Zellrisse und Mikrorisse in kristallinen Silizium-Photovoltaik-Modulen entstehen durch verschiedene Umweltbelastungen und können Leistung und Lebensdauer von Solaranlagen mindern. Dennoch fehlen Bewertungsstandards, die deren Auswirkungen auf den Energieertrag zuverlässig einordnen.
Mitarbeiter des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) haben nun im Projekt "PV-Riss" eine standardisierte Nomenklatur von Zellrissen und anderen Auffälligkeiten entwickelt, um die Rechtssicherheit für Hersteller, Investoren, Betreiber und Versicherer zu erhöhen.
Rechtstreitigkeiten belasten Betreiber
Schäden an Photovoltaik (PV)-Modulen, insbesondere Zellrisse und Mikrorisse in kristallinen Siliziumzellen, entstehen durch eine Kombination aus herstellungsbedingten Eigenspannungen (Vorbelastungen) und externen mechanischen, umweltbedingten Belastungen während des Betriebs. Diese können die Leistung, Sicherheit und Lebensdauer von Solaranlagen erheblich beeinträchtigen.
Obwohl Elektrolumineszenz (EL)-Messungen mittlerweile Standard sind und dadurch Zellrisse und andere Auffälligkeiten sichtbar gemacht werden können, fehlen bislang allgemein anerkannte Bewertungsstandards und verbindliche Kriterien zur Risikobewertung oder zur Prognose der Auswirkungen auf Leistung und Sicherheit.
Die Unsicherheit über die Bedeutung solcher Befunde führt oft zu Rechtsstreitigkeiten, von denen vor allem kleine und mittelständische Betreiber betroffen sind. Dies ist eine der derzeit größten Herausforderungen in der Qualitätssicherung und Schadensbewertung von PV-Systemen.
Nomenklatur, Klassifizierung und Bewertung von Zellrissen jetzt möglich
Mit dem Abschluss des Forschungsprojekts istjetzt ein bedeutender Schritt zur standardisierten Bewertung von Zellrissen in kristallinen Silizium-PV-Modulen gelungen. Es wurde ein standardisierter Fehlerkatalog zur Klassifikation von Rissen entwickelt, primär basierend auf EL-Aufnahmen, untermauert durch Magnetfeldaufnahmen (MFI), sowie Infrarotfotografie (IR) und Leistungsdaten.
In Laborversuchen mit über 200 Modulen wurden Zellrisse gezielt erzeugt und hinsichtlich ihres Verhaltens bei unterschiedlicher Anzahl von Busbars und Rissmustern untersucht. Mittels kombinierter thermo-mechanischer Belastungstests und zyklischer Lastprofile wurde die Entwicklung von Zellrissen sowie deren Einfluss auf Leistungsabfall und potenzielle Sicherheitsrisiken untersucht. Dabei kam ein eigens entwickelter Prüfstand zum Einsatz.
Für verschiedenste Fälle die passende Bewertung
Die gewonnenen Daten werden für zukünftige Anfragen als Handlungsempfehlungen zur Bewertung und zum Umgang mit Zellrissen verwendet. Neben den vor allem für ältere Module relevanten Zellrissen wurden auch den weiteren in der EL sichtbaren Auffälligkeiten zusätzliche Kategorien zugewiesen.
Unter anderem sind Kontaktierungsprobleme, Fehler im Siebdruck, Zelldefekte sowie Degradationsmuster durch Lichtdegradation (LID, LETID), potentialinduzierte Degradation (PID) und UV-induzierte Degradation (UVID) sowie weitere Beobachtungen in einer umfangreichen Übersicht erfasst.
"Mit der VDE SPEC 90031 liefern wir erstmals eine wissenschaftlich fundierte, reproduzierbare Methodik zur Klassifikation und Bewertung – ein entscheidender Schritt für die Qualitätssicherung moderner PV-Systeme. Dies reduziert Unsicherheiten bei Gewährleistungsfragen, verbessert die Kommunikation zwischen Herstellern, Gutachtern und Betreibern und unterstützt eine effizientere Betriebsführung von PV-Anlagen", sagt Dr. Bengt Jäckel, Projektleiter am Fraunhofer CSP.
