Zur Messung von Spannung, Strom und Leistung, die von einem Solarmodul an einen veränderlichen Verbraucher abgegeben werden können, wird eine Schaltung beschrieben, die auf dem integrierten Analogmultiplizierer RC4200 aufbaut. Das entwickelte Mess-System beinhaltet neben der Stromversorgung und den Anzeigeelementen außerdem ein Solarmodul, das aus kleinen Einzelzellen auf einer Leiterplatte aufgebaut wurde.

Zur Messung von Spannung, Strom und Leistung, die von einem Solarmodul an einen veränderlichen Verbraucher abgegeben werden können, wird eine Schaltung beschrieben, die auf dem integrierten Analogmultiplizierer RC4200 aufbaut. Das entwickelte Mess-System beinhaltet neben der Stromversorgung und den Anzeigeelementen außerdem ein Solarmodul, das aus kleinen Einzelzellen auf einer Leiterplatte aufgebaut wurde.

Für derzeitige, industriell hergestellte Solarmodule werden Leistungsgarantien von 20 bis 25 Jahren gegeben. Das hat hohen Ansprüchen bezüglich ihrer Zuverlässigkeit, welche sich über ihre Effizienzabnahme pro Jahr definiert, zur Folge. Die Einführung neuer Technologien, wie z.B. die der PERC- (passivated emitter and rear cell) als Ersatz für die bislang dominierende BSF-Technologie (back surface field) hat eine umfangreiche Änderung der Metallisierung der Solarzellen nach sich gezogen, wodurch neue Degradationseffekte auftreten können. In der vorliegenden Arbeit werden die einzelnen Komponenten der Solarzellenmetallisierung und –verschaltung in Bezug auf ihren Beitrag zur Degradation untersucht. Die dafür notwendige beschleunigte Alterung erfolgte mittels Temperaturwechselbelastung zwischen -40 °C und +85 °C. Unterstützt durch die numerische Simulation konnte die Degradation der Rückseitenmetallisierung und Zellverschaltung im Detail charakterisiert und Lösungen zur Reduktion der Leistungsabnahme abgeleitet werden. Erstmals wurde dabei der Einfluss der AgAl-Legierung und des Druckkontaktwiderstandes auf den Serienwiderstand der Solarmodule untersucht.

Vor dem Hintergrund der zukünftigen Notwendigkeit einer nachhaltigen Energieversorgung beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit Technologien der regenerativen Energiequelle Solarenergie, insbesondere Photovoltaik (PV). Systeme zur Nutzung der unerschöpflich verfügbaren, sauberen und im Prinzip “frei Haus” gelieferten Energie der Sonne können eine bedeutsame Rolle in einer umweltverträglicheren Zukunft spielen. Allerdings ist die Herstellung der erforderlichen Komponenten heute i.d.R. noch energie- und kostenintensiv, weshalb für eine korrekte Bewertung dieser Technologien der gesamte Lebenszyklus betrachtet werden muss. Zur tieferen Analyse der PV wird die Methodik des Environmental Life Cycle Costing (ELCC) auf der Grundlage von drei Grundideen eingeführt. Konkret sind dies die Ausgangspunkte: Nachhaltigkeit, Lebenszyklusdenken und die Drei-Dimensionalität dieses Instrumentes durch die gemeinsame Betrachtung ökologischer, ökonomischer und technischer Aspekte in ihrem Zusammenspiel. Ausgehend von theoretischen Elementen der Ökobilanzierung (Life Cycle Assessment) und des Life Cycle Costings, verbunden mit den technischen Eigenschaften der Photovoltaik werden wichtigste Anforderungen und Schritte für die Durchführung eines ELCC für PV beschrieben. Mittels einer softwaregestützten Inhaltsanalyse wird im Anschluss der definierte Rahmen für ein ELCC für PV getestet (und modifiziert) gegen eine Auswahl von 135 bereits existierender Studien, die sich mit dem Lebenszyklus von PV-Technologien aus ökologischer und ökonomischer Sicht beschäftigen. Im Ergebnis hieraus können die wichtigsten Elemente eines ELCC für PV, wie beispielsweise ökologische Wirkungskategorien oder ökonomische Indikatoren, identifiziert werden (methodisches Feedback). In einem nächsten Schritt werden die Studien hinsichtlich ihrer “Qualität” bezogen auf ökologische, ökonomische und übergreifende Inhalte eines ELCC für PV bewertet. Auf diese Weise kann ein Inventar von Lebenszyklusanalysen für PV erstellt werden, das nach den Technologien und der inhaltlichen Qualität bezüglich eines ELCC strukturiert ist und für weitere Analysen als Grundlage dienen kann. Aus den bisherigen Ergebissen kann eine erste Einschätzung zum aktuellen Stand des ELCC für PV in der Literatur vorgenommen werden: Es existiert bereits ein großer Pool von Studien, die sich mit dem Lebenszyklus der PV beschäftigen. Mit Blick auf die Anforderungen eines ELCC für PV besteht jedoch Nachholbedarf in der Verbindung und gemeinsamen Betrachtung von hot spots und trade offs aus ökologischer und ökonomischer Perspektive. Der definierte theoretische Rahmen für ein ELCC für PV, die kodierten Studien sowie das erstellte Inventar von Lebenszyklusanalysen der PV können nun als Grundlage für weitere Analysen dienen. Insbesondere eine inhaltliche Auswertung der konkreten Ergebnisse von Studien kann so einen Benchmark und Orientierung für neue Lebenszyklusanalysen für PV-Technologien liefern. / The special need of a sustainable energy supply in mind the technologies of the renewable source solar energy, especially photovoltaics (PV) is main subject of the present thesis. Using the inexhaustible, clean and “freely delievered” power from the sun solar devices may play a major role in a cleaner future, but, on the other hand, they are still energy consuming and expensive in their production which consequently demands a whole life cycle perspective when assessing this technology. For a closer look at PV the methodology of Environmental Life Cycle Costing (ELCC) is introduced by following three theoretical points of view. Namely these are sustainability, life cycle thinking and the three dimensional nature of this tool by regarding environmental, economic and technical aspects in their interaction. Based on theoretical elements of Life Cycle Assessment and Life Cycle Costing in combination with the technical background of photovoltaics main requirements and steps for performing an ELCC for PV are described. By executing software based content analysis the defined framework is checked (and modified) against a choice of 135 existing studies analyzing the life cycle of PV technologies from an environmental or economic perspective. As a result the main elements of an ELCC for PV, e.g. environmental impact categories and economic indicators, are identified (methodological feedback). Within the next step the existing studies are rated by their “quality” regarding the environmental, economic and more general parts of an ELCC for PV in order to create an inventory of life cycle studies for PV. This inventory is structured by technologies as well as quality of content respecting ELCC and might be used for further analyses. At this stage the results propose the possibility of a first estimate of the present status of ELCC for PV: until now there is a good pool of existing analyses of the life cycle of PV systems. But from an ELCC perspective the examination of common hot spots and trade offs between economic and environmental aspects should be expanded. The theoretical framework of ELCC for PV, the encoded studies and the inventory of life cycle analyses for PV are now the starting point for further analyses, especially of the individual outcome within studies, which will then pose a benchmark for new life cycle studies of PV technology.

Vor dem Hintergrund der zukünftigen Notwendigkeit einer nachhaltigen Energieversorgung beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit Technologien der regenerativen Energiequelle Solarenergie, insbesondere Photovoltaik (PV). Systeme zur Nutzung der unerschöpflich verfügbaren, sauberen und im Prinzip “frei Haus” gelieferten Energie der Sonne können eine bedeutsame Rolle in einer umweltverträglicheren Zukunft spielen. Allerdings ist die Herstellung der erforderlichen Komponenten heute i.d.R. noch energie- und kostenintensiv, weshalb für eine korrekte Bewertung dieser Technologien der gesamte Lebenszyklus betrachtet werden muss. Zur tieferen Analyse der PV wird die Methodik des Environmental Life Cycle Costing (ELCC) auf der Grundlage von drei Grundideen eingeführt. Konkret sind dies die Ausgangspunkte: Nachhaltigkeit, Lebenszyklusdenken und die Drei-Dimensionalität dieses Instrumentes durch die gemeinsame Betrachtung ökologischer, ökonomischer und technischer Aspekte in ihrem Zusammenspiel. Ausgehend von theoretischen Elementen der Ökobilanzierung (Life Cycle Assessment) und des Life Cycle Costings, verbunden mit den technischen Eigenschaften der Photovoltaik werden wichtigste Anforderungen und Schritte für die Durchführung eines ELCC für PV beschrieben. Mittels einer softwaregestützten Inhaltsanalyse wird im Anschluss der definierte Rahmen für ein ELCC für PV getestet (und modifiziert) gegen eine Auswahl von 135 bereits existierender Studien, die sich mit dem Lebenszyklus von PV-Technologien aus ökologischer und ökonomischer Sicht beschäftigen. Im Ergebnis hieraus können die wichtigsten Elemente eines ELCC für PV, wie beispielsweise ökologische Wirkungskategorien oder ökonomische Indikatoren, identifiziert werden (methodisches Feedback). In einem nächsten Schritt werden die Studien hinsichtlich ihrer “Qualität” bezogen auf ökologische, ökonomische und übergreifende Inhalte eines ELCC für PV bewertet. Auf diese Weise kann ein Inventar von Lebenszyklusanalysen für PV erstellt werden, das nach den Technologien und der inhaltlichen Qualität bezüglich eines ELCC strukturiert ist und für weitere Analysen als Grundlage dienen kann. Aus den bisherigen Ergebissen kann eine erste Einschätzung zum aktuellen Stand des ELCC für PV in der Literatur vorgenommen werden: Es existiert bereits ein großer Pool von Studien, die sich mit dem Lebenszyklus der PV beschäftigen. Mit Blick auf die Anforderungen eines ELCC für PV besteht jedoch Nachholbedarf in der Verbindung und gemeinsamen Betrachtung von hot spots und trade offs aus ökologischer und ökonomischer Perspektive. Der definierte theoretische Rahmen für ein ELCC für PV, die kodierten Studien sowie das erstellte Inventar von Lebenszyklusanalysen der PV können nun als Grundlage für weitere Analysen dienen. Insbesondere eine inhaltliche Auswertung der konkreten Ergebnisse von Studien kann so einen Benchmark und Orientierung für neue Lebenszyklusanalysen für PV-Technologien liefern. / The special need of a sustainable energy supply in mind the technologies of the renewable source solar energy, especially photovoltaics (PV) is main subject of the present thesis. Using the inexhaustible, clean and “freely delievered” power from the sun solar devices may play a major role in a cleaner future, but, on the other hand, they are still energy consuming and expensive in their production which consequently demands a whole life cycle perspective when assessing this technology. For a closer look at PV the methodology of Environmental Life Cycle Costing (ELCC) is introduced by following three theoretical points of view. Namely these are sustainability, life cycle thinking and the three dimensional nature of this tool by regarding environmental, economic and technical aspects in their interaction. Based on theoretical elements of Life Cycle Assessment and Life Cycle Costing in combination with the technical background of photovoltaics main requirements and steps for performing an ELCC for PV are described. By executing software based content analysis the defined framework is checked (and modified) against a choice of 135 existing studies analyzing the life cycle of PV technologies from an environmental or economic perspective. As a result the main elements of an ELCC for PV, e.g. environmental impact categories and economic indicators, are identified (methodological feedback). Within the next step the existing studies are rated by their “quality” regarding the environmental, economic and more general parts of an ELCC for PV in order to create an inventory of life cycle studies for PV. This inventory is structured by technologies as well as quality of content respecting ELCC and might be used for further analyses. At this stage the results propose the possibility of a first estimate of the present status of ELCC for PV: until now there is a good pool of existing analyses of the life cycle of PV systems. But from an ELCC perspective the examination of common hot spots and trade offs between economic and environmental aspects should be expanded. The theoretical framework of ELCC for PV, the encoded studies and the inventory of life cycle analyses for PV are now the starting point for further analyses, especially of the individual outcome within studies, which will then pose a benchmark for new life cycle studies of PV technology.