- saint-gobain solar glass

Klasse statt Masse
Quality above Quantity
Differenzierungsmöglichkeiten
am Beispiel der Glasauswahl
Opportunities for Differentiation –
Using the Example of Solar Glass Choice
© EuPD
Research
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Das vorliegende Werk ist insgesamt sowie hinsichtlich seiner Bestandteile
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Content
1. Schlüsselergebnisse
4
1. Key Findings 5
2. Alleinstellungsmerkmale
6
2. Differentiation
7
3. Optimierungsansatz
8
3. Optimization
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4. Möglichkeiten
10
4. Possibilities
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5. Wirtschaftsfaktor
12
5. Economic Factor
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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
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15. Quellen- und Bildverzeichnis
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15. Sources and List of Figures
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© EuPD Research 08 | 2011
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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-
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»» 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
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Key Findings
Alleinstellungsmerkmale
Deutsch
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Alleinstellungsmerkmale
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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
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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
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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.
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Optimization
DEUTSCH
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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.
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Quality
Source: EuPD Research, 2011
Abbildung 2: Differenzierungsebenen - Das Glas rückt in den Fokus
Figure 2: Levels of Differentiation – Glass in Focus
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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-
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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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).
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Research
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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
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© 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
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Research
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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.
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© EuPD Research 08 | 2011
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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
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Research
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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).
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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© 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
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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
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© EuPD Research 08 | 2011
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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
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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.
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© EuPD Research 08 | 2011
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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
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| 2011
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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
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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
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© EuPD
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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
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p. Inside cover, 28
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© iStock von „CONMA Werbeagentur GmbH“
p. 6, 21
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p.9
kurit), “Light-trapping cover glasses for solar modules tested in outdoor condi-
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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.
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p. 15, 37
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p. 15
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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”.
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