Die Green Card für Module

Kategorie: 06 / 2010, Spezial Katrin Petzold

Sicherheitstests: Wer seine Module weltweit exportieren will, muss sie nach internationalen Sicherheitsnormen testen lassen. Doch die Welt hört vor Nordamerikas Toren auf. Hier gelten nationale Sicherheitsbestimmungen, die einen gesonderten Test beim US-amerikanischen Prüfinstitut Underwriters Laboratories nötig machen. Das sei wichtig, sagen die einen. Das soll die amerikanische Wirtschaft begünstigen, sagen die anderen. Jetzt gibt es ein Testzentrum bei Frankfurt.

Nach internationaler Norm werden die Solarmodule abwechselnd einer Flächenzug- und -druckbelastung von 2.400 Pascal ausgesetzt. Beim UL-Test sind es nur 1.400 Pascal.
Foto: TÜV Rheinland

Anders als bei der UL-Prüfung werden die Module beim IEC-Test teilweise vorgealtert, wie diese Dünnschichtmodule in einer Sonnensimulationsanlage.
Foto: TÜV Rheinland

Im UL-Prüfzentrum in Zeppelinheim bei Frankfurt am Main werden die Module auch auf ihre mechanische Belastbarkeit hin geprüft.
Foto: Underwriters Laboratories

Das UL-Logo ist in Nordamerika so bekannt und angesehen wie bei uns das TÜV-Symbol.

Einen Hot-Spot-Test, der die Verschattung eines Moduls simuliert, gibt es sowohl beim internationalen als auch beim nordamerikanischen Test.
Foto: Underwriters Laboratories

William Merrill war junger Elektroingenieur in Boston, als ihn im Jahre 1894 eine Gruppe Versicherer nach Chicago (USA) schickte. Er sollte Brandschutzprobleme mit Elektrokabeln untersuchen. Elektrizität war zu dieser Zeit noch eine technische Neuentwicklung. Normen und Sicherheitsstandards existierten nicht. Merrill nutzte die Chance und gründete ein Büro für Sicherheitstests mit dem Namen Underwriters Laborato ries (UL), zu deutsch Testlabore der Versicherer. Über 100 Jahre nach der Gründung durch Merrill sind die UL zu einem bekannten US-amerikanischen Zertifizierungsunternehmen geworden. Sie betreiben 64 Testlabore weltweit und prüfen unter anderem elektrische Kabel, Trinkwasser sowie Feuerschutz und medizinische Geräte auf ihre Sicherheit.

Seit zehn Jahren werden auch Solarmodule nach US-amerikanischen Sicher heitsnormen bewertet. Da nach Ansicht der UL die technische Entwicklung in der Photovoltaikbranche vor allem in Deutschland stattfindet, eröffneten sie Anfang des Jahres auch ein Prüfzentrum bei Frankfurt am Main. Denn wer Module herstellt, der will sie auch exportieren, und für Nordamerika brauchen Hersteller das UL-Prüfsiegel wie eine Art Einreiseerlaubnis für Solarmodule. Damit der internationale Handel rei bungslos funktioniert, hat die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) Sicherheitsnormen entwickelt, die weltweit gültig sind. In Deutschland vergibt zum Beispiel der TÜV Rheinland das IEC-Zertifikat für Solarmodule. Egal ob das Modul nach Europa, Australien, Asien, Afrika oder nach Südamerika verschickt wird, das IEC-Testsiegel ist überall anerkannt. In einigen Ländern gibt es nationale Ergänzungen, und in Europa gelten zudem die EU-Normen, trotzdem bildet das IEC-Zertifikat die Grundlage für den globalen Handel.

Keine internationalen Normen

Doch in Nordamerika gelten andere, nationale Regeln. Um erfolgreich nach Kanada und in die USA exportieren zu können, müssen die Modulhersteller das nordamerikanische Sicherheitszertifikat namens UL 1703 besitzen. Die internationale Sicherheitsnorm IEC 61730 ist hier bedeutungslos. Zwar gibt es nur wenige Unterschiede zwischen den beiden Sicherheitstests, doch ein Zertifikat nach den Vorschriften des Amerikanischen Instituts für Normung (ANSI) ist unumgänglich, will man auf dem nordamerikanischen Markt anerkannt werden.

Wozu muss ein Hersteller zwei Sicherheitsprüfungen durchlaufen? Mirko Bautz, Unternehmenssprecher von UL, gibt zu, das oft gefragt zu werden. Viele Modulhersteller verstehen nicht, warum sie nach erfolgreicher IEC-Sicherheitsprüfung noch einen weiteren Test bestehen müssen. Der Strom sei in Amerika ja schließlich der gleiche, werfen verwun derte Modulhersteller den UL-Mitarbeitern dann an den Kopf. „In Nordamerika ist die technische Ausstattung anders als in Europa“, erklärt Bautz. Das fange schon beim Stromnetz an. Die Stromversorgung sei stark fragmentiert und die alten Leitungen häufig überlastet. Regelmäßig kommt es deshalb in den USA zu Stromausfällen.

 

Holzhäuser erhöhen Brandgefahr

Auch der Hausbau unterscheide sich in beiden Ländern grundlegend. In Deutschland verlaufen die elektrischen Leitungen im Haus unter Putzwänden. Die Amerikaner wohnen hingegen meist in Holzhäusern. Die elektrischen Leitungen liegen hier im blanken Holzskelett, die Brandgefahr ist enorm hoch. Deshalb waren die Brandtests schon immer ein wichtiger Bestandteil der UL 1703. Sie sind auch im National Electrical Code (NEC) der USA vorgeschrieben, der den Sicherheitsstandard für Elektroinstallationen regelt. Nicht zu vergessen sei die Haftung beim Schadensfall. Sollte es zum schlimmsten aller Fälle kommen und das Holzhaus aufgrund eines Defektes in der Solaranlage in Flammen aufgehen, sehe es schlecht aus vor Gericht. Nur wer seine Produkte nach US-Vorgaben geprüft habe, werde von seiner Produkthaftung entbunden, erklärt Bautz.

Auch die Abnahme der fertig montierten Anlage durch einen Elektroinspekteur ist nicht einheitlich. In Deutschland machen das ausgebildete Fachkräfte. „In den USA kann das auf dem Land auch mal der Sheriff sein“, sagt Bautz.

Und wenn der Sheriff ein UL-Zeichen sehe, wisse er sofort, dass die Module sicher seien. Denn das UL-Logo sei in Nordamerika so bekannt und angesehen wie bei uns das TÜV-Symbol.

Kritiker meinen, die USA wollten mit den gesonderten UL-Normen vor allem die eigene Wirtschaft fördern. Denn große Unterschiede zwischen der IEC 61730 und der UL 1703 gebe es nicht. Beide definieren in ihren Vorgaben zwingende Konstruktionsmerkmale der Module und beschreiben die Anforderungen an die eingesetzten Materialien. Erst bei einem Blick in die Details werden die Abweichungen sichtbar.

 

Unterschiede in den Details

So hat die UL-Sicherheitsprüfung den „Leakage Current Test“ im Programm. Hier testen die Techniker, ob Kriechströme im Modulrahmen oder in der Rückwandfolie auftreten. Ein Test, den es beim IEC-Zertifikat nicht gibt. Ebenso bietet die IEC-Norm auch keinen Salznebeltest, der „Corrosive Atmosphere Test“ genannt wird. Er ist für Solarmodule gedacht, die in Meeresnähe einer salzhaltigeren Luft ausgesetzt sind. Auch eine Lichtbogenprüfung fällt bei der IEC-Norm weg. Bei diesem „Arcing Test“ überprüfen die UL, ob an beschädigten Bereichen des Moduls, wie zum Beispiel einer offenen Lötstelle, ein Lichtbogen entstehen könnte. An der defekten Stelle könnte eine so hohe Spannung anliegen, dass ein Lichtbogen aufblitzt. Im schlechtesten Fall brennt er minutenlang und erreicht dabei eine Temperatur von mehreren tausend Grad Celsius. Doch trotz der UL-Prüfung: Das Risiko eines Licht bogens lässt sich nicht ausschließen. In anderen Subjects, wie die Prüfanforderungen genannt werden, ist die IEC-Norm wiederum strenger als die UL-Prüfung.

Tests halten sich die Waage

Zum Beispiel beim „Temperature Cycling Test“. Hier kommen die Module zum Stresstest in die Klimakammer. Durch einen schnellen Temperaturwechsel von minus 40 bis plus 85 Grad Celsius dehnt sich das Material aus. Lötstellen könnten dabei reißen. Die UL überprüfen anhand der Raumluft in der Klimakammer, ob die extremen Temperaturen erreicht sind. Beim IEC-Test hingegen wird die Temperatur direkt am Modul gemessen, damit nicht die Luft minus 40 Grad Celsius hat, sondern das Material. Auch beim „Mechanical Load Test“, der Wind- und Schneelasten simulieren soll, geht es bei IEC härter zu. Statt die Module mit 1.400 Pascal zu belasten, wird bei der IEC-Norm ein Druck von 2.400 Pascal und wahlweise sogar 5.400 Pascal beim letzten Prüfzyklus angewandt.

Einige UL-Vorgaben braucht die IEC-Norm auch nicht zu testen, da sie bereits zu Beginn der Sicherheitsprüfung erfüllt sind. Denn für die IEC 61730 müssen die Module teilweise vorgealtert sein, um zu beweisen, dass sie auch am Ende ihrer Lebensdauer sicher sind. Bei diesem Alterungsprozess durchlaufen die Solarmodule zum Beispiel den „Wet Leakage Test“, bei dem sie bis zu den Anschlüssen in ein Wasserbad getaucht werden. Verständlich, dass sie dann keinen Regentest wie bei der UL-Norm absolvieren, bei dem das Modul eine Stunde lang mit Wasser besprüht wird. Dieser „Water Spray Test“ ist bei den UL jedoch Pflicht, da nur fabrikneue Solarmodule ohne jegliche Alterung die US-Sicherheitsprüfung durchlaufen.

 

International vs. national

Eines wird deutlich: Der Vergleich zwischen den Prüfnormen ließe sich noch lange weiterführen, doch immer wieder würden sich die Waagschalen ausgleichen. Der eine testet hier ein bisschen mehr, der andere prüft dort ein bisschen strenger. Im Prinzip wollen aber beide das Gleiche: ein sicheres Solarmodul.

Ein weiterer Gegensatz zu den ANSI/UL-Normen ist, dass die IEC-Standards international entwickelt worden sind. Ihre Bezeichnung kommt von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC), die sich aus 79 nationalen Komitees zusammensetzt. Alle Komitees sind an der Entwicklung neuer Standards beteiligt. Auch die UL sind Mitglied im IEC-Gremium und tanzen damit auf zwei Hochzeiten. Denn zum einen bestimmt das amerikanische Unternehmen die internationalen Normen mit, zum anderen entwickelt es seine eigenen nationalen Standards. Man bemühe sich dabei um Harmonisierung zwischen den beiden Normen und wolle so viele Übereinstimmungen wie möglich finden, geben die UL an.

So kommt es auch, dass sich ausgerechnet in puncto Brandsicherheit die beiden Normen gar nicht unterscheiden. Zwar erklären die UL bei jeder Gelegenheit, dass sie sich vor allem durch ihre Brandtests auszeichnen, gleichzeitig haben sie aber im IEC-Gremium durchgesetzt, dass ihre Brandbestimmungen auch in die IEC-Norm übernommen werden. Und so ist dieses Subject nun bei beiden Prüfungen gleich.

Eine andere Differenz konnten sie aber nicht überwinden: die Schutzerdung am Modulrahmen. Sie ist in den USA zwingend vorgeschrieben, so sieht es der nationale Code vor. In der IEC-Norm wurde dieses Problem durch besonders gut iso lierte Module gelöst, sie entsprechen der Schutzklasse II. Die UL erkennen diese Lösung nicht an. Somit müssen beim UL-Test auch Module der Schutzklasse II eine zusätzliche Schutzerdung vorweisen.

 

Der TÜV Rheinland zieht nach

Egal, ob man diese Unterschiede nun marginal oder durchaus relevant findet, einen Trumpf haben die UL immer in der Hand: Sie sind das einzige von der Amerikanischen Organisation für Arbeitssicherheit (OSHA) akkreditierte Prüflabor in Europa, dass die ANSI/UL-1703-Zertifizierung vergeben kann. Und als Mitglied im IEC kann es zudem auch die IEC-Zertifikate ausstellen. Es bietet sozusagen ein Rundum-sorglos-Paket für den globalen Export. Aber nicht mehr lange. „In Zukunft wird auch der TÜV Rheinland die ANSI/UL-1703-Zertifikate ausstellen können“, sagt Wilhelm Vaaßen, Abteilungsleiter für Regenerative Energien beim TÜV Rheinland. Die Akkreditierung bei der OSHA sei bereits am Laufen.

„Technisch sind wir dazu längst in der Lage, wir brauchen nur noch das Okay von oberster Stelle“, so Vaaßen. Die Zustimmung wird für Mitte 2010 erwartet. Dann würde sich die Monopolstellung der UL in Deutschland auflösen. Die zusätzlichen Sicherheitsprüfungen für den nordamerikanischen Markt bleiben jedoch weiterhin bestehen.

Eine Studie des Marktforschungsunternehmens Greentech Media Research kommt zu dem Schluss, dass der Photovoltaikmarkt der USA bis zum Jahre 2012 um 48 Prozent wachsen wird. Dann wäre er auch in Zukunft einer der größten Solarmärkte der Welt, und die Hersteller von Photovoltaikmodulen kämen am nordamerikanischen Prüfsiegel, ob nun von den UL, vom TÜV Rheinland oder von anderen vergeben, endgültig nicht mehr vorbei.

 


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