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So wird Photovoltaik wirtschaftlich

In Jülich arbeiten Wissenschaftler an Technologien für Solarzellen – Digitalanzeigen von Wachendorff helfen ihnen dabei. Silizium heißt der Stoff, ohne den elektronische Bauteile und Photovoltaik undenkbar wären. In der Erdkruste ist es vorhanden wie der sprichwörtliche #Sand am Meer# # nahezu grenzenlos. Trotzdem warnen Analysten schon jetzt vor Versorgungs-Engpässen, und zwar beim kristallinen Silizium. Grund dafür ist der enorme Boom der Photovoltaik, die Jahr für Jahr Zuwächse um 50% verzeichnen kann. Die Lösung könnten Dünnschicht-Solarzellen sein, für die nur noch ein Bruchteil des bisher benötigten Siliziums verwendet wird. Bei ihrer Entwicklung leisten auch Digitalanzeigen von Wachendorff einen Beitrag.
Seit 2001 ist das ‚Erneuerbare-Energien-Gesetz‘ in Kraft und seitdem hält eine Nachfrage nach Solarzellen die Branche in Atem. Deutschland gilt weltweit als Markplatz Nummer eins für diese umweltschonende Art der Energieerzeugung. Damit Sonnenenergie auch ohne staatliche Förderung wettbewerbsfähig wird und andere Formen der Stromerzeugung ersetzen kann, müssen die Produktionskosten für Solarzellen aber noch sinken oder aber muss sich ihr Wirkungsgrad erhöhen.
Siliziumscheiben sind teuer

Handelsübliche Solarzellen bestehen aus 0,3mm dicken, postkartengroßen Scheiben aus kristallinem Silizium, ‚Wafer‘ genannt. Ihre Herstellung ist energie- und materialintensiv und damit teuer, was sich durch eine Verknappung des kristallinen Siliziums und die damit ansteigenden Preise verschärft. Einen Ausweg aus dieser Problematik bilden Dünnschicht-Solarzellen, die nur aus dünnen Schichten bestehen. Sie verbrauchen nur einen Bruchteil des Materials und ermöglichen andere technische Herstellungsverfahren etwa die Beschichtung von Folien oder großen Glasflächen. Leider ist ihr Wirkungsgrad niedriger als der von kristallinen Solarzellen, das heißt das hier verwendete, amorphe Silizium erzeugt pro m2 weniger elektrische Energie als herkömmliche Wafer. Eine Sackgasse so schien es. Inzwischen ist die Entwicklung einen Schritt weiter. Heute beschichtet man Solarzellen zusätzlich zum amorphen mit mikrokristallinem Silizium. Beide Schichten übereinander bilden eine sogenannte Tandemsolarzelle mit höherem Wirkungsgrad. Diesen noch zu steigern und technologisch nutzbar zu machen, darin liegt die Herausforderung, mit der sich Wissenschaftler im Forschungszentrum Jülich derzeit beschäftigen.

Auf die Beschichtung kommt es an

Im Institut für Energieforschung wird bereits seit Mitte der 90er Jahre an mikrokristallinem Silizium geforscht und man hat bereits Fertigungstechnologien für Tandem-Solarmodule entwickelt. Eine schnelle und gleichmäßige Beschichtung ist dabei wichtig. In einer Prozesskammer wird dazu bei Unterdruck ein Wasserstoff-Silizium-Gasgemisch zwischen zwei Elektroden angeregt. So genanntes Plasma entsteht – Schicht bildende Vorprodukte, die sich dann unter hochfrequenter Wechselspannung und hohem Gasdruck auf dem Trägermaterial absetzen. Temperatur, Frequenz und Druck sind die entscheidenden Parameter, damit die Schichten mit den gewünschten Eigenschaften und Schichtdicken im Ein-Mikrometer-Bereich hergestellt werden können. Ein Fall für Messgeräte und Anzeigen mit hoher Genauigkeit. Hier setzen die Wissenschaftler in Jülich Digitalanzeigen von Wachendorff ein.

Kasten: MIT PAX ALLES UNTER KONTROLLE

Die intelligenten Anzeigen der PAX-Reihe, die in Jülich zum Einsatz kommen, verfügen allesamt über eine fünfstellige, 14mm hohe LED-Anzeige. Mit Schutzart IP 65 eignen sie sich nicht nur für Laboratorien, sondern auch für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen mit Spritzwasser und Staub. 20 Messungen pro Sekunde sorgen für eine stetige Erfassung der Messwerte, die auch bei einfallendem Sonnenlicht gut erkennbar abgelesen werden können. Die Bedienung erfolgt über die fünf Fronttasten, wobei man bei der Projektierung die Funktionen der einzelnen Tasten individuell festlegen oder sperren kann. Die Reaktionszeit ist mit 200ms schnell bereits dann werden 99% des endgültigen Wertes angezeigt. Drei programmierbare Benutzereingänge stehen zur Verfügung. Integriert ist außerdem ein neunstelliger Summenzähler. Über die Gerätetasten kann auch die Projektierung vorgenommen werden – komfortabel kann dies auch am PC erfolgen. Mit der neuen Windows-Software Crimson 2 lassen sich alle Daten im PC erstellen, verwalten, kopieren, registrieren und zum PAX-Gerät übertragen. Ein Einsteigerpaket mit Software, RS232-Schnittstellenkarte und Verbindungskabel ist hierfür erhältlich und lohnt sich bei dem Einsatz mehrerer PAX-Anzeigen auf jeden Fall.
PAX-Anzeigen passen in Schalttafel-Ausschnitte nach DIN und werden über einen Montagerahmen mit Klemmschrauben befestigt. So können wie in Jülich mehrere Anzeigen zweckmäßig nebeneinander platziert werden, damit man alle relevanten Werte auf Anhieb im Blick hat. Durch die Aufrüstung mit leicht zu montierenden Ausgangskarten sind zusätzliche Funktionen möglich. So kann beispielsweise über eine Relais- oder Transistorausgangskarte bei Erreichen von Grenzwerten automatisch eine Reaktion – etwa ein Alarm oder ein Abschalten der Anlage – ausgelöst werden. Auch verschiedene Schnittstellen-Karten sind verfügbar, so dass PAX-Anzeigen unter anderem als Komponenten von Profibus-DP-Anlagen oder anderen Netzwerken fungieren können. In Jülich werden PAX-Anzeigen für die Überwachung und Anzeige von Stromstärke und Spannung, Temperatur, Durchflussmenge und Druck verwendet, denn all diese Parameter müssen überwacht werden, damit die Herstellung der hauchdünnen Beschichtungen in den Vakuumkammern zu dem gewünschten Ergebnis führt. Wachendorff bietet darüber hinaus eine Palette weiterer Varianten an. Auch 2-Kanal-Normsignalan-zeigen, bei denen beide Kanäle mathematisch miteinander verknüpft werden können, sind erhältlich. Alle Geräte werden übrigens vor der Auslieferung drei Tage unter Volllast getestet, eine Qualitätskontrolle, die dem Nutzer Funktionssicherheit bietet.

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