- saint-gobain solar glass
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Klasse statt Masse Quality above Quantity Differenzierungsmöglichkeiten am Beispiel der Glasauswahl Opportunities for Differentiation – Using the Example of Solar Glass Choice © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 2 ©HRCG 2011 Das vorliegende Werk ist insgesamt sowie hinsichtlich seiner Bestandteile Autor: (Text, Grafik, Bilder und Layout) urheberrechtlich geschützt. Jede mögliche Till von Versen, Research Analyst und vom Urheberrechtsgesetz nicht ausdrücklich zugelassene – komplette [email protected] oder auszugsweise - Verwertung ist ohne vorherige schriftliche Zustimmung der HRCG GmbH unzulässig. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigung, Art Direction Verbreitung, Bearbeitung, Übersetzung, Speicherung, Verarbeitung und Klaudia Schmiejka, Art Director Wiedergabe in Datenbanken. [email protected] Content 1. Schlüsselergebnisse 4 1. Key Findings 5 2. Alleinstellungsmerkmale 6 2. Differentiation 7 3. Optimierungsansatz 8 3. Optimization 9 4. Möglichkeiten 10 4. Possibilities 11 5. Wirtschaftsfaktor 12 5. Economic Factor 13 6. Generation Solarglas 14 6. Next Generation Solar Glass 15 7. Reflektionshemmende Gläser 16 7. Anti-Reflective Glass 17 8. Funktionsprinzip 1 18 8. Functional Principle 1 19 9. Funktionsprinzip 2 20 9. Functional Principle 2 21 10. Funktionsprinzip 3 22 10. Functional Principle 3 23 11. Funktionale Aspekte 24 11. Functional Aspects 25 12. Visuelle Aspekte 28 12. Visual Aspects 29 13. Praxistest 30 13. Practical Trial 31 14. Fazit 34 14. Conclusion 35 15. Quellen- und Bildverzeichnis 36/37 15. Sources and List of Figures 38/39 3 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 Inhaltsverzeichnis Schlüsselergebnisse Deutsch Schlüsselergebnisse »» Der internationale PV-Markt befindet sich im Umbruch. Konstant hohes »» Auch der visuelle Effekt eines tieftexturierten Glases bietet zwei weitere Wachstum ist in Märkten wie Deutschland nicht von Dauer. Andere Märkte Vorteile: Es blendet weitaus geringer als andere Frontgläser (mit oder ohne werden die antizipierte Lücke noch nicht schließen können. ARC) und kann deswegen bedenkenlos installiert werden. Zum anderen dient die markante Oberflächenstruktur in Form von Pyramiden oder Gräben »» Eine Differenzierung ist in dem stark umkämpften PV-Markt dringender von als visuelles Alleinstellungsmerkmal. Nöten denn je. Kapazität und Nachfrage klaffen zu sehr auseinander. Es gilt, heute die Weichen für morgen zu stellen. »» Der Reinigungseffekt durch Regen ist entgegen erster Erwartungen vergleichbar mit beschichteten Guss- oder Floatgläsern. Auch ohne Einfluss von Regen »» Frontseitenglas bietet Modulherstellern zusätzliche Differenzierungsmöglich- ist keine höhere Verschmutzung zu erkennen. keiten. Zum einen durch eine höhere Leistung des Moduls, zum anderen durch visuelle Alleinstellungsmerkmale wie Oberflächenstrukturen. »» Die Berechnung monetärer Mehrwerte zeigt, dass Gewinne entlang der Wertschöpfungskette möglich sind. Eine Hürde stellt jedoch die Kommuni- © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 4 »» Von allen speziellen Solar-Frontgläsern ist tieftexturiertes Glas von beson- kation in Richtung Endkunden dar, denn die gängige Simulationssoftware derem Interesse. Im Labor sind rund 2 Prozent Effizienzsteigerung bei der berücksichtigt tieftexturiertes sowie AR-Glas nicht ausreichend. Außerdem Verwendung von polykristallinen Siliziumsolarzellen garantiert. Auf subopti- kann die positive Differenz zwischen Laborleistung und „Real Life Perfor- malen Dächern (Ost-West) erlaubt Frontglas Ertragssteigerungen von bis zu mance“ bislang nur schwer bei der Preisstellung berücksichtigt werden. Ziel sieben Prozent zum Vergleichsglas. Besonders in gesättigten Märkten, wie muss es deshalb sein, den üblichen Argumentationsweg mit existierenden Deutschland, gewinnt dies zunehmend an Bedeutung. In naher Zukunft Mehrwerten zu bedienen. Denkbar sind hier zum Beispiel Echtzeitmessungen könnte tieftexturiertes Glas zudem mit einer AR-Beschichtung versehen von renommierten Instituten. werden. Key Findings »» The international PV market is currently in a state of upheaval. The continu- without AR coating) and can therefore be installed anywhere. The interesting ously high growth rate of markets such as Germany cannot last much longer, surface structure, made up of pyramids or small troughs, also provides an and other markets are not expected to fill the resulting gap yet. attractive visual USP. »» Differentiation is more necessary than ever in today’s highly competitive »» Contrary to the initial expectations, the cleaning-behavior with rain of deeply market. Capacity and demand are diverging more and more, which is why textured glass actually proved to be comparable to coated cast glass or float it’s important to set the course for tomorrow, today. glass. Even without rain, no higher levels of staining were observed than on regular cover glass. »» Cover glass provides module manufacturers with numerous opportunities for differentiation, both through higher module efficiency and aesthetic advantages such as surface textures. »» A calculation of the monetary benefits has shown that gains can be made along the entire value chain. However, communicating the benefits of deeply textured glass to the end customer may present a hurdle, as the current »» Of all the specialized solar glasses, deeply textured glass is the most inter- simulation software is not yet able to sufficiently illustrate the effects of esting. In laboratory tests, it has been proven to provide up to 2 percent deeply textured and AR coated glass. Also, the positive difference between increases in efficiency when used with polycrystalline silicon cells. On roofs laboratory tests and the “real life” performance of the modules cannot with non-optimal alignment (east-west) it allows for yield increases of up currently be accounted for in the price. Therefore, the goal is to boost the to 7 percent, in comparison to a regular cover glass. In saturated markets, usual arguments with the existing benefits. One possibility would be to allow like Germany, this aspect is gaining in importance. In the near future, deeply renowned scientific institutions to perform real-time module performance textured glass could also be given an AR coating. tests. »» The visual effect of deeply textured glass also provides two additional advantages: It does not cause as much dazzle as other solar glasses (with or 5 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Key Findings Alleinstellungsmerkmale Deutsch Deutsch Alleinstellungsmerkmale © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 6 Der Bedarf an Alleinstellungsmerkmalen wächst Die Luft im globalen Photovoltaik-Markt wird für Hersteller allmählich dün- Abbildung 1 verdeutlicht, wie ungeachtet der antizipierten Umwälzungen in ner, Endkunden profitieren dabei von einem starken Angebot und zögernder Wachstumsregionen wie Deutschland und der beständigen weltweiten Kürzung Nachfrage. Zum ersten Mal ist in einem wachstumsstarken Markt wie Deutsch- des wichtigsten Förderinstruments, der Einspeisevergütung, in 2010 und 2011 land ein Abschwächen auf Raten zu erwarten. Ob die zahlreichen alternativen die weltweiten Zellkapazitäten weiterhin ausgebaut wurden. Die Nachfrage Wachstumsmärkte wie Frankreich, Großbritannien, USA und Italien in der Lage hat mit dieser Expansion aber nicht in gleichem Maße mitgehalten. Ein Über- sein werden, diese Lücke zu schließen, wird sich zeigen. Dennoch wird Europa angebot und steigende Lagervolumina waren die logische Folge. Das Frühjahr mittelfristig weiterhin die wichtigste Wachstumsregion der Photovoltaik bleiben. 2011 hat mit einem schwächelnden deutschen und einem völlig verunsicherten italienischen Markt zugleich die Nachfrage einbrechen lassen. Differentiation The Growing Need for Differentiation The air in the global photovoltaics market is gradually growing thinner for PV producers. End customers are profiting from strong supply [GWp] and faltering demand. A decrease in installments is expected for the 25 First Solar (Thin Film) Jinko Ningbo Solar Electric SolarWorld Canadian Solar Solarfun Kyocera Sanyo MoTech Gintech SunPower Trina Ja Solar Yingli Q-Cells Sharp SunTech first time in Germany’s otherwise strongly growing market. Whether or not the alternative growth markets, such as France, the UK, the 20 USA and Italy will be able to close this gap remains to be seen. Nevertheless, Europe is set to remain the most important PV region in the mid-term. Figure 1 illustrates that, despite the unexpected upheavals in growth 15 10 regions such as Germany, and the world-wide cuts to the feed-in tariff in 2010 and 2011, cell capacity has still been able to develop. 5 However, demand has not been able to keep up with this expansion; thus, oversupply and an increasing amount of products in storage have been the logical consequences. The dwindling German and insecure Italian markets in spring 2011 also gave cause for a dramatic decline in demand. 0 2008 2009 2010 2011e Source: EuPD Research, 2011 Abbildung 1: Überkapazitäten durch Ausbau der Fertigungsstätten Figure 1: Overcapacity Caused by the Overdevelopment of Production Sites 7 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Differentiation Optimierungsansatz Deutsch Optimierungsansatz Ein ganzheitlicher Optimierungsansatz muss greifen In Deutschland, dem zurzeit noch größten Absatzmarkt, sind die Zeichen einer In der jüngeren Vergangenheit wurden insbesondere Zelloptimierungen in Be- zunehmenden Marktreife mittlerweile klar zu erkennen. Der Wettbewerbsgrad tracht gezogen. Doch in Zukunft werden vermehrt ganzheitliche Ansätze in den hat stark zugenommen, auch etablierte Hersteller müssen Marktanteile vertei- Fokus von Modulherstellern und Systemintegratoren rücken müssen, um unter digen und sind verstärkt Preiskämpfen mit der internationalen Konkurrenz aus- den neuen Marktbedingungen langfristig konkurrenzfähig bleiben zu können. gesetzt. Auch wenn Deutschland noch ein starkes Jahr 2011 bevorstehen sollte, erste Sättigungserscheinungen sind bereits wahrzunehmen. Erstmals seit zwei Ein ganzheitlicher Ansatz zur Schaffung von Mehrwerten beginnt somit schon Jahren greift das EEG als Regulative und hält den Zubau im politischen Rahmen. deutlich früher als mit der Zelle. Kostensenkung und Leistungszuwachs können allein durch Verbindungen, EVA-Einbettungsfolien, Anschlussdosen und Rah- In einem kompetitiven Marktumfeld wird Herstellern ohne besondere Verkaufs- menprofile nur bedingt realisiert werden. Daher rückt eine wesentliche Kompo- argumente schon in Kürze kein Existenzrecht mehr eingeräumt werden; eine nente zunehmend in den Blick der Branche: Die Frontgläser. Dort wurde durch Konsolidierungswelle ist und bleibt dann nur eine Frage der Zeit. Die Folge der Veredelungsprozesse und neuartige Tiefenstrukturierungen bereits eine beacht- hier skizzierten Marktlandschaft ist eindeutig: Eine Differenzierung in einem liche Evolution angestoßen. immer kompetitiveren Umfeld ist unumgänglich. Die Frage, wie am effektivsten und effizientesten Mehrwerte und damit Differenzierungsmöglichkeiten © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 8 geschaffen werden können, wurde von Modulherstellern allerdings häufig einheitlich beantwortet. Optimization A Holistic Approach to Optimization is Required In Germany, currently the largest sales market, the signs of market maturity are A holistic approach to creating additional value has to begin far before the cell. now becoming clearer. The level of competition has risen significantly and even Cost reduction and efficency increases are difficult to realize with the help of established manufacturers are having to defend their market shares and enter cables, EVA encapsulation foils, junction boxes and frames only. As a conse- into price wars with the international competition. Although 2011 is expected quence, one crucial component takes on a deciding role: Cover glass. New to be a strong year for Germany, the first signs of market saturation are begin- refinement processes and surface structures have led to a considerable evolu- ning to show. For the first time in two years, the renewable energy law (EEG) tion in this field. will intervene effectively, keeping growth within the political framework. In a competitive market environment, manufacturer´s existence without a USP can become rapidly threatened, and the wave of consolidation becomes only a matter of time. The consequences for the market landscape described above are clear: Differentiation is unavoidable in order to ensure survival in an ever more competitive environment. Module manufacturers have in the past tended to answer the question regarding the most effective and efficient forms of differentiation similarly. Cell optimization has always been seen as a particular solution to this problem, but in the future, a more holistic approach will be needed to allow module manufacturers and system integrators to stay competitive. 9 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Optimization DEUTSCH DEUTSCH © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 10 Möglichkeiten Möglichkeiten Die Möglichkeiten zur Differenzierung liegen auch im Glas verborgen In dem wachsenden internationalen PV-Markt waren Modulhersteller schon Allerdings besitzen auch etablierte industrielle Prozesse noch erstaunlichen seit geraumer Zeit gezwungen, sich von anderen Anbietern abzuheben. Meist Spielraum, um zur Leistungs- oder Ertragssteigerung eines PV Moduls beizutra- geschieht dies auf den Ebenen Preis, Leistung, Qualität und Design. In die erste gen. Am Beispiel des Solarglases lassen sich vernachlässigte Spielräume erken- Kategorie fallen asiatische Hersteller wie Trina und Yingli, zu den Leistungsfüh- nen. Mit einem Anteil von rund 5-6 Prozent an den Herstellungskosten eines rern gehören Unternehmen wie SANYO und SunPower. Ein besonderes Quali- Moduls besitzt durchschnittliches Solarglas einen relativ geringen Anteil an der tätsversprechen wird von vielen deutschen und europäischen Herstellern ausge- Kostenbildung, eröffnet aber überproportionale Mehrwerte in Bezug auf Leis- sprochen. Das Beispiel Solland zeigt außerdem, dass visuelle Aspekte verstärkt tung und Ertrag. Zwar bieten die ausgereiften Prozesse der Glasindustrie nicht als Alleinstellungsmerkmal bewertet werden. mehr die gleichen Kostensprünge wie andere Komponenten, dennoch liegt im Solarglas eine nicht zu unterschätzende zusätzliche Quelle zur Effizienzsteige- Insbesondere in der Weiterentwicklung von Zellen wurde, und wird bisher, das größte Potential zur Wettbewerbsfähigkeit gesehen. rung, Ertragssteigerung und (visuellen) Differenzierung verborgen. Possibilities The Possibilities for Differentiation in Glass In the growing international PV market, module manufacturers have been seek- Price ing ways to differentiate themselves from the competition for some time. This differentiation mainly occurs within the categories of price, efficiency, quality and design. The first category includes Asian manufacturers such as Yingli and Trina, companies such as SANYO and SunPower belong to the leaders in efficiency, and German and European manufacturers usually advertise quality as their USP. The firm Solland has shown that visual and design aspects are also becoming increasingly appreciated as a selling point. Design Differentiation Power The development of cell technology has always been seen as the main motor for competitive advancement. However, established industrial processes also present astonishing possibilities to increase module efficiency. These hidden possibilities become especially clear in the example of solar glass. At around 5-6 percent of the total production costs of a module, regular solar glass represents a relatively small share of the system price, but therefore presents disproportionately significant advantages for module efficiency and output. Although the fully developed processes in the glass industry may not offer the same cost cutting benefits as other components, solar glass still presents a mine of untapped possibilities for increased efficiency, higher output and aesthetic differentiation. 11 Quality Source: EuPD Research, 2011 Abbildung 2: Differenzierungsebenen - Das Glas rückt in den Fokus Figure 2: Levels of Differentiation – Glass in Focus © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Possibilities Wirtschaftsfaktor Deutsch Wirtschaftsfaktor Solarglas ist zum Wirtschaftsfaktor geworden Durch die zunehmende Bedeutung der Photovoltaik-Industrie sind angrenzende Beide Glastypen unterscheiden sich in Bezug auf die Kostenstruktur in Europa Industrien verstärkt auf dieses Wachstumsfeld aufmerksam geworden. Dennoch nur im Detail voneinander. Obwohl Walzglas einen geringeren Energiebedarf macht spezielles Solarglas nur einen geringen Teil der weltweiten Glasproduk- in der Herstellung besitzt, ist die Energiebilanz beider Gläser aufgrund von tion aus. Während 2009 der Anteil des Solarglases am Flachglasmarkt mit 80 höheren Produktionsverlusten trotzdem vergleichbar. Auch die Anfangsinvesti- Mio. Tonnen bei rund 1,2 Prozent lag, ist der Anteil 2010 auf 2,6 Prozent oder tion und die Abhängigkeit von Rohstoffpreisen verhalten sich ähnlich. Allein der geschätzte 184 Mio. Tonnen gestiegen (siehe Abbildung 3). Um den speziel- Personalaufwand liegt bei Walzglas um rund 60 Prozent höher1. len Anforderungen des PV-Marktes zu entsprechen hat man in einem ersten Schritt die Lichtdurchlässigkeit durch die Verringerung des Eisenanteils erhöhen können. Grundsätzlich kann bei der Herstellung für die Photovoltaikindustrie zwischen zwei Glastypen unterschieden werden. Zum einen das Walzglas, welches auch als Gussglas bezeichnet wird. Es zeichnet sich durch eine prozessbedingte Oberflächenstruktur aus, die besonders häufig bei kristallinen Modulen einge- © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 12 setzt wird. Wie der Name bereits suggeriert, wird das Glas durch Walzen in die gewünschte Form gebracht. Floatglas gilt als Alternative mit einer planparallelen Oberfläche. Bezeichnend für diesen Solarglastyp ist ein Zinnbad, wodurch die glatten Flächen erst ermöglicht werden. Economic Factor Solar Glass has Become an Economic Factor Due to the increasing significance of the photovoltaic industry, many related The initial investment costs and the dependence on raw material prices are also branches have started to take notice of this growth area. However, specialized similar. The major difference lies in the personnel costs, which are 60 percent solar glass still only makes up a small share of the total worldwide glass produc- higher for rolled glass1. tion. Although in 2009, the share of solar glass in the flat glass market was at around 1.2 percent, with 80 million tons, this share has risen to 2.6 percent and around 184 million tons in 2010 (see Figure 3). In order to adapt this glass to the special requirements of the solar energy industry, the first step was to increase the transparency by reducing the amount of iron in the glass. Flat glass market in Mio. m² 6.6% 7,200 there is rolled glass, which is also referred to as cast glass. This form of production causes the glass to have a specific surface structure, and it is often used in type of solar glass is “floated“ in a tin bath, which gives it its characteristic smooth surface. 19.9% 6,800 72.8% 6,600 80 6,400 6,540 7,000 2009 2010 crystalline modules. As the name suggests, it is rolled into the required form. The alternative to rolled glass is float glass, which has a coplanar surface. This 0.6% 184 7,000 There are two main types of glass used in the photovoltaic industry. Firstly, PV glass production by region in 2010 7,400 6,200 Flat glass PV glass Both types of glass only differ slightly with regard to the cost structure in 13 Asia Europe North America Other Source: Saint-Gobain Solar, Blieske Europe. Although rolled glass requires slightly less energy to manufacture than float glass, the energy balance for both technologies still remains similar due to Abbildung 3: Der Markt für Solarglas high energy losses in their production processes. Figure 3: The Solar Glass Market © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Economic Factor Generation Solarglas Deutsch Generation Solarglas Die nächste Generation Solarglas steht bereits in den Startlöchern Der Solarglasmarkt ist stark internationalisiert. Eine Vielzahl von Wettbewerbern Die dritte Generation von Solargläsern besitzt zusätzliche Eigenschaften, wie stammt inzwischen aus Asien. Neben der großen Bedeutung von Floatglas für eine Anti-Blendwirkung sowie einen positiven Temperatureffekt. Unter den die Flachglasindustrie hat auch Walzglas eine wichtige Position für die Photovol- Gläsern der zweiten und dritten Generation ist die Mehrheit der Anbieter dem taik inne. ARC-Lager zuzurechnen. Saint-Gobain produziert als einziger Hersteller tieftexturiertes Glas. Die Verbindung von tieftexturiertem Glas in Verbindung mit ARC Ein Trend zu geringeren Glasdicken war in der Vergangenheit zu beobachten. wurde hier bereits im Labor erfolgreich durchgeführt und könnte einen weiteren Doch einer solchen Entwicklung sind statische Grenzen gesetzt. Beim Einsatz Meilenstein in der Evolution der Frontgläser bedeuten. dünner Frontgläser ist für eine gesteigerte Stabilität beispielsweise der Einsatz eines Rückseitenglases notwendig. Außerdem werden bislang besonders im PV-Hersteller sind sich in Ihren Erwartungen einig. Auch das Glas sollte in Zu- BIPV-Segment Mindestdicken von rund 4mm verwendet. kunft zusätzliche Mehrwerte bieten können. Effizienzsteigerungen und bessere Erträge bei suboptimaler Ausrichtung seien Attribute, die ein Glas signifikant © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 14 Im Allgemeinen lassen sich bis heute drei Evolutionsstufen von Solargläsern mitbestimmen kann, so der Chefeinkäufer eines renommierten deutschen definieren (siehe Abbildung 4). Die erste Evolutionsstufe umfasst extraweiße Modulherstellers. Dennoch müsse in diesem Kontext mit „spitzem Bleistift Frontgläser mit einem hohen Transmissionsgrad. Die Definition von Frontgläsern gerechnet werden“, denn nur messbare Mehrerträge rechtfertigen zurzeit einen der zweiten und dritten Generation beruht auf den durch das Glas vermittelten Mehrpreis. Mehrwerten. Die zweite Generation bezieht sich auf Anti-Reflective Coating (ARC)-Gläser, die lediglich die Reflexion hemmen. Next Generation Solar Glass Next Generation of Solar Glass: Soon to Hit the Market The solar glass market is highly international and many of the competitors are PV manufacturers agree on their expectations – solar glass should offer ad- Asian. Alongside the significance of float-glass in the flat-glass industry, rolled ditional benefits in the future. Increased efficiency levels and better output for glass has also gained an important position within the photovoltaics sector. suboptimal alignment are just two of the attributes which solar glass can sig- In the past, the trend was leading towards increasingly thin layers of glass, but nificantly affect, according to the Purchasing Manager of a renowned German such a development is subject to obvious structural constraints. When using module manufacturer. According to him, very precise calculations would be thinner cover glass, it is necessary to incorporate other forms of stability, such necessary in this context, as only measurable increases in output can currently as back-cover glasses. Also, thicknesses of more than 4mm have so far mainly justify an increased price. been used in the BIPV sector. Generally, the development of solar glass can be divided into three stages (see figure 4). The first stage includes extra-white glasses with a high grade of 3rd Deeply textured glass (+ARC) 2nd ARC glass transmission. The definition of second and third generation cover glass is based on the benefits provided by the glass. Second generation refers to glasses with ene rat generation of solar glass has additional properties, such as an anti-dazzle effect Saint-Gobain is the only manufacturer to produce deeply textured glass. Com- nb utio glasses, the majority of manufacturers offer AR coating. 15 yg and a positive temperature effect. Among the second and third generation 1st Standard PV glass bining deeply textured glass with ARC has already been successfully carried out in the laboratory, and could present yet another milestone in the development of solar cover glass. Number of suppliers Abbildung 4: Die Evolution des Solarglases Figure 4: The Development of Solar Glass Source: EuPD Research, 2011 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 ion anti-reflective coating (ARC) glasses, which only reduce reflection. The third Evo l English Next Generation Solar Glass Reflexionshemmende Gläser Deutsch Reflexionshemmende Gläser An reflexionshemmenden Gläsern führt kein Weg vorbei Den Versuch, Frontgläser grundsätzlich leistungsfördernder zu konzipieren, verfolgt eine Vielzahl von Glasherstellern bereits seit Beginn des PV-Booms. Die Verringerung des Eisenanteils durch reinere Quarzsande und höhere Schmelztemperaturen hat inzwischen zu einem höheren Transmissionsgrad geführt. Um außerdem die Reflexion zu verringern, haben Hersteller zwei Wege gewählt: Einlagige, nanoporöse Beschichtungen zur Minderung der Reflexion sowie Oberflächenstrukturen zur Nutzung des Lichtfalleneffekts (siehe Funktionsprinzip). Bei der Oberflächenbeschichtung, dem ARC, werden Vakuumbeschichtungen, Spray- und Ätzverfahren eingesetzt. Tieftexturiertes Solarglas wird durch besondere Walzen in die gewünschte Form gebracht. Auch eine Kombination von Tiefentextur und ARC ist technisch möglich und befindet sich in der Umsetzung zur Industrialisierung. Theoretisch ermöglicht © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 16 tieftexturiertes Glas also die Zusammenführung beider innovativen Glastypen unter Nutzung aller bekannten Vor- und Nachteile. Im Folgenden soll deshalb das tieftexturierte Glas weiter beleuchtet werden. Anti-Reflective Glass Anti-Reflective Glass: Simply Unavoidable Many glass manufacturers have attempted to create a more efficient cover glass since the beginning of the PV boom. The reduction of the iron levels by using purer glass sand, and the use of higher melting temperatures have already led to a higher grade of transmission. Glass manufacturers have developed two different methods of reducing reflection: Single-layer, nanoporous coatings, and surface structures designed to use the light-trap effect (see functional principle). In the case of AR surface coatings, special vacuum coating, spray or etching processes are used. Deeply textured glass is rolled into the desired shape and consistency with metal rollers. A combination of deep-texturing and ARC is technically possible, and is currently being made suitable for industrialization. Theoretically, deeply textured glass should allow both of these innovative types of solar glass to be combined, along with all their known benefits and disadvantages. Therefore, deeply textured glass will be described and discussed in more detail in the following part of the paper. 17 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Anti-Reflective Glass Funktionsprinzip 1 Deutsch Funktionsprinzip 1 Funktionsprinzip von tieftexturiertem Glas Im Gegensatz zu den mehrheitlich verwendeten Frontgläsern zeichnet sich tieftexturiertes Glas mit einer Tiefe von rund einem Millimeter durch eine ausgeprägte Oberflächenstruktur aus, die sich zur Steigerung des Modulwirkungsgrads die Grundlagen der Physik zu Nutze macht. Denn zur Nutzung des Sonnenlichts spielen Reflexion und Energietransmission des Glases eine entscheidende Rolle. Die Transmission hat man in der Vergangenheit unter anderem durch die Reduktion des Eisenanteils im Glas optimieren können. Bei Verwendung von reinen Quarzsanden sind höhere Schmelztemperaturen notwendig, um einer Blasenbildung entgegenzuwirken. Das Resultat ist ein Solarglas mit einem Transmissionsgrad von über 91 Prozent. Die Reflexion kann, wie in der ARC-Methode, mit einlagigen, nanoporösen Beschichtungen verringert werden, um auf diese Weise den Wirkungsgrad © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 18 des Moduls zu erhöhen. Im Falle von Tiefentexturen wird die Oberfläche des Walzglases so strukturiert, dass zum einen die externe Reflexion zwischen Luft und Glas verringert wird, und zum anderen ein von der Solarzelle reflektierter Lichtstrahl im Glaskörper zurückgehalten und erneut auf die Zelle geworfen wird. Letzteres ist auch als „Lichtfalleneffekt“ bekannt (siehe Abbildung 5). In der Praxis haben sich zwei spezielle Formen als Oberflächenstruktur bewährt: Die invertierten Pyramiden und eine besondere Anordnung von Gräben. Abbildung 5: Funktionsprinzip des Lichtfalleneffekts Figure 5: How the Light-Trapping Effect Works Functional Principle 1 How Deeply Textured Glass Works In comparison to most of the cover glasses used in photovoltaics, deeply textured glass is characterized by a distinctive surface structure of 1mm Source: Saint-Gobain Solar 2011 depth. This surface structure uses basic physics in order to increase module For a texture : -45° < β < 45° for α = 45° output. Reflection and the energy transmission of the glass play a significant role in the use of sunlight. β Air In the past, reducing the iron content of the glass was the main way in θ α which transmission could be increased. When using purer glass sand, higher melting temperatures are necessary in order to avoid blistering. The result is a solar glass with a transmission grade of over 91 percent. X-White Glass Reflection can be avoided through the use of single-layer, nanoporous coatings, as in ARC, which also increases the efficiency of the module. However, the surface texture of deeply textured rolled glass works by reducing the external reflection between light and glass, and by trapping the light rays which are reflected off the solar cell inside the glass layer so that they are re-reflected back onto the cell (see figure 5) - this is known as the light-trapping effect. Two kinds of surface structure have proven themselves effective in practice: Inverted pyramids, and a specific alignment of grooves. Abbildung 6: Tiefentextur bringt Vorteile bei flachen Einfallswinkeln Figure 6: Deep-Texturing also Advantageous for Shallow Angles of Incidence 19 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Functional Principle 1 Funktionsprinzip 2 Deutsch Funktionsprinzip 2 Am Beispiel der invertierten Pyramiden wird deutlich, dass am Übergang Dennoch ist auch hier eine relative Steigerung gegenüber einem Referenz- zwischen der Umgebungsluft und dem Glaskörper – besonders bei flachen glas zu messen. Bei einer um rund einen Prozent geringeren Steigerung im Lichteinfallswinkeln – eine relative Leistungssteigerung der Zelle möglich ist Falle von texturierten Zellen ist demnach im Außeneinsatz noch immer eine (siehe Abbildung 6). Der Lichtstrahl trifft fast senkrecht auf dem Pyramiden- Leistungssteigerung von 3-4 Prozent zu realisieren. Schenkel auf und kann so ganzheitlich vom Glas absorbiert werden. Ein flacher Lichteinfall tritt in der Realität morgens und abends sowie bei diffusem weisen eine Steigerung von 2-3 Prozent gegenüber einem Standard PV-Glas aus2. „In der Realität ergeben sich aber durchschnittliche Erfahrungswerte von 4-5 Prozent relativer Steigerung“, so Steffen Graf, Geschäftsführer der EMMVEE Photovoltaics GmbH in Berlin. Dieser Wert wird auch durch einen gain in lsc [%] des Kurzschlussstroms zu verzeichnen. Messungen aus den Labors des ISFH 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10° 3-jährigen Außentest von Herstellerseite bestätigt3 (siehe Abbildung 7). © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 SGG SGG SGG SGG Die relative Steigerung des Kurzschlussstroms ist zusätzlich von der Zellstruktur abhängig. So weisen texturierte Zellen, die heute in einer Mehrheit der neuen Produktionslinien hergestellt werden, eine geringfügig niedrigere Steigerung des Kurschlussstroms auf. Denn die – oftmals in nasschemischen Prozessen – erzeugten Strukturen wirken einer optimalen Nutzung des Lichtfalleneffekts entgegen. 30° 45° angle to the horizontal ALBARINO P 2009 ALBARINO P 2008 ALBARINO P 2007 ALBARINO P (STC results) Source: Saint-Gobain Solar gain in lsc [%] bei 50 Prozent. Doch auch bei sehr direkter Einstrahlung sind Steigerungen 20 SGG ALBARINO G annu SGG ALBARINO P annual gains in outdoor test without cleaning Licht auf. Der Anteil des diffusen Lichts liegt in Mitteleuropa durchschnittlich Abbildung 7: Albarino P: Tieftexturiertes Glas im Langzeitvergleich Figure 7: Albarino P: Deeply textured Glass in a Long-Term Comparison 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 10° SGG SGG SGG SGG ALBARINO G ALBARINO G ALBARINO G ALBARINO G Functional Principle 2 The example of the inverted pyramids shows that the passage of light in efficiency compared to the standard glass has also been measured here. between the surrounding air and the glass can improve module efficiency, Even with the approximately 1 percent lower increase in efficiency caused especially when the angle of incidence is low (see figure 6). The ray of light by textured cells, an output increase of 3-4 percent has still been proven meets the foot of the pyramid almost vertically, and can thus be thoroughly possible in field tests. absorbed into the glass. Such a shallow angle of incidence occurs in the morning and the evening, and when light is indirect. The share of indirect measurements 7from ISFH Hameln have shown an increase of 2-3 percent in 6 comparison to regular PV glass2. According to Steffen Graf, CEO of EMMVEE 5 4 Photovoltaics GmbH in Berlin: “In practice, we have observed increases of 3 1 3 0 test by the manufacturer (see figure 7). 10° 30° 45° angle to the horizontal The relative increase of short circuit current depends on the structure of SGG ALBARINO P 2009 Source: Saint-Gobain Solar 2 value has also been confirmed by a three year long field 4-5 percent“. This 10° SGG ALBARINO P (STC results) SGG SGG SGG SGG These structures are often produced in wet chemical processes and can hinder the optimal use of the light-trap effect. Nevertheless, a relative increase 30° 45° angle to the horizontal the cells. Textured cells, ofALBARINO the kind Pwhich SGG 2008 are primarily produced in today’s SGGa ALBARINO P 2007 production lines, exhibit slightly lower increase of this kind of current. 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ALBARINO G 2009 ALBARINO G 2008 ALBARINO G 2007 ALBARINO G (STC results) Abbildung 7: Albarino G: Tieftexturiertes Glas im Langzeitvergleich Figure 7: Albarino G: Deeply textured Glass in a Long-Term Comparison 21 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 gain in lsc [%] 9 rect irradiance also cause an increase in the short circuit current. Laboratory 8 Source: Saint-Gobain Solar SGG ALBARINO G annual gains in outdoor test without cleaning SGG ALBARINO P annual gains in outdoor test without cleaning light in Central Europe is around 50 percent. However, high amounts of digain in lsc [%] English Functional Principle 2 Funktionsprinzip 3 Deutsch Funktionsprinzip 3 Ein weiterer Grund für eine positive Differenz zwischen Labor- und Außen- Ein ähnliches Problem stellt die Simulation von Modulen mit den gängigen bedingungen geht von der vergrößerten Oberflächenstruktur eines tief- Softwarelösungen dar. Zwar lassen sich dort im Allgemeinen Winkelein- texturierten Glases aus. Da hier eine größere Fläche zum Wärmeaustausch stellungen auswählen, dennoch werden die Simulationsergebnisse dem zur Verfügung steht, profitiert ein Modul mit texturiertem Glas von einem leistungssteigernden Lichtfalleneffekt sowie dem ARC-Vorteil nicht gerecht. vorteilhaften Temperatureffekt. Messungen des Fraunhofer CSE in Zusam- Die tieftexturierte Oberfläche suggeriert zwei weitere Effekte, einen funk- menarbeit mit NREL und MIT zeigen, dass - mit Ausnahme von Windge- tionalen und einen visuellen. Diese sind für die Installation von PV-Modulen schwindigkeiten von <1m/s - das Erhitzen des Moduls verhältnismäßig stark von Belang. Zu erwarten wäre, dass sich Verschmutzungen, wie Sand und abgeschwächt und somit eine höhere Leistung ermöglicht wird . Begründet Schnee, verstärkt auf den „rauen“ Gläsern halten können; Leistungseinbu- liegt die höhere Leistung in einem um bis zu einem Prozent geringeren ßen wären folglich unumgänglich. Doch obwohl tieftexturiertes Glas physi- Spannungsverlust. Auch in der windgeschützten deutschen Tiefebene sind sche Mulden besitzt, wird die Verschmutzungen bei Regen ausgewaschen. demzufolge noch positive Temperatur- und Leistungseffekte möglich. Auch das Abrutschen von Schnee hat sich als vergleichbar mit anderen 4 Gläsern herausgestellt. Ein grundlegendes Problem stellt bislang die korrekte Transmissionsmessung © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 22 von texturiertem Glas dar. Wo bisher ein Detektor den Grad der Energie- Der visuelle Effekt ist besonders für die Installation in der Nähe von Flughä- durchlässigkeit messen konnte, muss für ein texturiertes Glas die Ableitung fen sowie im Bereich der gebäudeintegrierten Photovoltaik von Bedeutung. und Streuung von Lichtstrahlen berücksichtigt werden; ein bis heute unge- Durch die besondere Struktur des Glases wird eine Blendwirkung merklich löstes Problem. Als Alternative werden modifizierte Flasher zur Ermittlung reduziert, das Licht wird zu einem Großteil absorbiert. Während die Leucht- des Kurzschlussstroms in Abhängigkeit der Winkelstellung (Neigung) des dichte, gemessen in Candela pro Quadratmeter (cd/m²), bei herkömmlichen Moduls eingesetzt. Eine solche Messung erfordert eine höhere Genauigkeit. Gläsern, und insbesondere bei Floatgläsern, den Grenzwert für Flughäfen Auch wird die Berechnung des Kurzschlussstroms durch den unterschiedlich vielfach überschreitet und damit auch in gebäudeintegrierten Anwendun- über das Modul verteilten Lichteinfall erschwert. Derzeit arbeiten erst zwei gen zu starken Blendwirkungen führen kann, weisen invertierte Pyramiden deutsche Forschungseinrichtungen, nämlich das ISFH Hameln und das ISE Werte von 5.000 cd/m² auf. Diese Blendwirkung ist mit der einer geteerten Freiburg, an einer derartigen Messmethode. Straße zu vergleichen. Functional Principle 3 One additional reason for the positive difference between laboratory and Two German research institutes, the ISFH Hameln and the ISE Freiburg, are field tests is provided by the increased surface area of deeply textured currently working on such calculation method. A similar problem is posed by glass. The surface structure allows a larger area for heat exchange, and the the simulation of modules with textured glass in the standard software pro- module benefits from the temperature effect. Measurements taken by the grams. Although basic angular adjustments can be selected, the increased Fraunhofer CSE in association with NREL and MIT show that, except in wind efficiency caused by the light-trap effect and the benefits of AR coatings are conditions of <1m/s, the heat in the modules is kept relatively low, resulting hardly accounted for in the simulation results. in higher efficiency . This higher output is caused by the loss of voltage be4 ing up to one percent lower. Therefore, positive temperature and efficiency The deeply textured surface brings both functional and visual benefits. Both effects can be achieved even in the lowlands of Germany, which are rela- of these effects are of relevance when installing PV modules. For instance, tively well sheltered from the wind. it could be expected that dirt particles, such as sand and snow, would stick to the “rough” surface of textured glass and cause a decrease in efficiency. One basic problem so far has been the correct transmission measurement of However, although deeply textured glass possesses physical “hollows“, it textured glass. Whereas previously, a detector could be used to ascertain the allows dirt and dust to be washed away. Also, snow slides off as well as with level of energy transmission, in the case of textured glass, the conduction other glasses. and refraction of light rays also have to be considered, which has remained an unsolved problem until today. As an alternative, modified flashers are The visual aspect is especially important for installations near airports and in used to measure the amount of short circuit current, depending on the the building integrated photovoltaics sector. The special surface structure of module alignment - such a measurement requires a high level of precision. the glass significantly reduces the dazzle-effect, as a large proportion of the The calculation of the short circuit current is hindered further by the inci- light is absorbed. While the luminance, measured in candela per square me- dence of light being diffused differently over the entire module. ter (cd/m²), of standard glasses, and especially float glasses, is much higher than the amount allowed for airports and can lead to extreme dazzle-effects even in building integrated installations, inverted pyramids possess a value of just 5,000 cd/m². This value is comparable with that of a tarmac road. 23 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Functional Principle 3 Funktionale Aspekte Deutsch Funktionale Aspekte Tieftexturiertes Glas bietet Zugang zu gesättigten Märkten Ein tieftexturiertes Glas erlaubt eine Effizienzsteigerung des Moduls um mindes- Zusätzlich profitiert der Anlagenbetreiber von einem vorteilhaften Temperatur- tens 2 Prozent unter Verwendung von polykristallinen Zellen. Bei suboptimaler koeffizienten, der eine weitere Effizienzsteigerung von 0,5 Prozent ermöglicht. Ausrichtung (z.B. Ost oder West) oder einem hohen Anteil von diffusem Licht Eine Effizienzsteigerung des Moduls führt außerdem dazu, dass neben dem liegt die Steigerung deutlich höher. Die Stärke, auch im Vergleich zu ARC-Glas, direkten Mehrwert auch ein vermarktungstechnischer Mehrwert für den Mo- liegt demnach insbesondere bei Neigungswinkeln, die bislang als ungünstig dulhersteller entsteht, sobald das Modul eine höhere Nennleistung erreicht (z.B. eingestuft wurden, so zum Beispiel bei der Gebäudeintegration. Abbildung 8 von 195 auf 200Wp). verdeutlicht, welche Rolle tieftexturiertes Glas in Märkten und Segmenten mit ersten Sättigungserscheinungen spielen kann. Gerade in landwirtschaftlichen Betrieben sind die Süd-Dächer oft schon zu einem Großteil bebaut. Trotzdem sollte tieftexturiertes Glas nicht allein als Produkt zur Nischenanwendung, sondern vielmehr als erforderliche Anpassung an zukünftige Marktcharakteristiken, verstanden werden. Für den Anlagenbetreiber drückt sich eine solche Effizienzsteigerung in einem © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 24 mindestens 2 Prozent höheren Ertrag (in kWh/kWp) pro Jahr aus. Im Falle einer suboptimalen Positionierung kann sich der relative Ertragsgewinn auf bis zu 7 Prozent erhöhen. Functional Aspects Deeply Textured Glass Provides Access to Saturated Markets Deeply textured glass can lead to increases in efficiency of at least 2 percent for modules using poly-crystalline cells. For installations with non- Residential Rooftop Agricultural Rooftop optimal alignment (east-west) and for indirect light conditions, this figure is significantly higher. This effect, in comparison to ARC glass, is especially noticeable for alignment angles which would otherwise be judged as being unsuitable, for example for building integration. Figure 8 shows the role that deeply textured glass could play in market sectors which are already showing the first signs of saturation. South-facing roofs in the agricultural sector have, to a large extent, already been covered. However, deeply textured glass should not merely be seen as a product for niche applications, but rather as a necessary reaction to future market developments. Saturation level 40% 20% For the system operator, this increase in efficiency is noticeable in a 2 percent rise in yearly output (in kWh/kWp). In the case of sub-optimal alignments, this figure can rise to around 7 percent. The system operator also 10% 0% Source: EuPD Research, 2011 benefits from a positive temperature co-efficient, which leads to a further Abbildung 8: Sättigungseffekte in Deutschland Mitte 2011 rise in efficiency of 0.5 percent. This effciency increase, alongside the direct Figure 8: Saturation on the German Market, mid 2011 benefits, also provides a marketing advantage for module manufacturers as soon as the module reaches a higher power output (for example, from 195 to 200Wp). 25 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Functional Aspects Funktionale Aspekte Deutsch Funktionale Aspekte Flexibel einsetzbar, auch in zukünftigen Märkten Modulhersteller haben vermehrt auf einen besonderen Reinigungseffekt des Der funktionale Mehrwert muss sich jedoch auch an den Endkunden kommu- Glases hingewiesen. Im Vergleich zu anderen Gläsern verbleibe nach einem nizieren lassen. Werden die Modulpreise heute stark durch Ergebnisse aus dem Regen deutlich weniger Schmutz auf dem Glas. „Sobald Kunden die Möglich- Flasher bestimmt, so besitzt tieftexturiertes Glas den Nachteil, dass in üblichen keit erhalten ein System mit tieftexturiertem Glas zu vergleichen, nehmen sie Flashern nur unter vertikalem Winkel zwischen Modul und Lichtquelle gemessen den Unterschied deutlich war“, so Martin Denz, Geschäftsführer der Alfasolar werden kann. Im Gegensatz zu Systemen, die eine winkelabhängige Messung GmbH. zulassen, wird der funktionale Mehrwert hier nicht erfasst. Zudem ist die handelsübliche Simulationssoftware nicht auf ARC- und tieftexturierte Gläser einge- Tieftexturiertes Glas ist dicker als manche Standard- und ARC-Gläser. Dennoch stellt. Um solch innovativen Frontgläsern den Marktzugang zu erleichtern, muss bewegt es sich mit 4mm Glasdicke in dem für PV-Module üblichen Rahmen. Mit folglich an der kommunikativen Komponente der Mehrwerte gearbeitet werden einer Kerndicke von 3mm besitzt das Glas das Handling eines 3,5mm Glases. In (siehe Funktionsprinzip). Sachen Stabilität ist ein tieftexturiertes Glas mit einem klassischen 3,2mm Glas zu vergleichen. Tieftexturiertes Glas kann auch eine Verwendung bei Dünnschicht-Modulen © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 26 finden. Denkbar ist zum Beispiel der Einsatz bei CI(G)S Modulen, die bereits hohe Wirkungsgrade aufweisen und außerdem prozesstechnisch unabhängig vom Frontglas sind. Falls der Hauptanteil weiterhin nicht in der Dünnschicht zur Verwendung kommen sollte, kann bei einem Marktanteil kristalliner Module von momentan rund 80 Prozent, und antizipierten 60-75 Prozent in 2015, nicht von einem schwindenden Absatzmarkt die Rede sein. Functional Aspects Flexible, even in Developing Markets Module manufacturers have been increasingly drawing attention to the interest- The functional aspects need to be sufficiently communicated to the end cus- ing self-cleaning properties of the glass. In comparison to other kinds of solar tomer. If module prices are made too heavily dependent on the results of the glass, less dirt would remain attached to deeply textured glass panels after the flasher tests, textured glass has the disadvantage that common flashers can only rain than on other kinds of glass. Also without rain, advantages of the glass measure in vertical angles between light source and module surface. Contrary persist. “As soon as customers are given the chance to compare a system with to systems that allow for different module alignments, a functional benefit deeply textured glass to a regular system, they soon notice the difference” cannot be recorded here. The standard simulation software has also not been claims Martin Denz, CEO of Alfasolar GmbH. programmed to account for ARC and deeply textured glass. To aid the market entry of such an innovative product, it is crucial to communicate the visual and Deeply textured glass is thicker than many standard and ARC glasses. Neverthe- functional benefits more effectively (see Functional Principle). less, with its 4mm glass thickness, it remains within the usual boundaries of PVmodules. The center thickness of 3mm means that the glass retains the handling of 3.5mm glass, and its stability is comparable to that of standard 3.2mm glass. Deeply textured glass can also be used in thin-film modules. One possibility would be the use with CI(G)S modules, which already show a high efficiency, and whose manufacture is not dependent on the cover glass. Even when a large share is not used in the thin-film sector, with the market share of crystalline modules currently at 80 percent and anticipated to be at 60-75 percent in 2015, a dwindling sales market can hardly be anticipated. 27 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Functional Aspects Visuelle Aspekte Deutsch Visuelle Aspekte Ein Ausrufezeichen setzen Standard-Solarglas unterscheidet sich, sobald es im Modul integriert ist, äußer- suggeriert Modernität und Sauberkeit, aber besonders bei PV-Modulen eine lich nur geringfügig voneinander. Texturierte Gläser bieten zwar aus nächster hohe Leistungsfähigkeit. Nähe einen gewissen Unterschied, dennoch sind Module mit Standard- und Dass ein Modul auf den ersten Blick einen geringeren Transmissionsgrad sug- ARC-Gläsern für den Betrachter kaum voneinander zu unterscheiden. geriert, kann bei Endkunden möglicherweise Erklärungsbedarf wecken, dem der Hersteller aktiv entgegentreten muss. Dennoch ergibt sich auf Seiten der Ganz anders verhält es sich mit tieftexturierten Gläsern. Die Oberflächen- Modulhersteller auch die Möglichkeit, Zellfarbunterschiede zu kaschieren. strukturen verändern auch nach dem Einsatz ins Modul das Erscheinungsbild merklich. Des Weiteren sind diese Module aus der Ferne zu erkennen, ohne dass der typische Anblick eines Moduls verloren geht. Eine Differenzierung des PV-Moduls wird effektiv erreicht. Der Mehrwert des „Aha-Effekts“ lässt sich zwar monetäre schwer erfassen, dennoch steigt die Markenwahrnehmung auf Messen deutlich. Neben der Veränderung des Erscheinungsbilds tritt durch die äußert geringe © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 28 Reflexion des Frontglases ein weiterer vorteilhafter Effekt ein (siehe Abbildung 9). Bis dato unzulässige Standorte, wie in der Nähe von Flughäfen, könnten nun aufgrund der geringen Blendwirkung ebenfalls zu den potentiellen Bebauungsflächen gezählt werden (siehe Funktionsprinzip). Es ermöglicht außerdem, dass PV-Systeme zusätzlich in dichtbebauten Wohngebieten ohne Probleme zum Einsatz kommen können. Dass Kunden den gewohnten Anblick der kristallinen Zellen vermissen sollten, ist eine mögliche Reaktion auf das neuartige Glas. Der Glanz eines Produktes Abbildung 9: Blendverhalten von Solargläsern Figure 9: The Dazzle-Effect of Solar Glass Visual Aspects Visual Aspects: Setting New Trends When standard solar glass has been integrated into a module, the various kinds If the customers do have any doubts regarding the module’s grade of trans- of glass types differ only slightly from each other. Textured glass looks slightly mission, manufacturers should be actively prepared to dissipate them with different if observed close-up, but modules with standard and ARC glass are appropriate explanations. The changed surface structure also provides manu- nearly impossible to tell apart. facturers with a possibility to conceal differences in cell color. However, deeply textured glass is different. Even after it has been integrated into the module, the surface structure still changes the look of the system significantly. These modules can be recognized from a distance, without losing the typical feel of a PV module – thus automatically differentiating the module from all others. It is difficult to put a monetary value on this “wow effect”, but brand recognition at trade fairs definitely increases. Alongside the difference in visual appearance, the reduced reflection on textured glass provides a further significant benefit (see figure 9). Previously unusable areas, such as those on or near to airports, could become potential instal- 29 lation areas due to the reduced dazzle-effect of modules using deeply textured glass (see Functional Principle). This also enables PV systems to be installed in densely populated areas without the problems that would otherwise have been caused by the dazzle-effect. It is possible that customers may miss the look of typical crystalline cells when the new type of glass is used – the shininess gives the products a clean, modern appearance, and especially in the case of PV modules, suggests higher efficiency. Keine direkte Blendwirkung sondern Streuung der Sonneneinstrahlung. No dazzle-effect but diffusion of direct irradiation. © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Visual Aspects Praxistest Deutsch Praxistest Die Fakten sprechen für tieftexturiertes Glas Im Vorangegangenen sind die Funktionsweise, die Stärken und die Schwchen Abbildung 10 und Tabelle 1 bilden die monetären Mehrwerte für das reine Ein- von tieftexturiertem Glas beleuchtet worden. An dieser Stelle folgt eine Modell- speisemodell ab. Die Ergebnisse beziehen sich außerdem sowohl auf Quadrat- rechnung zu den materiellen Mehrwerten eines tieftexturierten Frontglases. Ziel meter als auch auf Kilowattpeak, beinhalten eine 1-prozentige Degradation ist es, sowohl Modulherstellern als auch Absatzmittlern eine objektive Argu- pro Jahr und sind mit 2 Prozent abgezinst. Das Standardszenario (< 30 kW) mentationsbasis bieten zu können. Die hier getroffenen Annahmen basieren entspricht einem System mit 250 Watt Modul auf dem deutschen privaten Auf- auf Informationen aus dem Hause Saint-Gobain und EMMVEE und haben den dach. Mit 2 Prozent ist die angenommene Ertragssteigerung im Vergleich zu Anspruch konservativ gerechnet worden zu sein. Zwei Aussagen sind auf ihre einem Standardglas konservativ angesetzt. Der abgezinste Mehrwert über eine Bedeutung für den monetären Mehrwert hin untersucht worden: Eine Ertrags- Laufzeit von 20 Jahren jedoch ist mit knapp 12€/m² oder 78€/kWp messbar. steigerung des Moduls um 2 Prozent (Minimalmehrwert) und eine Ertragssteige- Für eine 7-prozentige Ertragssteigerung sind rechnerisch 34€/m² oder 226€/ rung bei suboptimaler Positionierung von 7 Prozent (Maximalmehrwert). kWp mehr zu erreichen. Die Mehrwerte verhalten sich dabei proportional zur Einspeisevergütung. Gain Gain byby m²m² Gain kWp Gain byby kWp 40.00 40.00 € € 250.00 250.00 € € 3434 € € 3333 € € 30.00 30.00 € € 3131 € € 226 226 € € 215 215 € € 200.00 200.00 € € 25.00 25.00 € € 203 203 € € 150.00 150.00 € € 15.00 15.00 € € 10.00 10.00 € € 1212 € € 1111 € € 1111 € € 5.00 5.00 € € 0.00 0.00 € € < 30 < 30 kWkW - 100 100 - 1,000 3030 - 100 kWkW 100 - 1,000 kWkW Yield_GAIN_2% Yield_GAIN_2% Yield_GAIN_7% Yield_GAIN_7% 100.00 100.00 € € 7878 € € 7474 € € 7070 € € 50.00 50.00 € € 0.00€ 0.00€ < 30 - 100 100 - 1,000 < 30 kWkW 3030 - 100 kWkW 100 - 1,000 kWkW Yield_GAIN_2% Yield_GAIN_7% Yield_GAIN_2% Yield_GAIN_7% Source: EuPD Research, 2011 Source: EuPD Research, 2011 20.00 20.00 € € Source: EuPD Research, 2011 Source: EuPD Research, 2011 © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 30 35.00 35.00 € € Abbildung 10: Mehrerträge durch tieftexturiertes Glas Figure 10: Additional Values Gained through Deeply Textured Glass Practical Trial The Facts Speak for Deeply textured Glass The previous chapters discussed the mode of function, strengths and weak- The results are shown both per square meter and per kilowatt-peak and ac- nesses of deeply textured glass. This section will present a model calculation of count for a degradation value of 1 percent per year and a 2 percent discount the material benefits of deeply textured cover glass. The aim of this is to give rate. The standard scenario (<30 kW) corresponds to a 250 watt module system both module manufacturers and market intermediaries a solid basis for argu- on the roof of a privately owned household in Germany. The increase in effi- mentation. The assumptions made here are all based on data provided by Saint- ciency has been conservatively estimated at 2 percent compared to a system Gobain and EMMVEE, and have all been calculated conservatively. Two state- using a normal cover glass. The discounted additional value after 20 years ments were analyzed to ascertain their monetary advantages: A increase in yield runtime has been calculated at around 12€/m² or 78€/kWp. For a 7 percent of 2 percent (minimum value) and an increase in yield of 7 percent (maximum increase, 34€/m² or 226€/kWp more could be gained. The additional values all value) under sub-optimal alignment conditions. Figure 10 and table 1 show the corresponded proportionally to the feed-in tariff. monetary benefits under a purely feed-in tariff based system. Yield gain - Fixed at the minimum of 2 percent Watt Irradiation/ kWp Yield gain FIT rate Degradation Runtime in Discount rate p.a. years rate Gain p. m² Gain p. kWp < 30 kW 250 900 2.0% 0.287 € 1% 20 2% 11.75 € 77.52 € 30 - 100 kW 250 900 2.0% 0.273 € 1% 20 2% 11.17 € 73.75 € 100 - 1.000 kW 250 900 2.0% 0.259 € 1% 20 2% 10.57 € 69.78 € 31 Yield gain - Lower irradiation, 7 percent yield gain Watt Irradiation/ kWp Yield gain FIT rate Degradation Runtime in Discount rate p.a. years rate Gain p. m² Gain p. kWp Tabelle 1: Mehrerträge durch tieftexturiertes Glas < 30 kW 250 750 7.0% 0.287 € 1% 20 2% 34.26 € 226.11 € Table 1: Additional 30 - 100 kW 250 750 7.0% 0.273 € 1% 20 2% 32.53 € 214.69 € Values Gained through 100 - 1.000 kW 250 750 7.0% 0.259 € 1% 20 2% 30.78 € 203.14 € Deeply textured Glass © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Practical Trial Praxistest Deutsch Praxistest Praxistest: Der Mehrertrag erlaubt Gewinne entlang der Wertschöpfungskette Aus der Sicht eines Endkunden ist eine Investition in eine Anlage mit tieftex4600 turiertem Glas nur interessant, so lange der interne Zinsfuß (IRR) unverändert bleibt oder höher liegt als mit einem Standardglas. Unter der Annahme eines 4400 rung damit eine 2-prozentige Systempreissteigerung; hier von 2.348€/kWp auf 2.396€/kWp. Wie Abbildung 11 verdeutlicht, sind 48€ Mehrpreis für den Endkunden in unserem Beispiel akzeptabel. Bei einem Mehrwert von 77€/ kWp (siehe Tabelle 2) müssten dem Endkunden somit rund 38 Prozent des Mehrwerts zugesprochen werden. Alle hier angegebenen Mehrwerte fußen 20 year yield / module konstanten IRRs von 6 Prozent rechtfertigt eine 2-prozentige Ertragssteige- 2.396 € 4200 +2.0% 2.348 € 4000 Module: Efficiency gain: Run time: Discount rate: IRR: 3800 auf der handfestesten aller Variablen - dem Ertrag. Hier sollte dennoch erwähnt werden, dass der Gesamtmehrwert eines tieftexturierten Glases auch 3600 250 Wp 2% 20 years 2% 6% +48 € merklich darüber liegen kann, zum Beispiel durch marketingrelevante Vorteile und eine schwer messbare Differenzierung vom Wettbewerb. Insgesamt sollte dem hier angewandten Rechenbeispiel also ein unbekannter Faktor X © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 32 hinzugefügt werden. 3400 2,000 € 2,100 € 2,200 € 2,300 € 2,400 € 2,500 € 2,600 € Systemprice per kWp Source: EuPD Research, 2011 Abbildung 11: Systempreisentwicklung durch Effizienzsteigerung bei 6% IRR Figure 11: System Price Development at 6% IRR (Internal Rate of Return) Practical Trial Practical Trial: Additional Gains Allow for Profit Along the Entire Value Chain From the end-customer’s point of view, investing in a PV system with deeply All the additional values shown here are based on the output, as this represents textured glass is only of interest when the internal rate of return either stays the the most tangible variable. Nevertheless, it should be taken into account that same or becomes higher than that of a system with regular glass. If we were the total benefits of deeply textured glass may exceed those shown here, for to assume a constant IRR of 6 percent, a 2 percent increase in output justifies a example as a result of benefits to marketing strategy and differentiation – values 2 percent increase in price, in this case, from 2,348€/kWp to 2,396€/kWp. An which are exceedingly difficult to quantify. Therefore, the model calculation additional 48€ would be acceptable for the customer, as shown in figure 11. At shown here should be observed with these unknown factors in mind. a surplus value of 77€/kWp (see table 2), the customer would therefore have to receive around 38 percent of the additional benefit. 2% yield gain Value chain step 7% yield gain Share in % Gain p. m² Gain p. kWp Gain p. m² Gain p. kWp 62% 7.29 € 48.06 € 21.24 € 140.19 € 38% 4.46 € 29.46 € 13.02 € 85.92 € 11.75 € 77.52 € 34.26 € 226.11 € Glass manufacturer Module manufacturer Sales intermediary End customer Total Gain Tabelle 2: Mehrwerte entlang der Wertschöpfungskette bei 6% IRR Table 2: Benefits Along the Value Chain at 6% IRR 33 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Practical Trial Fazit Deutsch Fazit Existierende Mehrwerte bedürfen einer Validierung zur stärkeren Marktdurchdringung Das Solarglas hat sich in den letzten Jahren zu einem Wirtschaftsfaktor ent- Folglich sind Modulhersteller gezwungen, renditeorientierte, klar zu verifizieren- wickeln können. Mit der gestiegenen Bedeutung der Modulkomponente für de Eigenschaften am Modul zu huldigen. Der Raum für Ungewöhnliches ist bis- andere Märkte ist gleichzeitig eine überfällige Evolution angestoßen worden. lang begrenzt. Um auf Dauer fortschrittliche Frontgläser am Markt etablieren zu Das Resultat sind innovative, reflexionshemmende Gläser, welche die Effizienz können, bedarf es daher anerkannter Testverfahren durch etablierte Institutio- und dadurch den Ertrag eines Moduls erhöhen. Aus dieser Gruppe besitzt nen und eine Simulationssoftware, die Mehrerträge durch reflexionshemmendes tieftexturiertes Glas die Eigenschaften sowohl den Ertrag um bis zu 7 Prozent zu Glas überhaupt erst berücksichtigt. An der Bedeutung der Flasher-Ergebnisse erhöhen als auch durch seine Anti-Blendwirkung für zusätzliche Marktsegmen- kommen auch innovative Gläser bisher nicht vorbei. te in Betracht zu kommen. Besondere Stärken entfaltet dieses Glas der dritten Generation in suboptimalen Ausrichtungen, das heißt in gesättigten Märkten Gerade weil im Photovoltaik-Markt der Wettbewerbsgrad in den letzten Jahren wie beispielsweise Deutschland. stark zugenommen hat, gilt es heute frühzeitig Ausrufezeichen für morgen zu setzten. Endkunden werden es mit einem gesteigerten Ertrag und einer langle- Die monetären Mehrwerte sprechen für das tieftexturierte Glas und rechtfertigen auch Mehrpreise entlang der Wertschöpfungskette. Nicht in der Analyse eingepreist, aber durchaus geschäftsrelevant, sind zusätzliche Mehrwerte © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 34 wie die Anti-Blendwirkung, die visuelle Differenzierung als Hersteller und die Leistungssteigerung des Moduls, die marketingrelevante und preisliche Vorteile bringen kann. Endkunden entscheiden aber mehrheitlich auf Basis von „harten Fakten“. bigen Oberflächenstruktur danken. Conclusion Existing Benefits Require Validation in Order to Ensure Market Penetration Solar glass has developed into an economic factor within the last few years. The In order to permanently establish third generation cover glass on the market, increasing significance of individual module components for other markets has test processes from established institutions will be required, as well as simu- led to much overdue technological advancement. The results of this in the field lation software in which the benefits of anti-reflective glass are taken into of solar glass have been innovative, anti-reflective glasses which increase the ef- account. Even innovative cover glass cannot ignore the significance of flasher ficiency, and therefore the output, of PV modules. Deeply textured glass has the tests. capacity to increase module output by up to 7 percent, and its anti-reflective properties can provide access to previously untapped markets by eliminating the Competition on the photovoltaics market has risen in the past years, making dazzle-effect. This third generation glass also demonstrates particular strengths it yet more crucial to set the trends of tomorrow, today. As a result, end-cus- in non-optimal alignment conditions, allowing renewed access to saturated tomers will be rewarded with increased output and a durable module surface markets, such as Germany. structure. The monetary benefits of deeply textured glass also justify an increase in prices along the entire value chain. Although not calculated in the analysis, deeply textured glass also brings other corporate benefits such as the advantages of the anti-dazzle effect, visual differentiation from competitors and increased module efficiency, all factors which are relevant to marketing and price policy. However, since end-customers tend to make their purchase decisions based on hard facts, module manufacturers are obliged to communicate the ROI-orientated, verifiable investment benefits of the modules. There is very little room for unusual aspects. 35 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 English Conclusion Quellen – Deutsch Quellen Quellenverzeichnis 1 U. Blieske, Fachhochschule Köln, “Solar glass markets and production”, Pre- sented at “Solar meets glass” (Berlin), 13.4.2011. Zusätzliche Informationsquellen N.-P. Harder, U. Blieske, D. Neumann, M. Neander, W.A. Nositschka (alle SaintGobain Glass), „Light-trapping cover glasses for solar modules“, 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 6 –10 June 2005, Barcelona, Spain. 2 © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 36 Institut für Solarenergieforschung (ISFH), „Ertragssteigerung von strukturierten Frontseitengläsern“, August 2009, Download unter: http://www.emmveepho- P. Grunow, D. Sauter, V. Hoffmann, D. Hulji (alle Q-Cells), B. Litzenburger, L. tovoltaics.com/upload/pdf/ISFH%20Bericht_strukturierte%20Glaeser_Kurzfas- Podlowski (Solon), “The influence of textured surfaces of solar cells and modules sung_August2009.pdf. on the energy rating of PV systems”, 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 6 –10 June 2005, Barcelona, Spain. 3 W.A. Nositschka, D. Neumann, M.-O. Prast, K. Werner, M. Neander (alle Saint-Gobain Sekurit), “Outdoor monitoring of antireflective and textured cover P. Sánchez-Friera, D. Montiel, J. Gil, J.A. Montañez, J. Alonso (alle glasses for solar modules at different sites in Germany, Spain and China of up to Isofotón),“Daily power output increase of over 3% with the use of structured 3 years”. glass in monocrystalline silicon PV modules”, Presented at the 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Hawaii (May 2006). 4 Fraunhofer CSE, „Impact of structured glass on light transmission, temperature and power of PV”, 25th EU PVSEC, Valencia, September 2010. Bildquellen fotolia.de | BronzeMonokristalline Solarmodule vor sonnigem Himmel © visdia S. Cover innen, 3, 36 fotolia.de | international 8 © Sandor Jackal S. Cover innen, 25 fotolia.de | Dach mit Solarzellen © guukaa S. 5 © iStock von „CONMA Werbeagentur GmbH“ S. 6, 21 fotolia.de | sonne über den wolken © froxx S. 7 W.A. Nositschka, D. Neumann, M.-O. Prast, F. Gromball (alle Saint-Gobain Seku- fotolia.de | Solar collector, assembler © Marina Lohrbach S. 9 rit), “Light-trapping cover glasses for solar modules tested in outdoor conditions fotolia.de | Solarpanel © Jan Felber S. 10, 11 at different sites in Germany and Spain II-Experience of 2 years concerning pow- © Saint-Gobain Solar S. Cover, 11, 16, 17, 18, 28 er output depending on dust accumulation”. 23rd European Photovoltaic Solar © EMMVEE Photovoltaics GmbH S. Cover, 5, 13, 17, 29 fotolia.de | Klimaschutz © Zauberhut S. 15, 37 © U. Blieske S. 15 fotolia.de | Solardächer 2 © danielschoenen S. 23 W.A. Nositschka, D. Neumann, M.-O. Prast, M. Bonnet-Eymard (alle Saint-Go- fotolia.de | Solarhochhaus 1 © danielschoenen S. 27 bain Sekurit), “Temperature effect of textured (light-trapping) cover glasses for fotolia.de | Workman with solar moduls © Marina Lohrbach S. 31 solar modules for reduced VOC losses tested indoor and outdoor”. fotolia.de | Solarinstallation 23 © danielschoenen S. 33 fotolia.de | Strom aus der Natur © bit.it S. 35 fotolia.de | Solarkraftwerk 02 © Kaubo S. 38, 39 Energy Conference, 1-5 September 2008, Valencia, Spain. 37 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 Sources – Deutsch Sources Bibliography 1 U. Blieske, Cologne University of Applied Sciences, “Solar glass markets and production”, Pre-sented at “Solar meets glass” (Berlin), 13.4.2011. Additional Sources N.-P. Harder, U. Blieske, D. Neumann, M. Neander, W.A. Nositschka (all SaintGobain Glass), „Light-trapping cover glasses for solar modules“, 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 6 –10 June 2005, Barcelona, Spain. 2 Institut für Solarenergieforschung (ISFH), „Evaluation of yield of patterned front glass“, August 2009, Download via: http://www.emmveephotovoltaics. P. Grunow, D. Sauter, V. Hoffmann, D. Hulji (all Q-Cells), B. Litzenburger, L. com/upload/pdf/Zusammenfassung-Bericht_ISFH_Englisch.pdf Podlowski (Solon), “The influence of textured surfaces of solar cells and modules on the energy rating of PV systems”, 20th European Photovoltaic Solar Energy © EuPD Research 08 08 | 2011 © EuPD Research | 2011 38 3 W.A. Nositschka, D. Neumann, M.-O. Prast, K. Werner, M. Neander (all Saint- Conference, 6 –10 June 2005, Barcelona, Spain. Gobain Sekurit), “Outdoor monitoring of antireflective and textured cover glasses for solar modules at different sites in Germany, Spain and China of up to P. Sánchez-Friera, D. Montiel, J. Gil, J.A. Montañez, J. Alonso (all Isofotón),“Daily 3 years”. power output increase of over 3% with the use of structured glass in monocrystalline silicon PV modules”, Presented at the 4th World Conference on Photovol- 4 Fraunhofer CSE, „Impact of structured glass on light transmission, temperature and power of PV”, 25th EU PVSEC, Valencia, September 2010. taic Energy Conversion, Hawaii (May 2006). English Image Sources fotolia.de | BronzeMonokristalline Solarmodule vor W.A. Nositschka, D. Neumann, M.-O. Prast, F. Gromball (alle Saint-Gobain Se- sonnigem Himmel © visdia p. Inside cover, 3, 36 fotolia.de | international 8 © Sandor Jackal p. Inside cover, 28 fotolia.de | Dach mit Solarzellen © guukaa p. 5 © iStock von „CONMA Werbeagentur GmbH“ p. 6, 21 fotolia.de | sonne über den wolken © froxx p. 7 fotolia.de | Solar collector, assembler © Marina Lohrbach p.9 kurit), “Light-trapping cover glasses for solar modules tested in outdoor condi- fotolia.de | Solarpanel © Jan Felber p. 10, 11 tions at different sites in Germany and Spain II-Experience of 2 years concerning © Saint-Gobain Solar p. Cover, 11, 16, 17, 18, 28 power output depending on dust accumulation”. 23rd Europe-an Photovoltaic © EMMVEE Photovoltaics GmbH p. Cover, 5, 13, 17, 29 Solar Energy Conference, 1-5 September 2008, Valencia, Spain. fotolia.de | Klimaschutz © Zauberhut p. 15, 37 © U. Blieske p. 15 fotolia.de | Solardächer 2 © danielschoenen p. 23 fotolia.de | Solarhochhaus 1 © danielschoenen p. 27 W.A. Nositschka, D. Neumann, M.-O. Prast, M. Bonnet-Eymard (alle Saint-Gobain Sekurit), “Temperature effect of textured (light-trapping) cover glasses for solar modules for reduced VOC losses tested indoor and outdoor”. fotolia.de | Workman with solar moduls © Marina Lohrbach p. 31 fotolia.de | Solarinstallation 23 © danielschoenen p. 33 fotolia.de | Strom aus der Natur © bit.it p. 35 fotolia.de | Solarkraftwerk 02 © Kaubo p. 38, 39 39 © EuPD Research 08 | 2011 © EuPD Research 08 | 2011 EuPD Research Adenauerallee 134 53113 Bonn Telephone +49 (0) 228-971 43-0 Fax +49 (0) 228-971 43-11 [email protected] www.eupd-research.com