5

6 Alleinstellungsmerkmale Alleinstellungsmerkmale Deutsch 6 EuPD EuPD Research Research Deutsch Der Bedarf an Alleinstellungsmerkmalen wächst Die Luft im globalen Photovoltaik-Markt wird für Hersteller allmählich dünner, Endkunden profitieren dabei von einem starken Angebot und zögernder Nachfrage. Zum ersten Mal ist in einem wachstumsstarken Markt wie Deutschland ein Abschwächen auf Raten zu erwarten. Ob die zahlreichen alternativen Wachstumsmärkte wie Frankreich, Großbritannien, USA und Italien in der Lage sein werden, diese Lücke zu schließen, wird sich zeigen. Dennoch wird Europa mittelfristig weiterhin die wichtigste Wachstumsregion der Photovoltaik bleiben. Abbildung 1 verdeutlicht, wie ungeachtet der antizipierten Umwälzungen in Wachstumsregionen wie Deutschland und der beständigen weltweiten Kürzung des wichtigsten Förderinstruments, der Einspeisevergütung, in 2010 und 2011 die weltweiten Zellkapazitäten weiterhin ausgebaut wurden. Die Nachfrage hat mit dieser Expansion aber nicht in gleichem Maße mitgehalten. Ein Überangebot und steigende Lagervolumina waren die logische Folge. Das Frühjahr 2011 hat mit einem schwächelnden deutschen und einem völlig verunsicherten italienischen Markt zugleich die Nachfrage einbrechen lassen.

7 Differentiation Differentiation English The Growing Need for Differentiation The air in the global photovoltaics market is gradually growing thinner for PV producers. End customers are profiting from strong supply and faltering demand. A decrease in installments is expected for the first time in Germany s otherwise strongly growing market. Whether or not the alternative growth markets, such as France, the UK, the USA and Italy will be able to close this gap remains to be seen. Nevertheless, Europe is set to remain the most important PV region in the mid-term. Figure 1 illustrates that, despite the unexpected upheavals in growth regions such as Germany, and the world-wide cuts to the feed-in tariff in 2010 and 2011, cell capacity has still been able to develop. However, demand has not been able to keep up with this expansion; thus, oversupply and an increasing amount of products in storage have been the logical consequences. The dwindling German and insecure Italian markets in spring 2011 also gave cause for a dramatic decline in demand. [GWp] e First Solar (Thin Film) Jinko Ningbo Solar Electric SolarWorld Canadian Solar Solarfun Kyocera Sanyo MoTech Gintech SunPower Trina Ja Solar Yingli Q-Cells Sharp SunTech Source: EuPD Research, 2011 Abbildung 1: Überkapazitäten durch Ausbau der Fertigungsstätten Figure 1: Overcapacity Caused by the Overdevelopment of Production Sites 7

8 Optimierungsansatz Optimierungsansatz 8 Deutsch Ein ganzheitlicher Optimierungsansatz muss greifen In Deutschland, dem zurzeit noch größten Absatzmarkt, sind die Zeichen einer zunehmenden Marktreife mittlerweile klar zu erkennen. Der Wettbewerbsgrad hat stark zugenommen, auch etablierte Hersteller müssen Marktanteile verteidigen und sind verstärkt Preiskämpfen mit der internationalen Konkurrenz ausgesetzt. Auch wenn Deutschland noch ein starkes Jahr 2011 bevorstehen sollte, erste Sättigungserscheinungen sind bereits wahrzunehmen. Erstmals seit zwei Jahren greift das EEG als Regulative und hält den Zubau im politischen Rahmen. In einem kompetitiven Marktumfeld wird Herstellern ohne besondere Verkaufsargumente schon in Kürze kein Existenzrecht mehr eingeräumt werden; eine Konsolidierungswelle ist und bleibt dann nur eine Frage der Zeit. Die Folge der hier skizzierten Marktlandschaft ist eindeutig: Eine Differenzierung in einem immer kompetitiveren Umfeld ist unumgänglich. Die Frage, wie am effektivsten und effizientesten Mehrwerte und damit Differenzierungsmöglichkeiten geschaffen werden können, wurde von Modulherstellern allerdings häufig einheitlich beantwortet. In der jüngeren Vergangenheit wurden insbesondere Zelloptimierungen in Betracht gezogen. Doch in Zukunft werden vermehrt ganzheitliche Ansätze in den Fokus von Modulherstellern und Systemintegratoren rücken müssen, um unter den neuen Marktbedingungen langfristig konkurrenzfähig bleiben zu können. Ein ganzheitlicher Ansatz zur Schaffung von Mehrwerten beginnt somit schon deutlich früher als mit der Zelle. Kostensenkung und Leistungszuwachs können allein durch Verbindungen, EVA-Einbettungsfolien, Anschlussdosen und Rahmenprofile nur bedingt realisiert werden. Daher rückt eine wesentliche Komponente zunehmend in den Blick der Branche: Die Frontgläser. Dort wurde durch Veredelungsprozesse und neuartige Tiefenstrukturierungen bereits eine beachtliche Evolution angestoßen. EuPD EuPD Research Research

9 Optimization Optimization English A Holistic Approach to Optimization is Required In Germany, currently the largest sales market, the signs of market maturity are now becoming clearer. The level of competition has risen significantly and even established manufacturers are having to defend their market shares and enter into price wars with the international competition. Although 2011 is expected to be a strong year for Germany, the first signs of market saturation are beginning to show. For the first time in two years, the renewable energy law (EEG) will intervene effectively, keeping growth within the political framework. A holistic approach to creating additional value has to begin far before the cell. Cost reduction and efficency increases are difficult to realize with the help of cables, EVA encapsulation foils, junction boxes and frames only. As a consequence, one crucial component takes on a deciding role: Cover glass. New refinement processes and surface structures have led to a considerable evolution in this field. In a competitive market environment, manufacturer s existence without a USP can become rapidly threatened, and the wave of consolidation becomes only a matter of time. The consequences for the market landscape described above are clear: Differentiation is unavoidable in order to ensure survival in an ever more competitive environment. Module manufacturers have in the past tended to answer the question regarding the most effective and efficient forms of differentiation similarly. Cell optimization has always been seen as a particular solution to this problem, but in the future, a more holistic approach will be needed to allow module manufacturers and system integrators to stay competitive. 9

10 DEUTSCH Möglichkeiten Möglichkeiten 10 EuPD EuPD Research Research DEUTSCH Die Möglichkeiten zur Differenzierung liegen auch im Glas verborgen In dem wachsenden internationalen PV-Markt waren Modulhersteller schon Allerdings besitzen auch etablierte industrielle Prozesse noch erstaunlichen seit geraumer Zeit gezwungen, sich von anderen Anbietern abzuheben. Meist Spielraum, um zur Leistungs- oder Ertragssteigerung eines PV Moduls beizutragen. Am Beispiel des Solarglases lassen sich vernachlässigte Spielräume erken- geschieht dies auf den Ebenen Preis, Leistung, Qualität und Design. In die erste Kategorie fallen asiatische Hersteller wie Trina und Yingli, zu den Leistungsführern gehören Unternehmen wie SANYO und SunPower. Ein besonderes Quali- Moduls besitzt durchschnittliches Solarglas einen relativ geringen Anteil an der nen. Mit einem Anteil von rund 5-6 Prozent an den Herstellungskosten eines tätsversprechen wird von vielen deutschen und europäischen Herstellern ausgesprochen. Das Beispiel Solland zeigt außerdem, dass visuelle Aspekte verstärkt tung und Ertrag. Zwar bieten die ausgereiften Prozesse der Glasindustrie nicht Kostenbildung, eröffnet aber überproportionale Mehrwerte in Bezug auf Leis- als Alleinstellungsmerkmal bewertet werden. mehr die gleichen Kostensprünge wie andere Komponenten, dennoch liegt im Solarglas eine nicht zu unterschätzende zusätzliche Quelle zur Effizienzsteigerung, Ertragssteigerung und (visuellen) Differenzierung verborgen. Insbesondere in der Weiterentwicklung von Zellen wurde, und wird bisher, das größte Potential zur Wettbewerbsfähigkeit gesehen.

11 Possibilities Possibilities English The Possibilities for Differentiation in Glass In the growing international PV market, module manufacturers have been seeking ways to differentiate themselves from the competition for some time. This differentiation mainly occurs within the categories of price, efficiency, quality and design. The first category includes Asian manufacturers such as Yingli and Trina, companies such as SANYO and SunPower belong to the leaders in efficiency, and German and European manufacturers usually advertise quality as their USP. The firm Solland has shown that visual and design aspects are also becoming increasingly appreciated as a selling point. Design Price Differentiation Power The development of cell technology has always been seen as the main motor for competitive advancement. However, established industrial processes also present astonishing possibilities to increase module efficiency. These hidden possibilities become especially clear in the example of solar glass. At around 5-6 percent of the total production costs of a module, regular solar glass represents a relatively small share of the system price, but therefore presents disproportionately significant advantages for module efficiency and output. Although the fully developed processes in the glass industry may not offer the same cost cutting benefits as other components, solar glass still presents a mine of untapped possibilities for increased efficiency, higher output and aesthetic differentiation. Quality Source: EuPD Research, 2011 Abbildung 2: Differenzierungsebenen - Das Glas rückt in den Fokus Figure 2: Levels of Differentiation Glass in Focus 11

12 Wirtschaftsfaktor Wirtschaftsfaktor Deutsch Solarglas ist zum Wirtschaftsfaktor geworden Durch die zunehmende Bedeutung der Photovoltaik-Industrie sind angrenzende Industrien verstärkt auf dieses Wachstumsfeld aufmerksam geworden. Dennoch macht spezielles Solarglas nur einen geringen Teil der weltweiten Glasproduktion aus. Während 2009 der Anteil des Solarglases am Flachglasmarkt mit 80 Mio. Tonnen bei rund 1,2 Prozent lag, ist der Anteil 2010 auf 2,6 Prozent oder geschätzte 184 Mio. Tonnen gestiegen (siehe Abbildung 3). Um den speziellen Anforderungen des PV-Marktes zu entsprechen hat man in einem ersten Schritt die Lichtdurchlässigkeit durch die Verringerung des Eisenanteils erhöhen können. Beide Glastypen unterscheiden sich in Bezug auf die Kostenstruktur in Europa nur im Detail voneinander. Obwohl Walzglas einen geringeren Energiebedarf in der Herstellung besitzt, ist die Energiebilanz beider Gläser aufgrund von höheren Produktionsverlusten trotzdem vergleichbar. Auch die Anfangsinvestition und die Abhängigkeit von Rohstoffpreisen verhalten sich ähnlich. Allein der Personalaufwand liegt bei Walzglas um rund 60 Prozent höher EuPD EuPD Research Research Grundsätzlich kann bei der Herstellung für die Photovoltaikindustrie zwischen zwei Glastypen unterschieden werden. Zum einen das Walzglas, welches auch als Gussglas bezeichnet wird. Es zeichnet sich durch eine prozessbedingte Oberflächenstruktur aus, die besonders häufig bei kristallinen Modulen eingesetzt wird. Wie der Name bereits suggeriert, wird das Glas durch Walzen in die gewünschte Form gebracht. Floatglas gilt als Alternative mit einer planparallelen Oberfläche. Bezeichnend für diesen Solarglastyp ist ein Zinnbad, wodurch die glatten Flächen erst ermöglicht werden.

13 Economic Factor Economic Factor English Solar Glass has Become an Economic Factor Due to the increasing significance of the photovoltaic industry, many related branches have started to take notice of this growth area. However, specialized solar glass still only makes up a small share of the total worldwide glass production. Although in 2009, the share of solar glass in the flat glass market was at around 1.2 percent, with 80 million tons, this share has risen to 2.6 percent and around 184 million tons in 2010 (see Figure 3). In order to adapt this glass to the special requirements of the solar energy industry, the first step was to increase the transparency by reducing the amount of iron in the glass. The initial investment costs and the dependence on raw material prices are also similar. The major difference lies in the personnel costs, which are 60 percent higher for rolled glass 1. Flat glass market in Mio. m² PV glass production by region in ,400 7, % 0.6% 184 There are two main types of glass used in the photovoltaic industry. Firstly, there is rolled glass, which is also referred to as cast glass. This form of production causes the glass to have a specific surface structure, and it is often used in crystalline modules. As the name suggests, it is rolled into the required form. The alternative to rolled glass is float glass, which has a coplanar surface. This type of solar glass is floated in a tin bath, which gives it its characteristic smooth surface. 7,000 6,800 6,600 6,400 6, ,540 7, % 72.8% 13 Both types of glass only differ slightly with regard to the cost structure in Europe. Although rolled glass requires slightly less energy to manufacture than float glass, the energy balance for both technologies still remains similar due to high energy losses in their production processes. Flat glass PV glass Abbildung 3: Der Markt für Solarglas Figure 3: The Solar Glass Market Asia Europe North America Other Source: Saint-Gobain Solar, Blieske

14 Generation Solarglas Generation Solarglas 14 EuPD EuPD Research Research Deutsch Die nächste Generation Solarglas steht bereits in den Startlöchern Der Solarglasmarkt ist stark internationalisiert. Eine Vielzahl von Wettbewerbern Die dritte Generation von Solargläsern besitzt zusätzliche Eigenschaften, wie stammt inzwischen aus Asien. Neben der großen Bedeutung von Floatglas für eine Anti-Blendwirkung sowie einen positiven Temperatureffekt. Unter den die Flachglasindustrie hat auch Walzglas eine wichtige Position für die Photovoltaik inne. ARC-Lager zuzurechnen. Saint-Gobain produziert als einziger Hersteller tieftex- Gläsern der zweiten und dritten Generation ist die Mehrheit der Anbieter dem turiertes Glas. Die Verbindung von tieftexturiertem Glas in Verbindung mit ARC Ein Trend zu geringeren Glasdicken war in der Vergangenheit zu beobachten. wurde hier bereits im Labor erfolgreich durchgeführt und könnte einen weiteren Doch einer solchen Entwicklung sind statische Grenzen gesetzt. Beim Einsatz Meilenstein in der Evolution der Frontgläser bedeuten. dünner Frontgläser ist für eine gesteigerte Stabilität beispielsweise der Einsatz eines Rückseitenglases notwendig. Außerdem werden bislang besonders im PV-Hersteller sind sich in Ihren Erwartungen einig. Auch das Glas sollte in Zukunft zusätzliche Mehrwerte bieten können. Effizienzsteigerungen und bessere BIPV-Segment Mindestdicken von rund 4mm verwendet. Erträge bei suboptimaler Ausrichtung seien Attribute, die ein Glas signifikant Im Allgemeinen lassen sich bis heute drei Evolutionsstufen von Solargläsern mitbestimmen kann, so der Chefeinkäufer eines renommierten deutschen definieren (siehe Abbildung 4). Die erste Evolutionsstufe umfasst extraweiße Modulherstellers. Dennoch müsse in diesem Kontext mit spitzem Bleistift Frontgläser mit einem hohen Transmissionsgrad. Die Definition von Frontgläsern gerechnet werden, denn nur messbare Mehrerträge rechtfertigen zurzeit einen der zweiten und dritten Generation beruht auf den durch das Glas vermittelten Mehrpreis. Mehrwerten. Die zweite Generation bezieht sich auf Anti-Reflective Coating (ARC)-Gläser, die lediglich die Reflexion hemmen.

15 Next Generation Solar Glass Next Generation Solar Glass English Next Generation of Solar Glass: Soon to Hit the Market The solar glass market is highly international and many of the competitors are Asian. Alongside the significance of float-glass in the flat-glass industry, rolled glass has also gained an important position within the photovoltaics sector. In the past, the trend was leading towards increasingly thin layers of glass, but such a development is subject to obvious structural constraints. When using thinner cover glass, it is necessary to incorporate other forms of stability, such as back-cover glasses. Also, thicknesses of more than 4mm have so far mainly been used in the BIPV sector. PV manufacturers agree on their expectations solar glass should offer additional benefits in the future. Increased efficiency levels and better output for suboptimal alignment are just two of the attributes which solar glass can significantly affect, according to the Purchasing Manager of a renowned German module manufacturer. According to him, very precise calculations would be necessary in this context, as only measurable increases in output can currently justify an increased price. Generally, the development of solar glass can be divided into three stages (see figure 4). The first stage includes extra-white glasses with a high grade of transmission. The definition of second and third generation cover glass is based on the benefits provided by the glass. Second generation refers to glasses with anti-reflective coating (ARC) glasses, which only reduce reflection. The third generation of solar glass has additional properties, such as an anti-dazzle effect and a positive temperature effect. Among the second and third generation glasses, the majority of manufacturers offer AR coating. Saint-Gobain is the only manufacturer to produce deeply textured glass. Combining deeply textured glass with ARC has already been successfully carried out in the laboratory, and could present yet another milestone in the development of solar cover glass. Evolution by generation 3rd 2nd 1st Number of suppliers Deeply textured glass (+ARC) ARC glass Standard PV glass Abbildung 4: Die Evolution des Solarglases Figure 4: The Development of Solar Glass Source: EuPD Research,

16 Reflexionshemmende Gläser Reflexionshemmende Gläser Deutsch An reflexionshemmenden Gläsern führt kein Weg vorbei Den Versuch, Frontgläser grundsätzlich leistungsfördernder zu konzipieren, verfolgt eine Vielzahl von Glasherstellern bereits seit Beginn des PV-Booms. Die Verringerung des Eisenanteils durch reinere Quarzsande und höhere Schmelztemperaturen hat inzwischen zu einem höheren Transmissionsgrad geführt. 16 EuPD EuPD Research Research Um außerdem die Reflexion zu verringern, haben Hersteller zwei Wege gewählt: Einlagige, nanoporöse Beschichtungen zur Minderung der Reflexion sowie Oberflächenstrukturen zur Nutzung des Lichtfalleneffekts (siehe Funktionsprinzip). Bei der Oberflächenbeschichtung, dem ARC, werden Vakuumbeschichtungen, Spray- und Ätzverfahren eingesetzt. Tieftexturiertes Solarglas wird durch besondere Walzen in die gewünschte Form gebracht. Auch eine Kombination von Tiefentextur und ARC ist technisch möglich und befindet sich in der Umsetzung zur Industrialisierung. Theoretisch ermöglicht tieftexturiertes Glas also die Zusammenführung beider innovativen Glastypen unter Nutzung aller bekannten Vor- und Nachteile. Im Folgenden soll deshalb das tieftexturierte Glas weiter beleuchtet werden.

17 Anti-Reflective Glass Anti-Reflective Glass English Anti-Reflective Glass: Simply Unavoidable Many glass manufacturers have attempted to create a more efficient cover glass since the beginning of the PV boom. The reduction of the iron levels by using purer glass sand, and the use of higher melting temperatures have already led to a higher grade of transmission. Glass manufacturers have developed two different methods of reducing reflection: Single-layer, nanoporous coatings, and surface structures designed to use the light-trap effect (see functional principle). In the case of AR surface coatings, special vacuum coating, spray or etching processes are used. Deeply textured glass is rolled into the desired shape and consistency with metal rollers. A combination of deep-texturing and ARC is technically possible, and is currently being made suitable for industrialization. Theoretically, deeply textured glass should allow both of these innovative types of solar glass to be combined, along with all their known benefits and disadvantages. Therefore, deeply textured glass will be described and discussed in more detail in the following part of the paper. 17

18 Funktionsprinzip 1 Funktionsprinzip 1 18 EuPD EuPD Research Research Deutsch Funktionsprinzip von tieftexturiertem Glas Im Gegensatz zu den mehrheitlich verwendeten Frontgläsern zeichnet sich tieftexturiertes Glas mit einer Tiefe von rund einem Millimeter durch eine ausgeprägte Oberflächenstruktur aus, die sich zur Steigerung des Modulwirkungsgrads die Grundlagen der Physik zu Nutze macht. Denn zur Nutzung des Sonnenlichts spielen Reflexion und Energietransmission des Glases eine entscheidende Rolle. Die Transmission hat man in der Vergangenheit unter anderem durch die Reduktion des Eisenanteils im Glas optimieren können. Bei Verwendung von reinen Quarzsanden sind höhere Schmelztemperaturen notwendig, um einer Blasenbildung entgegenzuwirken. Das Resultat ist ein Solarglas mit einem Transmissionsgrad von über 91 Prozent. Die Reflexion kann, wie in der ARC-Methode, mit einlagigen, nanoporösen Beschichtungen verringert werden, um auf diese Weise den Wirkungsgrad des Moduls zu erhöhen. Im Falle von Tiefentexturen wird die Oberfläche des Walzglases so strukturiert, dass zum einen die externe Reflexion zwischen Luft und Glas verringert wird, und zum anderen ein von der Solarzelle reflektierter Lichtstrahl im Glaskörper zurückgehalten und erneut auf die Zelle geworfen wird. Letzteres ist auch als Lichtfalleneffekt bekannt (siehe Abbildung 5). In der Praxis haben sich zwei spezielle Formen als Oberflächenstruktur bewährt: Die invertierten Pyramiden und eine besondere Anordnung von Gräben. Abbildung 5: Funktionsprinzip des Lichtfalleneffekts Figure 5: How the Light-Trapping Effect Works

19 Functional Principle 1 Functional Principle 1 English How Deeply Textured Glass Works In comparison to most of the cover glasses used in photovoltaics, deeply textured glass is characterized by a distinctive surface structure of 1mm depth. This surface structure uses basic physics in order to increase module output. Reflection and the energy transmission of the glass play a significant role in the use of sunlight. In the past, reducing the iron content of the glass was the main way in which transmission could be increased. When using purer glass sand, higher melting temperatures are necessary in order to avoid blistering. The result is a solar glass with a transmission grade of over 91 percent. Air Source: Saint-Gobain Solar 2011 For a texture : -45 < β < 45 for α = 45 β θ α Reflection can be avoided through the use of single-layer, nanoporous coatings, as in ARC, which also increases the efficiency of the module. However, the surface texture of deeply textured rolled glass works by reducing the external reflection between light and glass, and by trapping the light rays which are reflected off the solar cell inside the glass layer so that they are re-reflected back onto the cell (see figure 5) - this is known as the light-trapping effect. Two kinds of surface structure have proven themselves effective in practice: Inverted pyramids, and a specific alignment of grooves. X-White Glass Abbildung 6: Tiefentextur bringt Vorteile bei flachen Einfallswinkeln Figure 6: Deep-Texturing also Advantageous for Shallow Angles of Incidence 19

20 Source: Saint-Gobain Solar Funktionsprinzip 2 Funktionsprinzip 2 Deutsch Am Beispiel der invertierten Pyramiden wird deutlich, dass am Übergang zwischen der Umgebungsluft und dem Glaskörper besonders bei flachen Lichteinfallswinkeln eine relative Leistungssteigerung der Zelle möglich ist (siehe Abbildung 6). Der Lichtstrahl trifft fast senkrecht auf dem Pyramiden- Schenkel auf und kann so ganzheitlich vom Glas absorbiert werden. Ein flacher Lichteinfall tritt in der Realität morgens und abends sowie bei diffusem Licht auf. Der Anteil des diffusen Lichts liegt in Mitteleuropa durchschnittlich bei 50 Prozent. Doch auch bei sehr direkter Einstrahlung sind Steigerungen des Kurzschlussstroms zu verzeichnen. Messungen aus den Labors des ISFH weisen eine Steigerung von 2-3 Prozent gegenüber einem Standard PV-Glas aus 2. In der Realität ergeben sich aber durchschnittliche Erfahrungswerte von 4-5 Prozent relativer Steigerung, so Steffen Graf, Geschäftsführer der EMMVEE Photovoltaics GmbH in Berlin. Dieser Wert wird auch durch einen 3-jährigen Außentest von Herstellerseite bestätigt 3 (siehe Abbildung 7). Dennoch ist auch hier eine relative Steigerung gegenüber einem Referenzglas zu messen. Bei einer um rund einen Prozent geringeren Steigerung im Falle von texturierten Zellen ist demnach im Außeneinsatz noch immer eine Leistungssteigerung von 3-4 Prozent zu realisieren. SGG ALBARINO P annual gains in outdoor test without cleaning gain in lsc [%] angle to the horizontal SGG ALBARINO G annu gain in lsc [%] EuPD EuPD Research Research Die relative Steigerung des Kurzschlussstroms ist zusätzlich von der Zellstruktur abhängig. So weisen texturierte Zellen, die heute in einer Mehrheit der neuen Produktionslinien hergestellt werden, eine geringfügig niedrigere Steigerung des Kurschlussstroms auf. Denn die oftmals in nasschemischen Prozessen erzeugten Strukturen wirken einer optimalen Nutzung des Lichtfalleneffekts entgegen. SGG ALBARINO P 2009 SGG ALBARINO P 2008 SGG ALBARINO P 2007 SGG ALBARINO P (STC results) Abbildung 7: Albarino P: Tieftexturiertes Glas im Langzeitvergleich Figure 7: Albarino P: Deeply textured Glass in a Long-Term Comparison SGG ALBARINO G SGG ALBARINO G SGG ALBARINO G SGG ALBARINO G

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