DYE-SENTITIZED SOLAR CELLS (DSC) ANWENDUNGEN AM GEBÄUDE: CHANCEN UND GRENZEN

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1 DYE-SENTITIZED SOLAR CELLS (DSC) ANWENDUNGEN AM GEBÄUDE: CHANCEN UND GRENZEN DR. THOMAS FRIESEN / 13. WS PHOTOVOLTAIK-MODULTECHNIK 29. NOVEMBER KÖLN

2 ÜBER g2e glass2energy SA Fakten Schweizer Firma, gegründet Oktober Angestellte (Produktion: 21 R&D: 6) Produktionsanlagen für Module und Chemie Start der Produktion im III. Quartal 2015 Produktionskapazität Ca. 80 Module / Woche Oktober 2015 Ca. 200 Module / Woche Ende 2016 Technologie Glas verkapselte transparente & farbige Dye-Sensitized Solarzellen Erfunden von Prof. Grätzel am EPFL (Schweiz) Produktionstechnologie von g2e entwickelt und teilweise patentiert Firmenziel Glasfassaden zur Energieproduktion einsetzen PV Anlagen ohne Verlust an Transparenz 2

3 GLOBALE TRENDS FÜR BIPV Urbane Verdichtung = immer höhere Gebäude Glasfassaden für mehr Transparenz und Licht Zero Emission Buildings neue Regeln für die Energieeffizienz 3

4 DSC TECHNOLOGIE Allgemeiner Aufbau einer DSC Zelle Elektronentransport in einer DSC Zelle Die Grätzel oder DSC -Zelle dient der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion. Diese Solarzelle ist nach Michael Grätzel (EPFL, Lausanne) benannt, der sie Anfang der 1990er Jahre erfand. Die elektrochemische Farbstoff-Solarzelle verwendet zur Absorption von Licht nicht ein Halbleiter, sondern organische Farbstoffe, zum Beispiel Farbstoffe auf Ruthenium Basis oder den Blattfarbstoff Chlorophyll (Vergleich mit Photosynthese!). 4

5 DAS g2e PRODUKT (I) Zell Technologie: Dye-Sensitized Solar Cells (DSC) g2e Stärken: einzigartige Glasverkapselung der Chemie G2E Module Substrate (Front/Rück) 3 mm Float Glas + TCO Abmessung bis zu 1 x 1 [m] Chemie TiO 2 + Dye + Elektrolyt Farben 2017 Das g2e Modul ist ein halbfertiges Produkt und muss in ein Endprodukt verarbeitet werden. 5

6 DAS g2e PRODUKT (II) Elektrische Daten Performance under STC conditions (1000 W, AM 1.5, 25 C) Nennleistung Pmax 13.3 W Leerlaufspannung Voc 34.8 V Spannung beim MP Vmpp 19.5 V Kurzschlussstrom Isc 0.83 A Strom bei MP Imp 0.68 A Glasfritten g2e musste eine eigene JB entwickeln Elektrolyt Reservoir

7 HERSTELLUNGSPROZESS DER DSC MODULE Eingangskont rolle der TCO beschichtete n Glaeser. Laser Strukturierun g der TCO Schicht, Glasbearbeit ung Waschen Drucken der aktiven Oberflächen Trocknen nach jedem Druckprozes s Sintern bei hohen Temperaturen ( A Substrat und B Substrat) Kontaktierung der TiO2 Partikel. Quality Control Laser Structuring Washing Printing Drying Sintering Geringe Produktionskosten wegen geringen Infrastrukturkosten, Materialkosten und Einsatz von Standardanlagen. Keine Reinräume notwendig Assembly Zusammenba u der Substrate. Stocking of Finished Products Electric Wiring & PV-Testing Electrolyte filling Dye adsorption Soldering QC Glass soldering Verpackung und Lagerung Elektrische Prüfung und IV Kurve. Befüllen mit Elektrolyt der Zellen (40 μm Abstand der Substrate). Absorption der DYE Lösung von der TiO2 Schicht Dichtigkeitsp rüfung. Glasverschmelzung der beiden Substrate (Glasfritten) 7

8 VORTEILE DER DSC TECHNOLOGIE DSC Eigenschaften Ertragsanstieg bei geringer und/oder diffuser Einstrahlung Beidseitig aktive Zellen Vorteile +20 % höherer Ertrag (kwh/kwp) im Vergleich zu c-si Technologie Höhere Energieausbeute Arbeitet auch mit künstlichem Licht Farbig und durchsichtig Montage in allen Winkeln und Orientierungen Energierücklaufzeit* (< 1 Jahr) *Für die Produktion notwendige Energie Keine Seltenen Erden oder giftige Substanzen enthalten Anwendungen im Innenbereich werden möglich Öffnet eine neue Dimension im Design, in der Farbenvielfalt und möglichen Anwendungen Keine Einschränkungen im Design und der Montage Sehr geringe graue Energie Einfaches und günstiges Recycling 8

9 EINZIGARTIGE TRANSPARENZ UND FARBE DER DSC MODULE Vorteile DSC- gegenüber c-si Technologie Das PV aktive Material ist transparent Transparenz wird durch Zellendichte variiert Das PV aktive Material ist farbig Zellen oder Frontglas sind eingefärbt

10 DSC-ENDPRODUKTE BIPV FASSADEN Doppelverglasung DSC Modul Sicherheitsglas Struktur Mehrere halbfertige DSC Module werden in ein Fassadenelement mit Bus Bars elektrisch verschaltet und mit EVA zwischen Gläsern im laminiert. Die Fassadenelemente können hinterlüftet oder integriert sein. DSC Modul 600 x 1000 mm

11 DSC-ENDPRODUKTE BALUSTRADEN / GELÄNDER Beispiel Aufbau Geländer - Modul Geländerstruktur DSC Modul

12 DSC ENDPRODUKTE LÄRMSCHUTZWÄNDE Struktur mit integrierter Kabelführung DSC Module werden mit EVA zwischen 2 Sicherheitsgläser laminiert

13 PRÜFUNG UND ZERTIFIZIERUNG DER DSC MODULE Die Prüfungen und Zertifizierungen der DSC Fertigprodukte unterscheiden sich je nach Anwendung: Für alle Anwendungen werden die Module nach IEC / geprüft und zertifiziert elektrische Sicherheit Je nach BiPV Anwendung werden Zusatzprüfungen nach Guideline EN oder nationalen Standards durchgeführt - Baustandards Allgemein werden auch G und U Werte gemessen und die Lamination (Glas Modul) nach ISO geprüft.

14 ERGEBNISSE VORPRÜFUNGEN NACH IEC STANDARDS In Vortests bestandene IEC Prüfungen DAH 1000 Stunden TC 200 UV Stabilisierung der Leistung Mechanischer Belastungstest, Hot Spot Test, reverse current test

15 ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN Dank der Effizienzsteigerung bei geringer Einstrahlung eignen sich die DSC Module besonders für Fassaden. Measurements and simulation made by R. Neukomm g2e 15

16 ANLAGEN - BEISPIELE (I) Le Vivier Sitz g2e / Installation im Januar x 3 Module Stahl & Aluminium Konstruktion Inverter und Kabel sind in der Al Struktur integriert Leistung: 400 W p Energieproduktion: 350 kwh / Jahr 2 Farben 16

17 ANLAGEN - BEISPIELE (II) Lärmschutzwand Swisscom Hauptsitz, Bern, Schweiz, Module Farbe: grün Austrian Pavilion, Expo Mailand 2015 (wieder abgebaut) 17

18 ANLAGEN - BEISPIELE (III) Bürogebäude Genf (CH) - im Bau Nachts werden die Module von LEDs beleuchtet PV Sonnenschutz Merck Hauptsitz Darmstadt (D) Module Farbe: braun

19 ANLAGEN - BEISPIELE (IV) Lärmschutzwand Cafeteria Bulle (Schweiz) 18 Module 3 Farben Balkon an Privatgebäude Schweiz 17 Module

20 PROJEKTE IM AUFBAU Science Tower in Graz (in Bau) Leuchtturmprojekt Geplante Fertigstellung Q (2000 Module) 3 Fußgängerbrücken in Lausanne 20

21 CHANCEN UND GRENZEN DER DSC TECHNOLOGIE Chancen Einzigartige Technologie um transparente und farbige Module herzustellen Ermöglicht die Entwicklung von innovativen Produkten für indoor und outdoor Anwendungen DSC Fassaden können zur Energiedeckung von Hochhäusern beitragen Grenzen Aktuell die geringe Leistung der Module Fehlende Erfahrung im praktischen Einsatz (z.b. Komfort)

22 AUSSICHTEN UND ZIELE Höhere stabile Modulleistung: angestrebt sind 6 7 % (@1000 W/sqm) Ende 2017 Neue Farben: blau,.. Neue Installationen im Fassadenbau damit mehr praktische Erfahrungen zu sammeln Innovative indoor Anwendungen Stand-alone PV Anlagen mit Energiespeicher

23 THANK YOU FOR QUESTIONS AND CONTACS