ZSW entwickelt Extremtest für PID-Beständigkeit von Solarmodulen

Bei kristallinen Solarmodulen kann sich im bei Spannungsunterschieden zwischen den Solarzellen und dem geerdeten Rahmen der Wirkungsgrad verschlechtern. Viele Photovoltaik-Hersteller hätten ihre Solarmodule gegen diese potenzialinduzierte Degradation (PID) unempfindlich gemacht, allerdings bedeute die derzeitige Steigerung der Systemspannung von 1000 bis 1500 Volt neue Herausforderungen für die Beständigkeit. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat daher einen Extremtest entwickelt, der über die Standardprüfung hinausgeht und präzisere Aussagen über die Widerstandsfähigkeit der Solarmodule geben kann. Dabei werde eine jahrzehntelange Betriebsdauer simuliert. Das Ergebnis zeige, dass Solarmodule mit bestimmten Einbettmaterialien als PID-Schutz praktisch auch nach 60 Jahren im Betrieb keine Leistung werden PID verlieren, wie die Wissenschaftler am Montag erklärten. Die Einbettungsmaterialien seien daher der Schlüssel, die PID-Effekt bei den kristallinen Solarmodulen verlässlich zu verhindern.

Doch mit der Auslegung von Photovoltaik-Anlagen auf eine Systemspannung von 1500 Volt, musste der bisherige Test nach der Norm IEC TS 62804-1 – typischerweise bei angelegter Systemspannung von 1.000 Volt und Temperaturen 85 Grad Celsius über eine Dauer von 96 Stunden – weiterentwickelt werden. Im europäischen Forschungsprogramm „SolarEraNet“ sei dies zusammen von ZSW und den Unternehmen CS Wismar und Specialized Technology Resources España erfolgt. Es seien Module mit zwei verschiedenen Zelltypen getestet worden, eine PID-beständige und eine PID-anfälligere. Beide Zellen seien jeweils mit dem Einbettmaterial Standard-EVA (EVA-1), einem verbesserten, hoch resistiven EVA (EVA-2) und einem Polyolefin-Elastomer (POE) kombiniert worden.

Alle Modulvarianten hatten dem ZSW zufolge den bekannten Standard-PID-Test nach der IEC-Norm mit 1.500 Volt bestanden und jeweils noch mehr als 95 Prozent ihrer Anfangsleistung aufgewiesen. Auch eine Verlängerung des Tests auf 600 Stunden habe keine wesentlichen Wirkungsgradverschlechterungen gebracht. Nach Aussage der Stuttgarter Forscher waren differenzierte Aussagen über die PID-Beständigkeit mit dem Standardtest jedoch nicht möglich, so dass sie einen deutlich extremeren PID-Test durchführten. Er wirke auf die Solarmodule ein wie eine jahrzehntelange Betriebsdauer und liefere somit realistische Lebensdauerdaten bezüglich der PID-Empfindlichkeit. Die Prüfspannung sei dafür auf 2500 Volt erhöht worden und die Testdauer auf bis zu 1000 Stunden verlängert. Zusätzlich kontaktierten die Partner die Module im Test mit einer leitfähigen Metallfolie auf der Vorderseite.

Bei den Tests habe sich dann gezeigt, dass Module mit dem Einbettmaterial EVA-1 nach rechnerisch zwei Betriebsjahren im 1.500-Volt-System einen Leistungsabfall von bis zu rund fünf Prozent durch PID erleiden. Dabei seien bei dem „Worst Case“ keine potenziellen Erholungseffekte berücksichtigt worden. Module mit EVA-2 zeigten erst nach 22 Jahren einen Leistungsabfall bis zu fünf Prozent. Module mit POE würden selbst nach 60 Betriebsjahren praktisch keinerlei Anzeichen von PID zeigen, wie die ZSW-Forscher ermittelten.