Tests und Kontrollen

Es gibt mehrere Arten Tests. Die Klimakammertests, die zum Beispiel in der Zertifizierung durchgeführt werden, sollen eine Einschätzung geben, wie sich das Modul unter Belastung verhält. Sie stellen eine Art verschärfte Realität dar. Einer der Nachteile ist, dass sie relativ lange dauern. Daher hat sich in der Vergangenheit eine Reihe Schnelltests etabliert, mit denen in kurzer Zeit auch einige Fragen geklärt werden können. Dazu gehören auch Diagnoseverfahren, die aber ebenfalls bei den längeren Testverfahren inklusive der Klimakammertests angewendet werden.

Die Schnelltests geben eine Indikation zur Verarbeitung und den Materialien, mehr aber nicht. Ihre Konsequenzen und Ergebnisse sollten daher vor dem Kauf unbedingt in einem Vertrag definiert werden. Eine ganz andere Klasse von Kontrollen sind neben Klimakammertests auch um andere Prüfungen erweiterte Alterungstests, Produktionsaudits in der laufenden Produktion von Chargen für den Abnehmer, Wareneingangskontrollen und die Überprüfung des Transports.

Klimakammer-Langzeittests

Solarmodule sind dem Wetter ausgesetzt, und jede Änderung der Temperatur führt zu mechanischen Spannungen im Modul. Der Temperaturwechseltest simuliert das mit einer bestimmten Anzahl von Zyklen zwischen minus 40 und plus 85 Grad Celsius. Für den Feuchte-Wärme-Test wird ein Modul über einen bestimmten Zeitraum einer mit 85 Prozent sehr hohen Luftfeuchtigkeit bei einer Temperatur von 85 Grad ausgesetzt. Die Belastung entsteht dadurch, dass bei diesen Bedingungen Feuchtigkeit in das Modul eindringen und es zerstören kann. Nach beiden Belastungen werden die Leistung und die Isolation der Module gemessen und über Elektrolumineszenz die Zellrisse bestimmt.

Bei beiden Tests ist unklar, wie vielen Jahren im Feld sie entsprechen. Daher lassen sie keinen direkten Rückschluss auf die Lebensdauer zu, und es wird viel darüber diskutiert, wie lange die Tests sein müssen, um die Spreu vom Weizen zu trennen. Dennoch ist die Aussagekraft dieser Tests unbestritten hoch.

Schnelltests

Mechanischer Belastungstest: Der mechanische Belastungstest soll Schnee- und Windlasten für Solarmodule im Labor simulieren. Die IEC-Norm fordert, dass die Modulleistung nach einer Belastung des Moduls mit mehr als 2.400 Pascal (= 240 Kilogramm) nicht mehr als fünf Prozent degradieren darf. Laut Norm kann freiwillig noch eine höhere Belastung mit 5.400 Pascal getestet werden. Das ist zum Beispiel für Module interessant, die an Standorten mit hohen Schneelasten eingesetzt werden sollen.

EVA-Vernetzungs- und Ripp-off-Test: Diese Tests prüfen die Lamination des Moduls. Durch die Lamination hält die EVA-Folie, die die Zellen einbettet, das Modul zusammen und schützt es vor dem Eindringen von Feuchtigkeit. Beim EVA-Vernetzungtest wird das Modul zerschnitten und der Vernetzungsgrad der Folie analysiert. Ist er zu niedrig, kann Feuchtigkeit eindringen, ist er zu hoch, wird die Folie zu spröde. Beim Rip-off-Test wird ein Stück Rückseitenfolie und EVA-Folie abgezogen und die Kraft bestimmt. Das gibt an, wie gut das Modul zusammenhaftet. Bei beiden Tests muss bedacht werden, dass Vernetzung und Haftung unter Umständen nicht über das gesamte Modul gleich gut sind.

PID-Test: Es ist möglich, potenzialinduzierte Degradation (PID) an neuen Modulen im Labor hervorzurufen. Daraus wurden verschiedene Tests entwickelt. Bisher gibt es aber noch keine einheitlichen oder genormten Tests, und es ist auch unklar, wie sich die Testergebnisse auf die Praxis übertragen lassen (siehe Seite 59).

Dignoseverfahren

Flashertest zur Leistungsbestimmung: Die Genauigkeit dieser Messungen ist ein großes und umfangreiches Thema und hängt unter anderem von der Lichtquelle ab (Xenon-Gasentladungslampen oder LEDs). Die Genauigkeit liegt in Prüflaboren bei ungefähr zwei Prozent. Das hört sich nach einer exakten Messung an, ist aber für die Planung einer Anlage sehr nachteilig, da bei zwei Prozent weniger Leistung als gedacht die Einnahmen um zwei Prozent sinken. Der Gewinn sinkt deutlich stärker. Weitere Tücken liegen darin, dass die Leistung nicht linear zur Einstrahlung ist (siehe Seite 45).

Elektrolumineszenzuntersuchung: Bei der Elektrolumineszenz (EL)-Untersuchung wird eine Spannung an die Zellen angelegt. Dadurch dreht sich das Funktionsprinzip um. Dort, wo die Solarzelle funktioniert, sendet sie Licht aus. Dadurch macht die EL Mikrorisse und Fehler in der Verlötung der Zellverbinder und Zellfinger sichtbar Die Ergebnisse eines EL-Bildes richtig zu bewerten und daraus korrekte Rückschlüsse auf das zukünftige Verhalten eines Moduls zu ziehen, ist auch für Experten nicht einfach. Einen umfassenden Fehlerkatalog mit einer Bewertung von UL International Germany finden Sie in pv magazine Juni 2013 ab Seite 118.

Thermografie: Die Thermografiemessung macht Stellen mit erhöhten Temperaturen an Solarmodulen sichtbar. Solche Stellen deuten in der Regel auf einen erhöhten Widerstand im Modul hin. Ursache können einerseits Verschmutzung oder Verschattung sein, andererseits Fehler in der Produktion, wie zum Beispiel Hotspots oder Lötfehler. Thermografiebilder zeigen zudem, wenn Module, zum Beispiel durch eine falsche Verschaltung oder kaputte Dioden, komplett ausfallen.

Marktkontrolle mit PV+Test

Die Module auf dem Markt unterscheiden sich unter Umständen von denen, die zertifiziert wurden. PV+Test ist von TÜV Rheinland und Solarpraxis, die pv magazine herausgibt, entwickelt worden, um die am Markt verkauften Module zu prüfen. Die Module werden auf dem Markt eingekauft, verschärften Klimakammertests, einem PID-Test und Leistungsmessungen unterzogen (siehe www.pv-magazine.de/modultest).

Produktionsaudits (Chargenkontrolle)

Es gib nur eine Möglichkeit zu kontrollieren, ob ein Hersteller die versprochenen Materialien einsetzt und seine Produktionsprozesse im Griff hat: hingehen. Das geschieht bei den Audits, die den gesamten Produktionsprozess von bestimmten Chargen oder auch projektbezogenen Lieferungen für Kunden umfassen.

Diverse Kompomenten eines PV-Moduls müssen vor ihrer Verarbeitung außerdem in einer bestimmten Art und Weise gelagert werden. Auch gibt es Komponenten wie die EVA-Folie, die einer Alterung unterliegen und nach gewissen Lagerzeiten nicht mehr verarbeitet werden können. Diese fachgerechte Lagerung wird im Rahmen von gewissenhaften Audits überprüft.

Kontrolle des Transport

Es ist ein großes Streitthema, wo Zellbrüche und Mikrorisse entstanden sind, die fast bei allen Modulen zu finden sind. Oft entstehen sie beim Transport. Daher muss man bei den Lieferungen die Regularien der Speditionen beziehungsweise deren Speditionsversicherungen beachten – hier gilt es, die Regeln für Mangelanzeigen und die entsprechenden Fristen exakt einzuhalten. Gerade die Nachweisführung zum Auffinden versteckter Mängel wie Zellbrüchen auf dem Transport muss auf diese Regeln angepasst werden, dies muss auch den Beziehern von kleineren Modulmengen bewusst sein.

Mittlerweile bieten auch einige Unternehmen Prüfprogramme zur Vermeidung und Aufdeckung von Transportschäden an. Hier werden dann zum Beispiel Qualitätsprozesse in der Produktion und auch die Verpackung der Module geprüft. Hinzu kommt ein regelmäßiges Transportmonitoring mittels Sensoren und eine technische Kontrolle einschließlich repräsentativer Stichprobenmessungen der gelieferten Produkte. Käufer können damit identifizieren, ob vor oder während des Transports Zellen oder Module beschädigt wurden. Damit wird es im Schadensfall leichter, die Ursache zu finden und Ersatzansprüche geltend zu machen. Solche Programme haben allerdings auch ihren Preis. Käufer sollten daher das Kosten-Nutzen-Verhältnis genau abwägen.

DB Schenker PV Chain, das vom Transportunternehmen DB Schenker zusammen mit dem Prüfinstitut TÜV Rheinland entwickelt wurde, bietet solche Prüfungen an. Hier wird besonders auf eine durchgängige Kontrolle entlang der gesamten Lieferkette geachtet. Das heißt, die Prüfung beginnt schon während der Produktion mittels regelmäßiger Produktionsaudits und endet bei der Übergabe auf der Baustelle oder im Lager des Installateurs. Für den eigentlichen Transport werden für jeden Modultyp individuell angepasste Verpackungen verwendet.

Um bei Transportschäden Ersatzforderungen durchsetzen zu können, sollte sowohl mit dem Hersteller als auch mit dem Transportunternehmen klar geregelt sein, welche Qualitätschecks gemacht werden, wie die Ergebnisse von den Parteien interpretiert werden und welche Ersatzforderungen gegebenenfalls gestellt werden können. Insbesondere bei Elektrolumineszenzaufnahmen ist der Interpretationsspielraum groß. Um hier Klarheit zu schaffen, verwendet DB Schenker den Katalog für Fehlerbilder bei Elektrolumineszenzaufnahmen des TÜV Rheinland.

Wareneingangskontrollen

In diesem Bereich unterschieden sich die Kontrollen bei fortlaufenden Handelsbeziehungen deutlich von den projektbezogenen Kontrollen. Bei langfristigen Lieferbeziehungen und auch bei der Lieferantenqualifikation für größere Projekte mit längeren Lieferzeiträumen sind zur Erlangung eines besseren Gesamtbildes umfangreiche und über längere Zeiträume laufende Labortests sehr sinnvoll, sofern sichergestellt wird, dass die Labormuster in ihren Spezifikationen hinsichtlich der BOM mit den gelieferten Produkten übereinstimmen, was wiederum durch Fertigungs- und Lieferüberprüfungen erfolgen muss.

Bei direkt importierenden Installateuren oder Systemintegratoren gibt es eine große Bandbreite, einige haben keine Eingangskontrolle, andere reine Sichtkontrollen und wieder andere führen in eigenen Laboren richtige Tests durch.

Wenn Module wiederum gezielt für einzelne Projekte eingekauft werden, ist es in Regel nötig, sehr schnell einen möglichst breiten Überblick über den Zustand der angelieferten Ware zu erhalten. Dies geschieht in zunehmenden Umfang mittels mobiler (Teil-)Labore, die zum Beispiel die Leistung messen und Elektrolumineszenzbilder aufnehmen können. Parallel werden oft Untersuchungen in stationären Labors gemacht, um Prüfungen direkt in der Produktion oder vor dem Versand zu ergänzen. Auch im Projektbereich variiert die Bandbreite der angewandten Prüfungen sehr.

Bei den mobilen Geräten muss man bedenken, dass es sehr große Unterschiede in der Genauigkeit der Leistungsmessung gibt. Das hängt unter anderem davon ab, wie gut die Lichtquelle, mit der die Leistung getestet wird, dem Sonnenlichtspektrum entspricht. Es gibt mobile Flasher, die die gleichen Xenon-Blitzlampen nutzen wie Prüflabore, andere nutzen als Lichtquelle LEDs, bei denen es wiederum unterschiedliche Qualitäten gibt, was in unterschiedlichen Messgenauigkeiten resultiert. Man sollte daher im Vertrag zwischen Hersteller und Modulkäufer spezifizieren, wie die Qualität kontrolliert wird, um nicht über die Interpretationen ins Streiten zu kommen.

Kasten: Normen und Zertifikate

Die CE-Kennzeichnung ist verpflichtend für Module, die in Europa zum Einsatz kommen. Sie gilt auch als „Reisepass“ für den europäischen Binnenmarkt. Als Qualitätsnachweis für die Serienproduktion ist die CE-Kennzeichnung aber nur sehr eingeschränkt oder nicht geeignet, da die Ansprüche der entsprechenden Zertifizierung nur sehr gering sind. Außerdem ist sie eine Selbsterklärung des Herstellers.

Als Qualitätsnachweise werden in der Branche in der Regel die im Folgenden beschriebenen Zertifikate und die zugehörigen Normen verwendet.

  • IEC 61215: Prüfung von terrestrischen kristallinen Silizium-Photovoltaikmodulen – Bauarteignung und Bauartzulassung
  • IEC 61646: Prüfung von terrestrischen Dünnschicht-Photovoltaikmodulen – Bauarteignung und Bauartzulassung
  • IEC 62108: Konzentrierende Photovoltaikmodule – Bauarteignung und Bauartzulassung
  • IEC 61730: Sicherheitszertifizierung von Photovoltaikmodulen

Eine weitere relevante Norm ist die DIN EN 50380: Datenblatt- und Typenschildangaben von Photovoltaikmodulen. Hier werden Ansprüche an die Dokumentation in den Datenblättern und Typenschildern von Solarmodulen formuliert.