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Extremtest zur PID-Lebensdauer

Herkömmliche Module sind gegen die potenzialinduzierte Degradation (PID) unempfindlich. Mit der aktuellen Steigerung der Systemspannung von 1 000 auf 1 500 V stellt sich jedoch die Frage nach der PID-Beständigkeit neu. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat jetzt einen Extremtest dazu entwickelt.

Blick ins ZSW-Modultestlabor Solab, in dem Solarmodule dem neuen Extremtest auf PID-Beständigkeit unterworfen werden. Bild: ZSW, Alexander Fischer

 

Bei Photovoltaikmodulen kann sich im Fall eines Spannungsunterschiedes zwischen den Solarzellen und dem geerdeten Rahmen der Wirkungsgrad verschlechtern. Herkömmliche Module werden inzwischen gegen dieses Phänomen, der sogenannten potenzialinduzierten Degradation (PID), unempfindlich gemacht.
Seit mehr als zehn Jahren ist bekannt, dass PID prinzipiell bei allen Siliziumsolarzellen auftreten kann. Vor allem Einbettmaterialien verhindern den teilweise reversiblen PID-Effekt inzwischen verlässlich. Testergebnisse von Modulen aus heutiger Produktion bestätigen dies. Die Prüfungen erfolgen gemäß der Norm IEC TS 62804-1, typischerweise bei angelegter Systemspannung von 1 000 V und Temperatur 85 °C über eine Dauer von 96 Stunden.
Seit wenigen Jahren werden jedoch immer mehr Solarmodule und Wechselrichter auf die Systemspannung 1 500 V ausgelegt. Die Vorteile sind ein geringerer Materialaufwand, niedrigere Kosten und mehr Leistung. Besonders Eigentümer von Solarparks und gewerblichen Dachanlagen setzen auf diese Technologie. Die Prüfung der PID-Beständigkeit steht daher erneut auf der Tagesordnung.

Der Versuchsaufbau
Das ZSW hat nun in einem Projekt einen Extremtest entwickelt, der über die Standardprüfung hinausgeht und präzisere Aussagen über die Widerstandsfähigkeit der Solarmodule geben soll. Die Ergebnisse der Belastungsprüfungen simulieren eine jahrzehntelange Betriebsdauer. Getestet wurden Module mit zwei Typen von Zellen, eine PID-beständige und eine etwas PID-anfälligere Variante. Beide Zellen wurden einmal mit dem Einbettmaterial Standard-EVA (EVA-1), einmal mit einem verbesserten, hoch resistiven EVA (EVA-2) und schließlich mit einem Polyolefin-Elastomer (POE) kombiniert.

Die Ergebnisse
Die Ergebnisse: Module mit dem Einbettmaterial EVA-1 erleiden nach rechnerisch zwei Betriebsjahren im 1 500-V-System einen Leistungsabfall von bis zu rund fünf Prozent durch PID. Die Wissenschaftler sind von dem „Worst Case“ ausgegangen und haben Erholungseffekte nicht berücksichtigt. Module mit EVA-2 verhalten sich besser, erst nach 22 Jahren beträgt der Leistungsabfall bis zu fünf Prozent. Module mit POE würden selbst nach 60 Betriebsjahren praktisch keinerlei Anzeichen von PID zeigen, so die ZSW-Berechnungen. „Mit unserem neuen Test können wir künftig präziser als bisher die PID-Beständigkeit ermitteln“, sagt Peter Lechner, der Leiter des ZSW-Photovoltaik-Testlabors Solab. „Das Einbettmaterial der Solarmodule hat einen großen Einfluss auf die PID-Beständigkeit. Module mit POE sind hier absolut stabil.“

 


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