Mikroriss-Detektion: Keine Elektrolumineszenz, was dann?

Die schwarze Haube auf dem Flur im Kloster Banz sah aus wie die der portablen Elektrolumineszenzgeräte, deren Unterseite auf ein Solarmodul passt und die nach oben trichterförmig zusammenläuft. Mit solchen Geräten ziehen Experten in Solaranlagen von Modul zu Modul und untersuchen die Zellen auf Mikrorisse. An der Seite des ausgestellten Geräts war jedoch ein handgeschriebener Zettel mit der Aufschrift angebracht „Keine Elektrolumineszenz, was dann?“. Die Forscher des Instituts für Solarenergieforschung ISFH in Hameln haben damit auf dem Otti-Photovoltaik-Symposium, das im Kloster Banz stattfand, mit dem zweiten Innovationspreis gewonnen.

Solarmodule werden meist mit EVA-Einbettfolie über und unter den Zellen verkapselt. Im Feld entstehen in dieser Folie durch die Sonnenstrahlung so genannte Fluorophore entstehen. Diese fluoreszieren und leuchten unter Bestrahlung mit UV-Licht. Durch die Rückseitenfolie diffundiert Sauerstoff in das Modul und dort, wo keine Barriere zur vorderen EVA-Folie besteht, reagiert der Sauerstoff mit den Polyenen. Dort verschwindet die Floureszenz. Das ist zum Beispiel in den Zellzwischenräumen der Fall. Und dort, wo die Zelle Mikrorisse hat.

Die Korrelation von Zellrissen und UV-Fluoreszenzbildern wurde bereits vor sechs Jahren beschrieben. Jetzt machen sich die ISFH-Experten den Effekt zu nutze. Mit dem FLOIS, das steht für Fluoreszenz Outdoor Inspektions System, bietet das ISFH jetzt die Dienstleistung an, Module im Feld zu untersuchen. In der ausgestellten schwarzen Haube befinden sich LEDs, die das Modul mit UV-Licht beleuchten, und eine Kamera, die das Fluoreszenzbild aufnimmt. Das geht tagsüber und laut ISFH viel schneller, als man es sich vorstellen kann. Pro Stunde soll es möglich sein, 200 Module zu untersuchen.

Im Gegensatz dazu funktioniert die Outdoor-Elektrolumineszenz, für die das Gerät im übrigen auch benutzt werden kann, nur nachts. Tagsüber stört das Sonnenlicht. Außerdem erfordert Elektrolumineszenz mehr Aufwand, da die Module unter Spannung gesetzt werden müssen. Die Spannung führt dazu, dass die Zelle rückwärts betrieben wird. Statt Strom aus Licht erzeugt sie Licht aus Strom. Dort wo sie nicht leuchtet, ist sie geschädigt. Dadurch fallen in der Elektrolumineszenz die Mikrorisse ebenfalls auf.

Hagelschäden untersuchen

Die neue Fluoreszenzmethode hat noch einen weiteren Vorteil. Entsteht beispielsweise nach einem Hageleinschlag ein neuer Mikroriss, diffundiert der Sauerstoff durch die Rückseitenfolie in das EVA und löscht die Fluoreszenz aus. Dieser Prozess dauert einige Wochen. Daher können die Forscher anhand des Bildes bis zu acht Wochen lang auf das Alter der Risse rückschließen. Das dürfte Versicherungen interessieren. Für sie ist relevant, ob Risse durch den Hageleinschlag entstanden sind oder schon vorher bestanden haben. Die möglich Altersbestimmung ist laut Jury-Mitglied Heribert Schmidt vom Fraunhofer ISE einer der Gründe, warum die Innovation einen Preis verdient hat.

In dem Fluoreszenzbild lässt sich sogar erkennen, wenn Zellen oder Zellteile nicht mehr aktiv sind. Es entstehen umso mehr Fluorophore, umso wärmer das EVA ist. Nicht oder weniger aktive aktive Zellen sind wärmer, weshalb sie ja auch in Thermografiebildern auffallen. In den Fluoreszenzbildern leuchten sie auch heller als die voll funktionsfähigen Zellen. Dadurch lassen sich beispielsweise auch Hot Spots erkennen. (Michael Fuhs)