Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben im vergangenen Jahr analysiert, wie es um die Stabilität von Topcon-, Perc- und Heterojunction-Solarzellen bei UV-Bestrahlung bestellt ist – und sind dabei zu dem Ergebnis gekommen, dass alle drei Zelltechnologien unter einer starken Verschlechterung der impliziten Spannung und damit der Effizienz leiden können. Erfahrungen aus der Praxis bestätigen dieses Ergebnis.
Ein guter Grund für die Wissenschaftler, die gängigen UV-Prüfverfahren für Topcon-Module auf ihre Aussagekraft zu untersuchen. Mit einem auf den ersten Blick überraschenden Ergebnis: Gängige UV-Tests können den Degradationseffekt deutlich überhöhen.
In solchen Labortests simulieren Experten die natürliche UV-Strahlung, denen Photovoltaik-Module in der Praxis ausgesetzt sind. Dabei erhöhen sie die Bestrahlungsintensität deutlich, um eine Beschleunigung der Alterung zu erreichen und so eine Prognose über langfristige Leistungsverluste abgeben zu können.
Aussagekräftige Ergebnisse nur mit Stabilisierung
Module müssen dem Fraunhofer ISE zufolge nach der Prüfung stabilisiert werden, um in den Tests zu Ergebnissen zu kommen, die einen stärkeren Bezug zur Degradation im Feld haben. Nur so können UV-empfindliche von weniger empfindlichen Modultypen unterschieden und vergleichbar bewertet werden. Als Grund dafür nennen die Wissenschaftler ein meta-stabiles Verhalten kommerzieller Topcon-Module. Dieses Verhalten hatte die Forscher dazu bewogen, das Prüfverfahren zu untersuchen und parallel zusätzliche Freilandtests durchzuführen.
„Viele Modultypen der aktuellen Generation kommerzieller Topcon-Photovoltaik-Module reagieren leider sensibel auf die Bestrahlung mit UV. Auch ‚Feldrückläufer‘ sowie Vergleiche zwischen labor- und freilandgealterten Modulen bestätigen dies. Jedoch scheint die Degradationsrate nicht so drastisch wie bisher angenommen“, fasst Daniel Philipp, Abteilungsleiter für Modulcharakterisierung und Zuverlässigkeit am Fraunhofer ISE, den aktuellen Kenntnisstand zusammen. „Anwendern empfehlen wir, Photovoltaik-Module entsprechend der neuesten Erkenntnisse zu prüfen.“ In der Forschung bleibe es notwendig, das Phänomen weiter zu analysieren, um die Langzeitauswirkungen der Sonneneinstrahlung auf den Ertrag der Module genauer vorherzusagen.
Grafik: Fraunhofer ISE
Erholungseffekt nach Dunkellagerung
Die Untersuchungen des Fraunhofer ISE Forschungsteams weisen darauf hin, dass die UV-Bestrahlung der Tests die Module derart destabilisiert, dass sie während einer Dunkellagerung nach der UV-Belastung stark an Effizienz verlieren. Eine anschließende Bestrahlung mit Sonnenlicht führt dagegen zu einem deutlichen Erholungseffekt. Freilandversuche auf dem Outdoor Performance Lab des Fraunhofer ISE sowie Analysen von Feldrückläufern im CalLab PV Modules des Instituts aus Anlagen mit Topcon-Modulen wiesen darauf hin, dass dieser Stabilisierungsprozess Degradationsmessungen liefert, die deutlich näher an den Werten liegen, die auch in der Praxis gemessen werden.
Einige Module zeigten nach der UV-Prüfung mit 60 Kilowattstunden pro Quadratmeter – was ungefähr der UV-Belastung von einem Jahr in Deutschland entspricht – und anschließender Stabilisierung unter Sonnenlicht kaum Degradation. Andere Module zeigten auch nach Stabilisierung noch deutliche Leistungsrückgänge von bis zu fünf Prozent. Insgesamt ist die Degradation jedoch deutlich weniger drastisch, als die Standard-UV-Tests es suggerieren, so das Fraunhofer ISE.
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