Der Markt für Photovoltaik (PV)-Anlagen wächst nach wie vor weltweit vergleichsweise stark und reagiert gleichzeitig höchst em-pfindlich auf politische Veränderungen. Die jüngst beschlossenen Kürzungen der Einspeisevergütung in Deutschland haben postwendend Signalwirkung auf die Absatzsituation in Deutschland, einem der größten Märkte weltweit. Gleichzeitig laufen die Produktionsanlagen in China auf Hochtouren und präsentieren PV-Moldule mit guter Qualität und zu günstigen Preisen auf dem Weltmarkt.

Einfluss hat diese Entwicklung natürlich auch auf die Zulieferer und Anlagenbauer für die Photovoltaik-Produktion. Florian Wessendorf, Projektleiter VDMA Photovoltaik-Produktionsmittel, beschreibt die aktuelle Marktlage: „Die gesamte Photovoltaik-Branche steht vor den vielleicht größten Herausforderungen ihrer noch jungen Geschichte.

Preisverfall und Überkapazitäten bei den Solarprodukten, die unsichere Entwicklung der Installationsmärkte sowie asiatische Wettbewerber verlangen der Photovoltaikindustrie erhebliche Anstrengungen ab. Da bilden die PV-Zulieferer keine Ausnahme. Mittel- und langfristig bleiben die Marktchancen aber positiv. Aktuell gilt es, seine Hausaufgaben zu machen und damit das Spannungsfeld zwischen kurzfristiger Marktabkühlung und langfristigen Perspektiven zu lösen. Neben der kontinuierlichen Verbesserung der Produktionsprozesse und der gezielten Kostenminimierung steht hier auch die strategische Erschließung neuer Märkte auf der Agenda. Für die Photovoltaik-Produktion werden zunehmend Länder aus der MENA-Region, Indien, Brasilien und Südafrika interessant. Trotzdem darf das Kerngeschäft in Asien und auch der Produktionsstandort Europa nicht vernachlässigt werden.“

Stephan Raithel, SEMI Europe, erklärt dazu: „ Die meisten Modulhersteller sind momentan gut bis sehr gut ausgelastet was die Produktion angeht. Die Problematik besteht aber nach wie vor in den zu erzielenden Marktpreisen – sowohl aus Sicht der Abnehmer als auch aus Sicht der Wettbewerber. Dies bedeutet, dass die Herausforderung darin besteht, eine gewinnbringende Marge zu erzielen.“ Er erwartet, dass die Neuinstallationen 2012 wieder ein Rekordergebnis erzielen werden. Viele Forecasts gingen von 30 bis 33 GW aus. Nicht nur Deutschland werde seinen gewohnt großen Teil dazu beitragen, auch viele der „Schwellenländer“ werden im Vergleich zu den letzten Jahren hohe Installationswerte vorweisen.

Neue Märkte erschließen und Produktionskosten senken

Auch Florian Müller, Application Development, Engineering Plastics Europe bei BASF Ludwigshafen sieht eine besondere Herausforderung für die Anlagenhersteller darin, den hohen Kostendruck, der auf der Branche lastet und die Notwendigkeit, sehr anspruchsvolle Materialien verwenden zu müssen, unter einen Hut zu bringen.

Die Markt- und Werkstoff-Experten fassen damit die wesentlichen Herausforderungen für die Photovoltaik-Industrie zusammen. Es gilt einerseits, neue Märkte zu erschließen und was noch wichtiger ist, die Produktionskosten zu senken. Hierbei können neben effizienten Produktionsanlagen auch Werkstoffe, die sich mit wenig Aufwand verarbeiten lassen unterstützen. Und das trifft des Pudels Kern auch für die Zulieferer. Da die Wirkungsgrade von PV-Anlagen permanent im Fokus der R&D-Abteilungen stehen, steckt hier noch sehr viel Entwicklungspotenzial auch für Zulieferer von Kunststoffen für Module und Anlagen.

Im internationalen Wettbewerb spielen zudem Anforderungen wie entsprechende globale und nationale Zulassungen für die Absatzmärkte eine große Rolle. „Photovoltaikanlagen werden in der Zulassung wie E/E-Anlagen behandelt und daher müssen die bei der Anschlusstechnik eingesetzten Materialien hohe chemische, mechanische und brandschutztechnische Anforderungen erfüllen,“ weiß Florian Müller, Application Development, Engineering Plastics Europe bei BASF Ludwigshafen. Sowie auch Michael Littig, Vertriebsleiter Energie bei Freudenberg Simrit den Erfolg des Dichtungswerkstoffs 70 EPDM 135151 auch mit der UL 1703-Zertifizierung für das Material begründet.

Kunststoffe für Folien und Verkapselung von Zellen und Modulen

Der Einsatz von Kunststoffen in der Photovoltaik bietet aufgrund der vielfältigen Materialeigenschaften ein breites Anwendungs- und Innovationsspektrum. Typische Einsatzgebiete sind in erster Linie die Verkapselungen von kristallinen und Dünnschichtmodulen im Laminierungsprozess und die Formgebung beziehungsweise der Schutz von Dünnschichtsolarzellen. Aber auch als Halbleitermaterial in der organischen Photovoltaik und als Gehäuse für elektronische Komponenten in der Anschlusstechnik haben Kunststoffe eine große Bedeutung.

Die Anforderungen an solche Kunststoffe vereint eine hohe Witterungsbeständigkei wie UV-Stabilität, eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie Kaltschlagzähigkeit und Flammwidrigkeit. Zur Steigerung des Wirkungsgrades können besonders transparente Folien beitragen, die zur Verkapselung eingesetzt werden, wie die von Kuraray angebotene Trosifol Solar UV+. Und wichtig für die Anwender: Sie zeigt ein reproduzierbares Laminierverhalten bei allen gängigen Verbindeprozessen. Auch Dow bietet mit Enlight eine Folie an, die nicht nur zur höheren Stromausbeute beiträgt, sondern auch einen besonders schnellen Laminierprozess erlaubt und die Produktionskosten zu senken hilft. Tectosil von Wacker kombiniert silicontypische Eigenschaften mit thermoplastischer Verarbeitbarkeit und ist damit prädestiniert für die Anwendung als Einkapselungsmaterial in der Photovoltaik.

Im Vergleich zu den bislang gebräuchlichen Einkapselungsmaterialien bietet die neue Folie erhebliche Vorteile für die Herstellung, die Qualität und das Recycling von Photovoltaikmodulen. Zum Schutz flexibler PV-Module hat Evonik eine Barrierefolie entwickelt, die transparent, UV-blockend und witterungsbeständig ist. Die Folie übernimmt damit die Funktion, die bei starren Modulen schwere Glasplatten erfüllen. Die Folie aus Flexoskin erweitert die Einsatzmöglichkeiten flexibler Module, wo schwere PV-Module nicht montiert werden können. Auch ein Einsatz auf Autodächern und Textilien ist damit denkbar.

Für Rahmen und Anschlusstechnik

Für Rahmen, Kabel und Steckverbinder sind zahlreiche Kunststofftypen im Einsatz. Hier werden einerseits Elastomere für Dichtungsaufgaben benötigt und andererseits form- und hitzestabile Werkstoffe für Trägerkonstruktionen und Stecker. Außerdem sind witterungsbeständige Klebstoffe im Einsatz. Einige Anbieter liefern hier komplette Systeme, in denen die Kunststoffe aufeinander abgestimmt sind. So zum Beispiel Wacker, deren Tectosil sich für die Verkapselung von Solarzellen eignet in Kombination mit Elastosil, das als raumtemperaturvernetzender Silikonkleb- und Dichtstoff eingesetzt wird. Solche Silikone eignen sich zum Einkleben des Solarzellenverbunds in den Rahmen, zum Aufkleben der Anschlussdosen und anderer Komponenten und auch zum Fixieren der Module auf Trägerstrukturen. „Aufgrund der Zuverlässigkeit und der herausragenden Materialeigenschaften sind Silicone und siliconbasierte Thermoplaste für PV-Anwendungen geradezu prädestiniert. Sie besitzen gegenüber anderen Werkstoffen entscheidende Produkt- und Verarbeitungsvorteile und sorgen dafür, dass photovoltaische Module sicher und störungsfrei funktionieren,“ erklärt Florian Degenhart, Corporate Communications bei Wacker.

Der Hersteller Henkel bietet sowohl Kleb- als auch Dichtstoffe an. So eignet sich Terostat zur hochfesten Rahmenverklebung, die damit bereits nach wenigen Minuten transportbereit sind sowie für langlebige und widerstandsfähige Backrail-Verklebungen für Solarmodule. Bei der Produktion kristalliner Solarmodule ist Loctite 5610 für das Ankleben von Anschlussdosen geeignet. Das grundierungsfreie und schnell aushärtende Produkt beschleunigt automatisierte Prozesse. Die pastöse Konsistenz des Klebstoffs erlaubt auch das Ausfüllen von Hohlräumen sowie das Ausgleichen von Toleranzen. Darüber hinaus zeigen Langzeittests die zuverlässige und langlebige Beständigkeit des Klebstoffes selbst unter schwierigen Witterungsbedingungen.

Fix und fertig montieren und dauerhaft halten

Eine einfache sowie wenig zweitaufwendige Befestigungs- und Anschlusstechnik ist für Installateure von großer Bedeutung. So hat Freudenberg Simrit einen Solar Clip zum Befestigen von Solarmodulen entwickelt, der nur aus zwei Teilen besteht und ohne Werkzeug – also von Hand montiert und fixiert werden kann. Die Silikonkissen auf Ober- und Unterteil sichern eine sanfte und gleichzeitig zuverlässige Klemmung der PV-Module und kompensieren bis zu 1,2 mm fertigungsbedingte Dickentoleranzen, ohne dass die Module Schaden nehmen könnten.

Für eine sehr unkomplizierte Befestigung eignet sich auch ein Konzept von Schott und BASF. Die Rahmenkonstruktion aus einer Wanne, die aus Ultramid B High Speed gefertigt wird, lässt sich an der Dachunterkonstruktion montieren. Anschließend wird das Doppelglasmodul in das passgenaue Verschlusssystem eingeschoben und fixiert. Der Chemiekonzern bietet darüber hinaus verschiedene Kunststoffe der Ultramid-Familie an, die sich in der Elektrotechnik und Elektronik bewährt haben. Für Photovoltaik-Steckverbinder verweist Florian Müller auf Ultramid A3X2G7. Dieser Werkstoff ist besonders steif, so dass die Stecker sehr schlank ausfallen können und dabei trotzdem die hohen Anforderungen erfüllen. Für Anschlussdosen von Solaranlagen empfiehlt der Experte hingegen Ultramid A3XZG5. Während im Damp-Heat-Test nur 1.000 Stunden verlangt werden, bietet die hoch schlagzäh modifizierte Type selbst nach 4.000 Stunden Klimalagerung bei 85°C und 85 Prozent Luftfeuchte eine Bruchdehnung, die doppelt so hoch ist wie die bisher eingesetzter Werkstoffe.

Der Werkstoff Rynite PET von DuPont ist als glasfaserverstärkte Type für den Einsatz in der Rahmenkonstruktion vorgesehen. Ihn zeichnet eine hohe Witterungsbeständigkeit aus. Bei der Entwicklung von Photovoltaikanwendungen können technische Kunststoffe die Gestaltungsfreiheit erhöhen und damit die Montage und Installation vereinfachen. Zudem lässt sich durch die Integration zusätzlicher Bauteilfunktionen die Gesamtzahl der benötigten Komponenten reduzieren, und kosteneffiziente Fertigungsverfahren wie Spritzguss oder Extrusion tragen zum Senken der Produktionskosten bei großen Stückzahlen bei, so der Anbieter. Für Anschlussboxen eignet sich auch das von EMS Grivory angebotene Polyamid Grilon TSG-30/4. Das Material verfügt über eine UL-Listung und ist durch eine Glasfaseranteil von 30 Prozent besonders steif und fest. Außerdem bietet der Hersteller die halogenfreie Type Grilon TS 40 sowie Grilon TS V0 X an, die sich für Stecker und Überwurfmuttern eignen.

Sonnige Aussichten mit innovativen Werkstoffen

Der Markt für Photovoltaik-Anlagen verzeichnet noch immer vergleichsweise hohe Zuwachsraten. Und so wird auch die Nachfrage nach innovativen Werkstoffen anhalten. „Kunststoffe spielen bereits heute eine wichtige Rolle für die Branchen, die sich mit erneuerbaren Energien beschäftigen. Aufgrund der vielfältigen Eigenschaften von Kunststoffen wird sich ihr Einsatz in Zukunft noch verstärken. Speziell für die Photovoltaik sind technische Kunststoffe der Schlüssel, um die Kosten für PV-Module zu senken und so den Ausbau der Photovoltaik zu fördern,“ erklärt Florian Müller.

Nachgehakt

Kunststoffe im PV-Produktionsprozess

Plastverarbeiter: Welche Anforderungen müssen die Werkstoffe erfüllen, um von den Maschinen möglichst effizient verarbeitet zu werden?

Wessendorf: Entscheidend für einen innovativen und kostengünstigen Fertigungsprozess ist die Feinabstimmung der Prozessparameter. Photovoltaikmodule sollen mindestens 20 Jahre halten und dabei optimal vor Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen geschützt werden. Dies kann nur gelingen, wenn Laminator, Folien und die Prozessparameter optimal auf einander eingestellt werden. Eine optimale Verarbeitung der Folien im Laminierungsprozess erfordert Eigenschaften wie Kompatibilität mit den anderen eingesetzten Materialien, Chemikalienbeständigkeit, Nichtentflammbarkeit, Flammbeständigkeit, Abnutzungsbeständigkeit und Ritzfestigkeit. Gravierende Abweichungen bei den optimalen Materialparametern können sowohl zu minderwertiger Produktqualität als auch zu langen Stillstandszeiten der Maschinen führen und damit schnell den Weg in eine unprofitable Produktion ebnen.

Plastverarbeiter: Welche Anforderungen der PV-Produzenten lassen sich mit den aktuellen Materialien und Fertigungstechniken noch nicht erfüllen?

Wessendorf: Die Anforderungen an Material und Produktionsprozess sind vielfältig. Das Backsheet soll gleichzeitig elektrisch isolieren, vor UV-Strahlung, Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen schützen, bei der Gewichtsreduktion der Module behilflich sein, Lasermarkierung zulassen, die Effizienz erhöhen und neben ästhetischen Aspekten natürlich auch verfügbar und kostengünstig sein. Die Optimierung des Laminierungsprozess setzt bei der Verfügbarkeit der Maschine, der Steigerung der Taktrate und der signifikanten Erhöhung des Yields an. Ziel muss selbstredend beste Qualität zu wettbewerbsfähigen Preisen sein. Hier kann beim Zusammenspiel von Material und Prozess noch einiges herausgeholt werden.

Plastverarbeiter: Welche Chancen haben organische, gedruckte Zellen auf dem Markt und welche Bedeutung haben Kunststoffe hierfür?

Wessendorf: Die Entwicklung effizienter und kostengünstiger organischer Solarzellen bietet vielversprechende Potenziale. So ist der Produktionsprozess erheblich kostengünstiger als bei den etablierten PV-Produkten. Hier kann sich mittelfristig durchaus ein Milliardenmarkt auftun. Herausforderungen bestehen aber weiterhin bei der Effizienzsteigerung und der Langlebigkeit organischer PV-Produkte. Auch bzgl. der Anwendungsbereiche wird diese Technologie wohl andere Wege als die klassische Photovoltaik gehen. Statt Hausdächer, Scheunen oder Solarparks sind mobile Einsatzgebiete wie Kleidung, Consumer-Artikel und Automobile, darüber hinaus im stationären Bereich auch Fensterscheiben interessant. Anders als bei der klassischen Photovoltaik spielen Kunststoffe in der organischen Photovoltaik die Hauptrolle. Kunststoffe kommen hier nicht nur in der Verkapselung zum Einsatz, sie bilden unter anderem den Halbleiter und können auch als Substrat eingesetzt werden

 

Marktbericht

Photovolataik Zuliefer im schwierigen Marktumfeld für 2012

Der Umsatz der Hersteller von Komponenten, Maschinen und Anlagen für die Photovoltaik in Deutschland sank im ersten Quartal 2012 um 54 Prozent gegenüber dem Vorjahresquartal, berichtet der VDMA am Rande der Intersolar North America in San Francisco. „Die Photovoltaik-Zuliefererbranche leidet unter der anhaltend schwachen Investitionsbereitschaft der Wafer-, Zell- und Modulhersteller.

Insbesondere Ausrüstung für die Zellproduktion wurde zu Jahresbeginn weniger nachgefragt,“ erklärt Dr. Peter Fath, Technologievorstand von centrotherm photovoltaics und Vorsitzender des Vorstands von VDMA Photovoltaik-Produktionsmittel. Im Vergleich zu den internationalen Marktbegleitern stehen deutsche Photovoltaik-Maschinenbauer aber vergleichsweise gut da und konnten im ersten Quartal 2012 ihren Weltmarktanteil von über 40 Prozent erfolgreich behaupten.

Das Label Made in Germany steht nach wie vor für höchste Qualitätsstandards und kostengünstige Lösungen. Asiatische Kunden bildeten zwar auch im ersten Quartal 2012 das Rückgrat für die erzielten Umsätze, doch ist der Umsatzrückgang hier besonders gravierend. Bezogen auf den Vorjahreszeitraum wurden hier 60 Prozent weniger Umsatz erwirtschaftet. Etwas entspannt hat sich die Lage bei den Auftragseingängen. Im Vergleich zum Vorjahresquartal konnte hier ein Zuwachs von 21 Prozent im ersten Quartal 2012 verzeichnet werden.

Dominiert wird der Auftragseingang allerdings von einzelnen Großprojekten. Starke Verschiebungen ergeben sich auch bei der regionalen Aufschlüsselung der Auftragseingänge. War in den letzten Jahren das Asiengeschäft das Zugpferd der Marktentwicklung, so fanden im ersten Quartal 2012 ein Gros der Investitionen in der MENA-Region statt.

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Dr. Etwina Gandert