Forscher der Technischen Universität Delft haben eine flüssigkeitsbasierte Verkapselung für Solarmodule entwickelt, die in Labor- und Beschleunigungstests dieselbe Effizienz und Zuverlässigkeit wie herkömmliche EVA-verkapselte Module zeigt. Gleichzeitig ermöglicht das Verfahren ein deutlich verbessertes Recycling und eine echte Kreislauffähigkeit, weil die Flüssigkeit nach dem Ende der Lebensdauer einfach abgelassen und die Zellen ausgetauscht werden können. Technologie ist sowohl für kristalline Siliziumzellen als auch für Perowskit-Silizium-Tandemzellen geeignet und unterstützt zudem thermisches Management in PV-T-Systemen.
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Funktionsprinzip und Materialauswahl
Im Kern ersetzt die neue Methode das feste Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) durch ein flüssiges Medium, das in ein hermetisch versiegeltes Modul eingefüllt wird. Die wichtigsten Bauteile und Materialien sind:
- Flüssigkeiten: acht verschiedene Flüssigkeiten wurden getestet – Silikonöl von Dow, Hydrocarbon-E (Engineering Fluids), Esteröl (MIDEL), Hydrocarbon-O (DSI Ventures), SP-Glykol (InnogreenChem), Glykol (Labshop), Glycerin (Labshop) und deionisiertes Wasser. Alle zeigten gute Kompatibilität zu den verwendeten Zellen (Bothra et al., 2026).
- Randdichtung: Polyisobutylen (PIB) von Kömmerling-H.B. Fuller dient als Randdichtung, die das Modul nach dem Befüllen wieder versiegelt.
- Glas: Vorder- und Rückglasplatten mit 50 cm × 50 cm, geliefert von AGC Glass (Japan).
- Zellen: Maxeon Gen III Interdigitated-Back-Contact (IBC) Zellen von SunPower, Größe 12,5 cm × 12,5 cm.
Herstellungsprozess im Detail
- Die IBC-Zellen werden mit Dog-Bone-Connectors (Qinhuangdao Donwoo) und Busbars (Ulbrich) verlötet.
- Ein Polyisobutylen-Rand wird um die Unterkante des unteren Glases aufgetragen.
- Die gelöteten Zellen werden zwischen die beiden Glasplatten gelegt und bei 95 °C sowie 400 mbar laminiert, ohne die Zellen zu beschädigen.
- Durch die PIB-Versiegelung entsteht ein luftgefülltes Innenvolumen, in das die ausgewählte Flüssigkeit mittels Spritze injiziert wird; ein zweiter Einstich lässt eingeschlossene Luft entweichen.
- Nach dem Befüllen werden die Spritzen entfernt und die PIB-Versiegelung mit einem Heißluftgebläse erneut geschlossen.
Leistungs- und Zuverlässigkeitsnachweise
Die Vergleichbarkeit mit EVA-Modulen wurde in mehreren Schritten nachgewiesen:
- Modulgröße: 4-Zellen-Mini-Module (50 cm × 50 cm Glas, 12,5 cm × 12,5 cm Zellen).
- Standard-Illumination: Effizienz-Messungen unter Standard-Bedingungen zeigten identische Werte zu EVA-Referenzmodulen.
- Elektrolumineszenz-Analyse: Keine sichtbaren Defekte nach dem Befüllen.
- Beschleunigte Alterungstests (IEC-Standards): Dampheat-Test, Thermzyklus-Test und Feuchte-Freeze-Test – alle Module behielten ihre Leistung ohne messbare Verluste.
Die Ergebnisse belegen, dass die flüssigkeitsbasierte Verkapselung mindestens die gleiche Robustheit wie konventionelle EVA-Module aufweist.
Nachhaltigkeit und Kreislauffähigkeit
Der entscheidende Vorteil liegt in der Möglichkeit, das Modul am Ende seiner Lebensdauer zu öffnen, die Flüssigkeit abzulassen und die Zellen zu ersetzen – ein Vorgang, der bei EVA-Modulen nicht praktikabel ist. Dadurch wird das Recycling erheblich vereinfacht und ein echter geschlossener Materialkreislauf ermöglicht:
- Einfaches Entleeren der Flüssigkeit reduziert den Aufwand beim Demontage- und Recyclingprozess.
- Der modulare Aufbau ohne Klebstoff erleichtert den Zellenaustausch und die Wiederverwendung von Glas- und Rahmenkomponenten.
- Die Technologie unterstützt gleichzeitig die Wärmeableitung, was besonders für Tandem- und PV-T-Anwendungen von Vorteil ist.
Anwendungsbereiche und Skalierungspotenzial
Die Studie nennt mehrere mögliche Einsatzgebiete:
- Kristallines Silizium (c-Si): Direkt einsetzbar, da die getesteten Flüssigkeiten mit den Maxeon-Zellen kompatibel sind.
- Perowskit-/c-Si-Tandemzellen: Die Flüssigkeit ermöglicht ein integriertes Wärme-Management, was die Stabilität von Tandem-Stacks erhöhen kann.
- Photovoltaik-Thermal-Module (PV-T): Der flüssige Kern kann als Wärme-Austauschmedium dienen.
Der aktuelle Skalierungsstatus:
- Robuste Ergebnisse für 4-Zellen-Mini-Module (2026).
- Kooperation mit Biosphere Solar, die an der Skalierung auf Vollmodule arbeitet.
- TU Delft plant PhD- und MSc-Projekte (2025/2026) zu erweiterten IEC-Tests (UV-Belastung) und Living-Lab-Validierungen, um Reparierbarkeit und Langzeitzuverlässigkeit zu prüfen.
Wirtschaftliche Aspekte und verbleibende Herausforderungen
Bezüglich der Kosten gibt die Studie an, dass ein Einzelzellen-Modul mit flüssiger Verkapselung etwa die gleichen Herstellungskosten wie ein EVA-Modul verursacht. Skaleneffekte für Vollmodule sind jedoch noch nicht quantifiziert.
Offene Fragen und Risiken, die im Text genannt werden:
- Kompatibilität der Flüssigkeit muss für jede Zelltechnologie individuell geprüft werden – bisher liegen keine Langzeitdaten für Großmodule vor.
- Langzeitstabilität und mögliche Wechselwirkungen bei Vollmodulen müssen noch durch IEC-Tests (UV, erweiterte Dampf- und Thermzyklen) bestätigt werden.
- Wirtschaftliche Machbarkeit auf industrieller Ebene hängt von Skaleneffekten, Produktionslinienanpassungen und Marktakzeptanz ab.
Fazit
Die flüssigkeitsbasierte Verkapselung von TU Delft stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung nachhaltiger Photovoltaik dar. Sie liefert vergleichbare Leistung und Zuverlässigkeit zu etablierten EVA-Modulen, eröffnet aber gleichzeitig neue Wege für Recycling, Reparatur und thermisches Management. Die Technologie ist bereits für c-Si-Zellen validiert, zeigt Potenzial für Tandem- und PV-T-Anwendungen und wird aktiv zu Vollmodulen hochskaliert. Wirtschaftlich liegen die Kosten für Einzelzellen-Module im gleichen Bereich wie bei EVA, während die langfristige Wirtschaftlichkeit von Skaleneffekten und weiterführenden Zuverlässigkeitstests abhängt. Sobald die noch offenen Fragen zu Flüssigkeitskompatibilität und Langzeitstabilität geklärt sind, könnte die flüssigkeitsbasierte Verkapselung zu einem Standard für zirkuläre, hochperformante Solarmodule werden.
