Panasonic Module HIT schneiden in Modultest des Florida Solar Energy Centers am besten ab

Nach Ansicht eines Forscherteams im Florida Solar Energy Center der University of Central Florida reichen die üblichen Testverfahren für Photovoltaikmodule nicht aus, um den langfristigen Erhalt der Moduleffizienz zu gewährleisten. Dabei bezieht sich das Team unter Leitung von Eric Schneller vor allem auf die zahlreichen physikalischen Einflüsse, die zu Rissen führen. Das können menschliche Handlungen beim Transport und der Installation sein oder auch Wettereinflüsse wie Schnee, Wind und extreme Temperaturschwankungen. “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“, so Schneller.

Quelle: Panasonic

Das Forscherteam hat deshalb ein eigenes, strenges Testverfahren für Photovoltaikmodule entwickelt. Dabei steht die Rissbildung im Fokus. Die üblichen Tests seien nicht ausreichend, um die Entstehung von Mikrorissen in Modulen zu prüfen. Vor allem ignorierten die Tests die Tatsache, dass Risse, die sich im “Moment 1” bilden, die Probleme, die im “Moment 2” durch andere Umstände verursacht werden, verstärken.

Zur Veranschaulichung nennt Schneller ein Beispiel: Das Gewicht einer Schneedecke auf einem Modul kann Mikrorisse verursachen, die sich automatisch schließen können, sobald der Schnee wegschmilzt und der Gewichtsdruck abnimmt. Wenn dasselbe Modul danach einer hohen Spitzentemperatur oder Vibrationen durch starken Wind ausgesetzt wird, das heißt im ‘Moment 2’, können sich dieselben Mikrorisse wieder öffnen und weiterentwickeln, was zu einem Leistungsverlust führen kann.

4-Stufen-Testprotokoll

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 wird die Vorderseite des Moduls eine Stunde lang einem physikalischen Druck von 5.400 Pascal ausgesetzt. Dadurch wird eine Situation simuliert, 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 des Protokolls wird das gleiche Modul 1.000 Mal hintereinander kurzzeitig 1.000 Pascal ausgesetzt. In einer realen Anwendung kann dieser Druck durch längere Einwirkung von Windböen verursacht werden. Eine mögliche Folge davon ist, dass Zellen elektrisch isoliert werden, was zu einem Leistungsverlust führt.

Im dritten Test wird das PV-Modul 50 Zyklen mit deutlichen Temperaturerhöhungen und zehn 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 Pascal belastet.

Vier Photovoltaik-Modultechnologien im Test

Auf Basis dieses Prüfprotokolls setzte Schnellers Team vier bekannte Modultypen verschiedenen Belastungen aus: Für die Heterojunction-Technologie nutzten sie Panasonic-Module HIT. Weiterhin testeten sie Solarmodule mit den Technologien Mono-PERC, Multi-PERC und Mono-PERT. Nach jedem Schritt wurden die PV-Module untersucht, um die Schäden und den Leistungsverlust zu beurteilen. Dabei stellten sie fest, dass jeder Modultyp auf jeden der vier Belastungstests anders reagierte.

Zwei Mal Bestnote für das Panasonic Modul HIT

Nach Beendigung des vollständigen Testprotokolls wurde der Gesamtschaden an den vier Modultypen bewertet und zunächst die Anzahl der entstandenen Risse gezählt. Am besten schnitt das Photovoltaikmodul HIT ab. Die Forscher fanden nur einen einzigen Riss, der jedoch ihrer Ansicht nicht gezählt werden sollte, da er durch einen falschen Transport des Moduls verursacht wurde. Bei der Modulleistung stellte das Forscherteam ebenfalls große Unterschiede fest. Das Panasonic Modul HIT schnitt auch hier am besten ab: Es zeigte nach Durchlaufen des gesamten Testprotokolls keinen Leistungsverlust.

Das sehr gute Abschneiden in den Prüfungen erklärt Andreas Thoma, der das Business Development bei Panasonic Solar Deutschland leitet, mit den strengen internen Qualitätsprüfverfahren. Panasonic verwendet ein eigenes Prüfprotokoll, das, wie das Protokoll des amerikanischen Forscherteams, weit über das marktübliche Verfahren und die in den Richtlinien der International Electrotechnical Commission (IEC) beschriebenen Tests hinausgeht.

Die besseren Ergebnisse seien weiterhin auf den Produktionsprozess zurückzuführen, bei dem unter anderem eine andere Methode zur Befestigung der elektrisch leitenden Bändchen in dem Modul verwendet wird. “Da wir eine andere Tabbing-Technologie als beim Löten verwenden, gibt es weniger Spannung auf den Bändchen, was sie widerstandsfähiger gegen große Temperaturunterschiede macht, und sie lösen sich nicht. Dies geschieht manchmal bei anderen Modulen, was zu einem erheblichen Leistungsverlust führt“, sagt Thoma. Dass das Photovoltaikmodul HIT bei den Tests in Florida nicht nur den Temperaturzyklen, sondern auch dem physikalischen Stresstest wesentlich besser standgehalten hat, sei auch auf das optimierte Rahmendesign, die Verwendung kleinerer, flexiblerer Zellen und die Anwendung einer speziellen Niedertemperaturtechnik zur Verbindung der Zellen zurückzuführen. Die Qualitätssicherung durch die strengen internen Kontrollen versetzten Panasonic in die Lage, eine 25-jährige Produktgarantie für die Heterojunction-Module HIT anzubieten.

Weitere Informationen: https://eu-solar.panasonic.net/de/3323.htm