4-Stufen-Testprotokoll für Photovoltaik-Module prüft mechanische Belastbarkeit

Um die Qualität von Photovoltaik-Modulen zu garantieren, wenden die Hersteller Testmethoden an, bei denen die Module physikalischen Druck- und Temperaturänderungen ausgesetzt werden. Nach Ansicht von Forschern der University of Florida reichen diese Tests jedoch nicht aus, um den langfristigen Erhalt der Effizienz zu gewährleisten. Daher habne sie ein neues Testprotokoll für Photovoltaik-Module entwickelt.

Laut Eric Schneller, Forscher am Florida Solar Energy Center der University of Central Florida, sind PV-Module einer Vielzahl von physikalischen Einflüssen ausgesetzt, die Risse verursachen können. „Dies ist auf menschliche Handlungen zurückzuführen, beispielsweise beim Transport und bei der Installation. Aber auch Wettereinflüsse spielen eine Rolle wie Schnee, Wind und extreme Temperaturschwankungen.“ Seiner Meinung nach haben Risse schwerwiegende Folgen: „Sie verschlechtern die Leistung des Moduls und können nicht funktionierende Teilflächen verursachen. Diese führen zu Spannungsunterschieden, die die Leistung weiter verringern. Risse verursachen manchmal auch Hotspots, die im schlimmsten Fall ein Sicherheitsrisiko darstellen – in Form einer Brandgefahr“.

Um die Folgen von aufeinanderfolgenden Momenten mit physikalischem und thermischem Druck zu simulieren, führt Schneller das neue Testprotokoll ‚Mechanische Auswertung‘ ein. Ein Modul durchläuft nacheinander vier Tests.

Vier Moduldesigns getestet

Vier bekannte Moduldesigns hat das Schneller-Team dem neuen Testprotokoll unterzogen: Mono-PERC, Multi-PERC, Mono-PERT und das HIT-Photovoltaikmodul. Nach jedem Schritt hat das Team die Module untersucht, um eine Bestandsaufnahme der Schäden und des Leistungsverlustes zu machen. Das Ergebnis des Tests: Jeder Modultyp reagiert unterschiedlich auf jeden der vier Belastungstests.

4-Stufen-Testprotokoll für Photovoltaik-Module

Um die Folgen von aufeinanderfolgenden Momenten mit physikalischem und thermischem Druck abzubilden, entwickelte Schneller ein neues Testprotokoll. Dieses „Mechanical Evaluation Protocol“ besteht aus vier Schritten, die ein Solarmodul nacheinander durchlaufen muss. Im ersten Schritt setzt man die Vorderseite des Moduls eine Stunde lang einem physikalischen Druck von 5.400 Pa aus. Das simuliert eine Situation, in der das Modul mit einer dicken Schneeschicht bedeckt ist. Dies kann Mikrorisse verursachen, aber, wie bereits erwähnt, neigen diese Risse dazu, sich wieder zu schließen, sobald der physische Druck abnimmt.

Beim zweiten Test innerhalb vom Testprotokoll für Photovoltaik-Module setzt man das gleiche Modul 1.000 Mal hintereinander kurzzeitig 1.000 Pa aus. In einer realen Anwendung verursacht die längere Einwirkung von Windböen diesen Druck. Eine mögliche Folge davon ist, dass sich einzelene Zellen elektrisch isolieren, was zu einem Leistungsverlust führt.

Im dritten Test wird das PV-Modul 50 Zyklen mit deutlichen Temperaturerhöhungen und 10 Zyklen mit Frost und Feuchtigkeit ausgesetzt, um stark schwankende Wetterbedingungen zu simulieren. Zusätzlich zur Erzeugung neuer Mikrorisse können bestehende Mikrorisse aufreißen und zu echten Rissen werden. Zudem besteht die Möglichkeit, dass sich die verschiedenen Schichten, aus denen das Modul besteht, lösen.

Der zweite und dritte Test im Protokoll sind ebenfalls Teil der üblicherweise angewandten Testverfahren, jedoch nicht in einem Zyklus, dem ein physikalischer Drucktest vorausgeht und dem ein weiterer Test folgt. Dieser folgende Test ist der letzte und vierte Schritt in Schnellers Protokoll und eine Wiederholung des zweiten Tests: Das Modul wird erneut 1.000 Mal mit 1.000 Pa belastet.

Ergebnisse pro Modultyp

Nach Ende des ersten Schrittes (5.400 Pa Druck) stellte sich heraus, dass das Photovoltaikmodul HIT keine Schäden erlitten hatte. Die Beschädigung des Mono-PERC-Moduls beschränkte sich auf vier Risse, das Mono-PERT-Modul hatte sieben und das Multi-PERC-Modul nicht weniger als 37.

Im zweiten Test (1.000 x 1.000 Pa) erlitten das Photovoltaikmodul HIT, das Mono-PERC- und das Mono-PERT-Panel keine neuen Schäden. Das Multi-PERC-Modul befand sich in einem deutlich schlechteren Zustand. Als Folge der langen Reihe von mechanischen Druckmomenten habne die Forscher festgestellt, dass sich die in Test 1 entstandenen Mikrorisse wieder geöffnet und weiter aufgerissen haben, was zu schweren Schäden führte. Der dritte Schritt (Spitzentemperaturen, Frost und Feuchtigkeit) verursachte kaum zusätzliche Schäden, mit Ausnahme des Mono-PERT-Panels, das mehrere neue Risse aufzeigte.

Der letzte Test im neuen Testprotokoll für Photovoltaik-Module (1.000 x 1.000 Pa) ergab 6 neue Risse im Mono-PERC-Modul und „zahllose“ neue Risse sowohl im Mono-PERT- als auch im Multi-PERC-Modul. Das Photovoltaikmodul HIT hat diesen Test unbeschadet überstanden. Schneller zufolge ist dies wahrscheinlich auf das spezifische Design der Verbindungen und das für dieses Modul verwendete Folienmaterial zurückzuführen.

5.11.2020 | Quelle: Panasonic | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH