Während der PHOTON-Schnelltest vor allem die Schwächen eines Modultyps hinsichtlich Produktionsfehlern aufdeckt, soll der ergänzende Lebensdauertest eine noch bessere Einschätzung der zu erwartenden Betriebsdauer erlauben.
Modulhersteller gewähren heute Leistungsgarantien über 20, 25 und sogar 30 Jahre. Manche versprechen gar eine Nutzungsdauer von 40 bis 50 Jahren. Für die Kalkulation der Stromgestehungskosten macht es einen enormen Unterschied, wie realistisch solche Angaben sind.
Eine Testsequenz, die Aussagen zur Lebensdauer zulässt, wurde im Forschungsprojekt »PV-Zuverlässigkeit« entwickelt, an dem sich der PHOTON-Lebensdauertest orientiert. Die grundlegende Idee besteht darin, dass alle in der Praxis auftretenden Belastungen an ein und dem selben Modul immer und immer wieder ausgeführt werden – bis sich eine Leistungsabnahme zeigt. Je später ein Modul einknickt, desto länger wird es auch im realen Betrieb durchhalten.
Für den Test werden zwei Exemplare aus dem Schnelltest verwendet, und zwar die des ersten und zweiten Teststrangs. Der Test wird also nur mit Modulen durchgeführt, welche die mechanischen Belastungen des Rütteltests und Anschlussdosentest überstanden haben.
Ablauf des PHOTON-Lebensdauertests
Die Module durchlaufen folgende Testzyklen:
Zyklus 1:
- Damp Heat: 1.000 Stunden
- Hageltest
- UV: 15 kWh/m2
- Temperaturzyklen: 100
- Mechanische Belastung: 5.400 Pa (Simulation für heftige Schneelast)
- Charakterisierung: IU-Kennlinie / Elektrolumineszenz / Isolationsprüfung
Zyklus 2 bis 4:
- Damp Heat: 500 Stunden
- UV: 15 kWh/m2
- Temperaturzyklen: 100
- Mechanische Belastung: 5.400 Pa
- Charakterisierung: IU-Kennlinie / Elektrolumineszenz / Isolationsprüfung
Nach dem vierten Zyklus wird zusätzlich ein Hot-Spot-Test durchgeführt.
Untersuchungen im PV-Zuverlässigkeits-Projekt haben gezeigt, dass sich nach 20 Jahren ein Feuchteniveau zwischen 35 und 55 Prozent in einem Modul einstellt. Der erste Zyklus sorgt deshalb durch 1.000 Stunden feuchter Hitze (»Damp Heat«) für ein entsprechendes Feuchteniveau im Modul. Wasser ist ein wichtiger Reaktionspartner, der zu Alterungserscheinungen führt. Deshalb wird das Modul im Anschluss in drei weiteren Zyklen mit jeweils weiteren 500 Stunden »Damp Heat« belastet. Zum Vergleich: In der IEC 61215 sind insgesamt lediglich 1.000 Stunden Damp Heat vorgesehen.
Die Testexemplare werden zusätzlich UV-Strahlung ausgesetzt. UV-absorbierende Zusätze sind eine der teuersten Komponenten des Einkapselungsmaterials EVA, sie werden deshalb aus Kostengründen von Modulherstellern gern auf ein Minimum reduziert. Die Zusätze werden jedoch durch UV-Belastung mit der Zeit deaktiviert und sind irgendwann verbraucht. Je mehr UV-Absorber das Einkapselungsmaterial enthält, desto länger hält das Modul.
Die Temperaturzyklen schließlich sorgen für die thermo-mechanische Belastung des Materials. Jedes Solarmodul ist aus mehreren Schichten wie Rückseitenfolie oder Rückseitenglas, Einbettungsmaterial, Zellen und Frontglas aufgebaut, die jeweils unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten haben. Wird beispielsweise das Einbettungsmaterial zu knapp bemessen, erfahren die Zellen eine erhöhte Belastung und können reißen.
Der außerdem durchgeführte Test mit einer mechanischen Belastung von 5.400 Pascal – das entspricht einem Druck von rund 540 Kilogramm je Quadratmeter – simuliert hohe Schneelasten, wie sie in alpinen Regionen vorkommen.
Nach jedem Zyklus wird die Strom-Spannungslinie aufgenommen und eine Elektrolumineszenzaufnahme gemacht. Am Ende wird zusätzlich ein Test auf Hot-Spots durchgeführt.
Kontakt
Für Fragen rund um die PHOTON-Modultests stehen wir gerne zur Verfügung.
Julio Magdalena de la Fuente
Telefon +49-241-4003-401
julio.magdalena@photon.info