Regenerative/Alternative Energien
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Elektrotechnik
Langzeitstabilität und Modul-Alterung im Test
ep8/2010, 3 Seiten
in der Regel auch garantiert wird. Photovoltaikmodule sind solche „Langzeit-Garantie-Produkte“, aber wohl nur deshalb, weil die Laufzeit der Subvention aus dem EEG ebenfalls bei 20 Jahren liegt und der Hersteller sicherstellen muss, dass in dieser Zeit die Photovoltaikanlage als lukrative Einnahmequelle ohne schadensbedingte Unterbrechung sprudelt. Aber sind die heute üblichen Garantiezeiten überhaupt realistisch? Das ist die erste Frage, die in diesem Kapitel beantwortet werden soll. Damit verbunden ist die Frage, was zu den normenkonformen Prüfungen zur Langzeitstabilität und Alterung von Modulen noch hinzukommen muss, um bedenkenlos eine so lange Garantiezeit einräumen zu können. Außerdem sollen das Testlabor Solab und das im Freien liegende Testfeld Widderstall vorgestellt werden, in denen die Mitarbeiter des MSA Normentests, aber auch nicht normenkonforme Prüfungen durchführen können. Hersteller in der Pflicht „Es ist ja nicht besonders schwer, eine Modulproduktion aufzubauen“, erläutert Dieter Geyer das Engagement vieler kleiner „Garagenfirmen“. „Sie kaufen sich das Equipment zusammen, kaufen Zellen, Glas, Folien und alles, was sonst noch so dazu gehört. Sie stellen dann die notwendigen Leute ein, schulen sie - und schon kann die Anlage in Betrieb gehen.“ Die irgendwann fällige Zertifizierung eines Moduls dürfe auch nicht allzu schwierig sein, wenn gutes Material verarbeitet werde, fährt Geyer fort. „Das Problem beginnt, wenn die ersten Module auf dem Dach des Kunden nach fünf oder zehn Jahren ihren Geist aufgeben, weil das verarbeitete Material bereits das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat,und der Unternehmer - weil er 20 Jahre Garantie gegeben hat - kostenlos Ersatz liefern muss. Das kann dann unter Umständen schnell in einem finanziellen Desaster enden.“ AUS DER PRAXIS Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 8 685 Langzeitstabilität und Modul-Alterung im Test Das Testlabor Solab des ZSW in Stuttgart bietet spezialisiertes Know-how im Bereich der Dünnschichttechnologien. Hier und im Außen-Testfeld Widderstall werden Solarmodule normenkonformen Tests unterzogen. Zum Dienstleistungsangebot zählen aber auch Prüfungen mit Werten, die über den Rahmen der Norm hinausgehen. Normen allein reichen nicht „Unser Modul erfüllt die Norm, also können wir auch 20 Jahre Garantie geben.“ Diese Überzeugung sei immer noch anzutreffen, sagt Dipl.-Ing. Dieter Geyer vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden Württemberg (ZSW). Besonders kleinere Hersteller, die über kein eigenes Testlabor verfügen und keine regelmäßigen Prüfungen vornehmen, hingen diesem Glauben an. „Sie denken“, so Geyer weiter, „ihr Produkt ist jetzt einmal erfolgreich beim TÜV durchgekommen, jetzt kann ihnen nichts mehr passieren. Aber das ist ein Irrtum. Das TÜV-Zertifikat bescheinigt nämlich lediglich, dass das vorgelegte Modul nach den einschlägigen Normen getestet wurde und die vorgesehenen Prüfungen bestanden hat. Es sagt aber nichts über die Langzeitstabilität und das Alterungsverhalten aus.“ Langzeitstabilität und Alterungsverhalten von Modulen sind Themen, mit denen sich Dieter Geyer und seine Kollegen (Bild ) im Fachgebiet „Photovoltaik: Module Systeme Anwendungen“ (MSA) des ZSW beschäftigen (Tafel ). Langzeit-Garantie-Produkte Es gibt sicher nur wenige Alltagsprodukte, von denen über einen Zeitraum von mehr als 20 Jahren die volle Leistungsfähigkeit erwartet und von den Herstellern Das Team des Fachgebiets MSA v.l.n.r.: Martin Kreutzer, Günther Reichert, Dieter Geyer, Hans-Dieter Mohring, Olaf Schanz und Dirk Stellbogen Fotos: ZSW Konzipiert für die Anforderungen moderner Gebäude kann das System bis zu 1.200 Verbraucher steuern. Egal zu welcher Jahreszeit - die WAREMA climatronic® reduziert den Energieverbrauch und schafft ein Wohlfühlambiente. www.warema.de/climatronic Sonne. Licht. WAREMA WAREMA climatronic® steuert mehr als Licht und Schatten Tafel Arbeitsfelder des Fachgebiets „Photovoltaik: Module Systeme Anwendungen“ (MSA) sowie Ziele des Arbeitsfeldes „Modul- und Anlagencharakterisierung“ Arbeitsfelder Modultechnologie des Fachgebiets · Entwicklung von Modultestverfahren MSA · Arbeiten im Bereich Spezialmodule Systemtechnik · Gebäudeintegration · Ertrags-und Anlagengutachten · Netzgekoppelte PV-Batteriesysteme Modul- und Anlagencharakterisierung · Indoor im Dünnschichttestlabor (Solab) · Outdoor im Solartestfeld Widderstall Ziele des · Charakterisierung von Langzeitstabilität Arbeitsfeldes bzw. Alterung „Modul- und Anlagen- · Leistungsbestimmung bei Standard Testbecharakterisierung“ dingungen (STC) · Energieertragsbestimmung an gegebenem Standort · Parameterbestimmung zur Voraussage des Energieertrags für beliebigen Standort AUS DER PRAXIS Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 8 686 Der mögliche Einwand, man könne ja bei den Lieferanten der fehlerhaften Komponente Regressansprüche geltend machen, führt nicht unbedingt weiter, denn die Garantieansprüche werden erst einmal gegen Modulhersteller geltend gemacht. Das Risiko des Herstellers ist also größer als das des Material- oder Komponentenlieferanten; er kann in der Regel nicht einfach defekte Zellen oder marode Folien auswechseln, sondern muss neue Module liefern. Wenn Hersteller für Solarmodule eine Lebensdauer von 20 oder mehr Jahren garantieren, geschieht das meist ausschließlich im Vertrauen auf die entsprechende Norm mit ihren Lebensdauersimulationen und Verfahren zur Beschleunigung der Alterung der Module. Die in den Normen vorgesehenen Prüfungen sind aber immer nur eine Moment-und Detailaufnahme. Schon die nächsten Module können fehlerhaft sein, wenn beispielsweise einige der verwendeten Materialien oder Komponenten nicht mehr die vom Lieferanten ursprünglich zugesagten Eigenschaften besitzen. Dann ist das Zertifikat Makulatur. Kleinere Unternehmen ohne ein eigenes Prüflabor und ohne Qualitätssicherungsmaßnahmen werden solche Fehler kaum bemerken. Die Folge: Die Qualität des Moduls sinkt und mit ihr die Langzeitstabilität, die man dem Kunden mit dem Garantieversprechen zugesichert hat. Dazu Dieter Geyer: „Ich denke, da ist eine zehnjährige Garantielaufzeit schon realistischer als eine von 20 Jahren.“ Große Hersteller sind häufig in einer besseren Position. Sie haben meistens nicht nur das dickere Finanzpolster und können deshalb für den Fall von Garantieleistungen Rücklagen bilden, sondern führen in der Regel auch aufwendige Qualitätssicherungsmaßnahmen durch und leisten sich ein eigenes Prüflabor, um ihr Risiko zu minimieren. So überprüfen sie beispielsweise das von Fremdfirmen eingehende Material und können schon damit weitgehend sicherstellen, dass ihre Module die in der Garantie zugesagte Lebensdauer erreichen. Beschleunigte Alterung im Labor „Bei uns konzentriert sich die Prüfung von Langzeitstabilität und Alterung auf Dünnschichtmodule. Dafür und auch für andere Aufgaben haben wir ein Dünnschichttestlabor, unser Solab, und ein Solartestfeld mit dem Namen Widderstall eingerichtet“, erläutert Geyer. Damit habe man die Möglichkeit, sowohl Indoorals auch Outdoorvermessungen von Modulen durchzuführen. „Beide Einrichtungen ergänzen sich ideal“, so Geyer weiter, „denn Indoortests sind zwar unerlässlich, sie allein aber sagen nichts über das spätere Modulverhalten im Freien aus.“ Die Prüfungen, die die Mitarbeiter des Fachgebiets MSA in ihrem Testlabor Solab durchführen können, decken sich mit denen, die in den Modulnormen beschrieben sind, also Temperaturwechsel-, Feuchte-Frost- und Feuchte-Wärme-Prüfung sowie Prüfung mit UV-Beleuchtung, durch Belastung mit Strom oder Spannung durch mechanische Belastung (Tafel ). Aber anders als in den Labors der akkreditierten Zertifizierer, wo es der kommerzielle Betrieb kaum zulässt, über die in den Normen vorgesehenen Belastungen hinauszugehen, können im Solab auch Prüfungen mit erhöhten Einzelbelastungen durchgeführt werden, um eine Alterung des Moduls zu beschleunigen. Ein Unternehmen könnte also beispielsweise den Auftrag geben, ihr Modul im Rahmen der Feuchte-Wärme-Prüfung mit 90 °C testen zu lassen statt mit dem Normenwert von 85 °C. Doch nicht nur erhöhte, sondern auch kombinierte Einzelbelastungen gehören zum Dienstleistungsangebot des Labors, so beispielsweise die Belastung eines Moduls in der Klimakammer durch Strom und Spannung gleichzeitig. „Das ist eine Kombination, die sich als recht ergiebig erwiesen hat“, freut sich Geyer. Eine weitere vielversprechende Möglichkeit sei die Kombination von Hochspannung und Feuchte-Wärme-Prüfung in der Klimakammer,wobei man dann 1000 V ans Modul lege. Neben den Prüfungen mit erhöhten Einzelbelastungen und kombinierten Belastungen sind spezielle Tests für flexible Module ein weiteres Beschäftigungsfeld der MSA-Mitarbeiter. Denn beim Glasmodul ist alles starr und steif; wenn es überfordert wird, bricht es. Bei den flexiblen Modulen hingegen gibt es nichts, was das Ganze in Form hält. Sie lassen sich dehnen und rollen; beim Verlegen werden sie in Position gezogen. Da aber das Halbleitermaterial äußerst spröde ist, sind bei solchen Belastungen viele kleine Risse zu erwarten. Das heißt, schlechtes Handling bei der Montage, aber auch Wärmeschwankungen können zu Schäden an der Zelle und zu großen Leistungsverlusten führen. Da scheint es natürlich geboten, die bestehenden Modulnormen dahin gehend zu erweitern, dass auch die speziellen Belastungen bei flexiblen Modulen berücksichtigt werden. Bisher ist das leider noch nicht der Fall. Für erfolgreiches Arbeiten im Labor ist eine entsprechende Ausstattung (Tafel , Bilder bis ) unerlässlich. Und so ist auch das Solab, seinen Ansprüchen folgend, bestens versorgt. Beispielsweise stehen für die Klimatests und die beschleunigten Alterungstests zwei Klimaschrän-Tafel Normenprüfungen im Testlabor Solab Prüfungen, die für die Langzeitstabilität von Dünnschichtsolarmodulen von Bedeutung sind, finden sich in der DIN EN 61646 „Terrestrische Dünnschicht-Photovoltaik- (PV-)Module - Bauarteignung und Bauartzulassung“. Diese Norm besteht aus mehreren Einzeltests, die größtenteils auch in der DIN EN 61215 „Terrestrische Photovoltaik- (PV-)Module mit Silizium-Solarzellen - Bauarteignung und Bauartzulassung“ enthalten sind. Die folgenden lassen sich im Testlabor Solab des ZSW durchführen: Feuchte-Wärme-Prüfung (Damp Heat) Temperaturwechselprüfung (Thermal Cycling) Feuchte-Frost-Prüfung (Humidity Freeze) UV-Prüfung (UV Exposure) Isolationsprüfung (Insulation) Kriechstromprüfung unter Benässung (Wet Leakage Current) mechanische Belastungsprüfung (Mechanical Load) Stabilitätsuntersuchungen können sowohl an kompletten Solarmodulen (unverkapselt und verkapselt) als auch an Einzelschichten durchgeführt werden. Darüber hinaus bietet das MSA weitere Messungen wie Rasterelektronenmikroskopie oder Oberflächenanalyse, um den Einfluss der beschleunigten Alterungstests noch genauer zu untersuchen. Lichttisch zur optischen und thermischen Vorbehandlung von Modulen Klimaschränke für Klimatests und beschleunigte Alterungstests Dünnschicht-Solarmodule in der Klimakammer ke zur Verfügung. Der eine wird standardmäßig für die Feuchte-Wärme-Prüfung verwendet und ist das ganze Jahr hindurch in Betrieb. Der zweite ist für die Temperaturwechsel- und Feuchte-Frost-Prüfung vorgesehen. Bei der UV-Prüfung kommt ein Strahler mit einer Fe-dotierten Metallhalogenid-Lampe zum Einsatz, mit der sich Solarmodule und Einzelschichten über mehrere Tage hinweg bestrahlen lassen. Anschließend wird die Veränderung der optischen und elektrischen Schichteigenschaften untersucht. Beschleunigte Alterungstests im Freifeld Qualität, Lebensdauer und Effizienz von Photovoltaikanlagen hängen von vielen Faktoren ab. Sie zu untersuchen, erfordert Messungen, die im Freien durchgeführt werden müssen, da sie nur dann zu optimalen Ergebnissen führen können. Deshalb hat das ZSW auf der Schwäbischen Alb das Testfeld Widderstall aufgebaut, das zu den größten Anlagen dieser Art in Europa zählt. Für beschleunigte Alterungstests wurde ein zweiachsig nachgeführter Solar-Tracker installiert (Bild ). Durch vier große Spiegel konzentriert er das Sonnenlicht in der Modulebene um den Faktor drei und erreicht damit eine 3-fache Einstrahlung. W. Wilming Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 8 Fachzeitschrift für die Elektrofachkräfte in Handwerk und Industrie www.elektropraktiker.de HUSS-MEDIEN Gmb H Ein Unternehmen der Huss-Verlagsgruppe Berlin · München Postanschrift: 10400 Berlin Hausanschrift: Am Friedrichshain 22 10407 Berlin Telefon: 030 42151-0 Telefax: 030 42151-251 Herausgeber: Dipl.-Ing. (FH) Christoph Huss Redaktion: E-Mail: redaktion@elektropraktiker.de Dipl.-Ing. Rüdiger Tuzinski, verantwortlich Chefredakteur Telefon: 030 42151-304 Dipl.-Ökon. Marion Buchheister stellv. Chefredakteurin Telefon: 030 42151-397 Dipl.-Ing. (FH) René Drescher Telefon: 030 42151-359 Dipl.-Ing. (FH) Holger Kötzsch Telefon: 030 42151-418 Dipl.-Ing. (FH) Sascha Richter Telefon: 030 42151-236 Stefan Winterfeldt, M. A. Telefon: 030 42151-248 Lana Geißler, Sekretariat Telefon: 030 42151-378 Ständige Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Hein Elster Dipl.-Ing. (FH) Heino Hackbarth Beirat: Dipl.-Ing. Klaus Bödeker, Fachautor Dr.-Ing. Manfred Hegner, Fachautor Elektromeister Ralf Keller, LIV Sachsen Dr.-Ing. Horst Möbus, Unternehmensberater Obering. Dipl.-Ing. Rolf Müller, Fachautor Dr.-Ing. Jens Jühling, BG ETEM Elektromeister Ing. Hans-Joachim Slischka, Fachautor Norbert Wittke, Vertreter der VEG Anzeigen: E-Mail: media@elektropraktiker.de Torsten Ernst, verantwortlich Objektleitung Telefon: 030 42151-262 Telefax: 030 42151-293 Monika Fleischer, Anzeigenverwaltung Telefon: 030 42151-259 Stephan Köhn Telefon: 030 42151-402 Angelika Baldau Telefon: 030 42151-420 Monika Heindl Telefon: 030 42151-682 Es gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 20 vom 1.1.2009 Vertrieb: E-Mail: ep.vertrieb@hussberlin.de Olaf Weinert Telefon: 030 42151-274 Telefax: 030 42151-232 Leserservice: E-Mail: abo@elektropraktiker.de Sandra Pirl Telefon: 030 42151-404 Telefax: 030 42151-232 Erscheinungsweise: monatlich Bezugshinweise: · Jahresabonnement Inland: 64,20 (inkl. Mehrwertsteuer, zzgl. 9,60 Porto- und Versandkosten); ep PLUS -Paket: zzgl. 34,20 · Jahresabonnement Ausland: 87,- (inkl. Porto-und Versandkosten) · Einzelheft: 7,50 (inkl. 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ISSN 0013-5569 Impressum 687 Fortsetzung Untersuchungen im Freifeld Leistungsbestimmung unter Standard-Testbedingungen Energieertragsbestimmung an gegebenem Standort Parameterbestimmung zur Voraussage des Energieertrags für beliebigen Standort Tafel Ausstattung des Testlabors Solab Das Testlabor Solab bietet spezialisiertes Know-how insbesondere im Bereich der Dünnschichttechnologie. Die technische Ausrüstung genügt allen Ansprüchen: Sichtprüfung vor und nach Tests gemaß DIN EN 61215 und DIN EN 61646 und bei kundenspezifischen Versuchen Klimakammer für statische Langzeittests: Temperaturbereich von +20 °C bis +95 °C; 10 % bis 95 % rel. Feuchte Klimakammer für die Kombination von dynamischen klimatischen Belastungen, Vorwärtsbestromung und elektrischer Hochspannung: 50 °C bis +100 °C, 10 % bis 95 % rel. Feuchte, Hochspannung bis 15 kV, AC bis 250 Veff , DC bis 80 V/9,5 A Teststand zur Konditionierung von Dünnschicht-Solarmodulen vor der Kennlinienmessung mit Hilfe von Leuchtstofflampen Teststand zur optischen und thermischen Vorbehandlung (Light-Soaking) von Dünnschicht-Solarmodulen Sonnensimulator zur Bestimmung der charakteristischen Modulparameter vor und nach Stresstests: Klasse AAA; Moduldiagonale max. 3,4 m; multiflash-fähig HV-Impulsgenerator für Hochspannungstests bis 12,5 kV UV-Alterungsprüfstand für Module bis 2,4 m x 2,8 m mechanische Belastungsprüfung (Druck- und Zugtests) für Module bis 2,2 m x 2,6 m IR-Kamera für Rückstromtests Elektrolumineszenz-Messungen OBIC-Messplatz zur ortsaufgelösten Defekt-Charakterisierung Zweiachsig nachgeführter Solar-Tracker mit vier großen Spiegeln auf dem Testfeld Widderstall
Autor
- W. Wilming
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