PHOTON-Schnelltest (Bronze-Standard)

Peel-TestDieser Test erlaubt eine schnelle, dabei aber durchaus aussagekräftige Einschätzung der Modulqualität. Er enthüllt Produktmängel und gibt einen Ausblick auf die zu erwartende Leistungsabnahme durch Degradationseffekte. Mit rund 6.000 6.000Euro ist er vergleichsweise preiswert und dauert (je nach Modultyp) lediglich vier bis sechs Wochen.

Es werden vier Exemplare des zu testenden Modultyps benötigt, wovon eines als Referenzexemplar dient. Bei Modulen mit PERC-Zellen wird ein weiteres Exemplar gebraucht, um auf die für diesen Modultyp spezifische PERC-Degradation zu testen.

Zu Beginn des Testzyklus werden alle Module vermessen. Es wird eine Strom-Spannungs-Kennlinie unter Standard-Test-Bedingungen (STC) aufgenommen und eine Elektrolumineszenzaufnahme erstellt. Die Leistungsmessung erfolgt in einem Sonnensimulator der Klasse AAA nach IEC 60904-1, die Genauigkeit der Messung beträgt plus/minus 2,5 Prozent.

 

Ablauf des PHOTON-Schnelltests

 

Nach der Charakterisierung wird ein Modul als Referenz beiseite gestellt, die übrigen drei (bei PERC-Modulen vier) durchlaufen unterschiedliche Testsequenzen (siehe Grafik).

 

Testsequenz Modul 1

Modul 1 durchläuft nach der Bestimmung der elektrischen Eigenschaften folgende Tests:

 

Test auf lichtinduzierte Degradation (LID)

LID TestDegradation bedeutet Leistungsabnahme und damit weniger Ertrag. Bei der durch Licht verursachten Leistungsabnahme (LID) können Module gleich zu Beginn ihrer Betriebsdauer mehrere Prozent ihrer Ursprungsleistung verlieren. Um die bis zur »stabilisierten« Leistung erfolgende Leistungsabnahme zu messen, dürfen die zu testenden Module deshalb nicht vorgealtert sein.

Die Stabilisierung erfolgt nach den Industriestandards IEC 61215-1-1-1:2016 und 2:2016. Das Modul wird hierbei mit einem Widerstand verbunden, der es nahe am MPP (Maximum Power Point) hält. Sodann erfolgt zweimal eine Belichtung mit fünf Kilowattstunden pro Quadratmeter. Zur Durchführung dieses Tests wird ein Solarsimulator Klasse C mit HQI-Lampen verwendet, die Modultemperatur wird auf 50 plus/minus 10 Grad Celsius gehalten, die Bestrahlungsstärke liegt bei 800 bis 1.000 Watt je Quadratmeter.

Der Mechanismus der lichtinduzierten Degradation ist gut erforscht. Modulhersteller können ihn heute durch die Wahl der Siliziumqualität sowie der Prozessführung nahezu vollständig vermeiden.

 

Messung des Schwachlichtverhaltens

Ist die Modulleistung stabilisiert, wird das Schwachlichtverhalten bestimmt. Wir ermitteln die vollständige Matrix der Modulleistung in Abhängigkeit von Temperatur und Lichtintensität nach IEC 61853. Hierdurch lässt sich abschätzen, ob das Modul auch bei ungünstigen Einstrahlungsverhältnissen einen guten Ertrag liefern wird.

 

Test auf potenzialinduzierte Degradation (PID)

Vor einigen Jahren wurde entdeckt, dass auch die an einem Modul anliegende Spannung eine Leistungsabnahme verursachen kann. Hierbei gilt: Je höher die Spannung, desto stärker zeigt sich der Effekt. Auch diese potenzialinduzierte Degradation (PID) ist inzwischen soweit verstanden, dass Hersteller sie durch entsprechende Wahl der Materialien und saubere Prozessführung praktisch vollständig vermeiden können.

Um herauszufinden, wie PID-anfällig ein Modul ist, wird die vom Hersteller angegebene maximale Systemspannung über 48 Stunden angelegt, und zwar sowohl als positive wie als negative Spannung. Das Modul wird hierbei einer Temperatur von 85 Grad Celsius sowie einer relativen Luftfeuchte von 85 Prozent ausgesetzt. Im Anschluss wird binnen vier Stunden erneut die Strom-Spannungskennlinie aufgenommen und eine Elektrolumineszenzaufnahme erstellt.

 

 

Testsequenz Modul 2

Modul 2 wird verschiedenen Belastungen ausgesetzt, welche Produktionsfehler sowie die Verwendung minderwertiger Materialien enthüllen sollen:

 

Test auf elektrische Sicherheit (Isolationstest)

IsolationstestDer Isolationstest wird nach Maßgabe der IEC 61215 durchgeführt. Hierzu werden die beiden Pole des Moduls verbunden und eine elektrische Spannung in Höhe der doppelten maximalen Systemspannung zuzüglich 1.000 Volt gegen den Rahmen angelegt. Im Wasserbad wird dann getestet, ob ein Kriechstrom auftritt.

 

 

 

Test auf dynamische Belastung (Rütteltest)

Auf dem Transport werden Solarmodule oft gehörig durchgeschüttelt. Module, deren Zellen Mikrorisse aufweisen oder bei denen die Zellen nicht ordentlich eingekapselt sind, können dann Schäden davontragen, die insbesondere in Verbindung mit thermischer Beanspruchung zu einem deutlichen Leistungsverlust führen. Der dynamische Belastungstest wird nach einem internationalen Standard aus der Logistikbranche durchgeführt. Die Module werden hierzu horizontal auf einer Palette montiert und eine Stunde lang Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen ausgesetzt. Dieser Test ist einer der härtesten und wichtigsten im gesamten Schnelltest, da er in kurzer Zeit auf mögliche langfristige Modulausfälle hinweist. Bei einem hochwertigen Solarmodul darf er weder zu einer signifikanten Verschlechterung der STC-Leistung führen, noch sollten Schäden in der Elektrolumineszenzaufnahme sichtbar werden.

 

Temperaturwechselprüfung

TemperaturwechselprüfungBei der Temperaturwechselprüfung nach IEC 61215 wird das Modul abwechselnd auf 85 Grad Celsius aufgeheizt und auf minus 40 Grad abgekühlt. Im PHOTON-Schnelltest werden jedoch, anders als bei der IEC-Prüfung, nur 50 statt 200 Zyklen gefahren. Dafür wird aber im Testbericht festgehalten, ob und, falls ja, wie stark die STC-Leistung im Testverlauf abgenommen hat. Beim IEC-Zertifikat gibt es eine solche Abstufung nicht, sondern nur das Resultat »bestanden« oder »nicht bestanden«. Bestanden hat dabei jedes Modul, das nicht mehr als fünf Prozent seiner Leistung verloren hat — die Latte für das IEC-Zertifikat liegt also äußerst niedrig, und der Käufer eines solcherart geprüften Moduls weiß nicht, ob der Leistungsverlust 0,5 oder 4,9 Prozent betragen hat.

Ein massiver Leistungsverlust von bis zu fünf Prozent wird sich aber auch in 50 Zyklen ablesen lassen. Obwohl deutlich kürzer als die IEC-Prüfung, ist der PHOTON-Schnelltest deshalb aufgrund der Veröffentlichung auch geringer Leistungsverluste aussagekräftiger.

Spannend bleibt indes die Frage, was aus den während der ersten 50 Zyklen ermittelten Leistungsverluste auf die weitere Entwicklung des Moduls geschlossen werden kann. Dieser Frage geht der Lebensdauertest im »PHOTON-Silber-Standard« nach.

 

Feuchte-Frost-Prüfung

Auch die Feuchte-Frost-Prüfung wird nach den Vorgaben der IEC 61215 durchgeführt. Im Unterschied zur Temperaturwechselprüfung wurde hier auch die Anzahl von zehn Zyklen unverändert übernommen. Ein Temperaturzyklus besteht aus einer halben Stunde bei minus 40 Grad Celsius und 20 Stunden bei 85 Grad Celsius bei einer Luftfeuchtigkeit von 85 Prozent. So kann die Widerstandsfähigkeit eines Moduls gegenüber Nachtfrösten, gefolgt von heißen Tagen mit hoher Luftfeuchtigkeit, bestimmt werden.

 

Test der Anschlussdose

Der Test der Anschlussdose wird nach der US-Norm UL 1703 durchgeführt. Hierbei wird eine Stahlkugel aus einer Höhe von 1,3 Metern auf die Anschlussdose fallen gelassen. Wird diese dabei so stark beschädigt, dass die Kontakte freiliegen und kein Kontaktschutz mehr vorhanden ist, ist das Modul durchgefallen. Falls nicht, kommt es drei Stunden bei minus 37 Grad in die Klimakammer. Der Test wird wiederholt und die Anschlussdose erneut auf Schäden untersucht. Bestanden hat das Modul, wenn der Kontaktschutz weiterhin besteht.

 

 

Testsequenz Modul 3

Bei Modul 3 werden die einzelnen Materialien untersucht. Es handelt sich um zerstörende Tests:

 

Elektrolumineszenz unter mechanischer Belastung

Beispiel einer ElektrolumineszenzaufnahmeDieser Test entspricht zunächst hinsichtlich der beaufschlagten Ströme und der verwendeten Kamera einem normalen Aufbau zur Aufnahme eines Elektrolumineszenzbildes. Als Besonderheit wird das Solarmodul aber gleichzeitig einem mechanischen Stress ausgesetzt — die Testbedingungen werden so den praktischen Anforderungen im Anlagenbetrieb angenähert.

Hierzu wird zwischen der Rückseite des Moduls und einer steifen Platte, die sich in etwa 20 Zentimetern Abstand befindet, ein Hebekissen mit Druckluft befüllt. Die kritische Größe ist hierbei der Druck im Kissen, denn er bestimmt die Auslenkung des Moduls. Da es aufgrund unterschiedlicher Geometrien und Festigkeiten von Solarmodulen aber nicht möglich ist, einen Druckwert in Bar zu definieren, der zu einer immer einheitlichen Auslenkung führt, muss diese direkt bestimmt werden. Dazu wird mittels einer Strebe ein digitaler Tiefenmesser zentral vor der Vorderseite des Moduls platziert und bei unbelastetem Modul genullt. Alsdann wird der Druck im Kissen so lange erhöht, bis der Tiefenmesser eine Auslenkung von zehn Millimetern angibt. Danach wird der Tiefenmesser samt Strebe entfernt und eine Elektrolumineszenzaufnahme gemacht. Deren Auswertung folgt dem gleichen Muster wie bei einer mechanisch unbelasteten Aufnahme.

 

Test der Rückseitenfolie

Eine weitere Eigenentwicklung ist der Test, der die Verbindung der Rückseitenfolie mit dem Rest des Moduls untersucht. Hierbei wird die Kraft bestimmt, die nötig ist, die Folie von Frontglas und Zellen zu trennen. Damit kann die Stärke des Verbunds in Relation zu anderen Modulen eingeschätzt werden. Je fester die einzelnen Bestandteile miteinander verbunden sind, desto geringer ist das Risiko, dass sie sich im Laufe eines hoffentlich langen Modullebens voneinander trennen.

 

Test des EVA-Vernetzungsgrades

EVA VernetzungstestAuch der Test des Vernetzungsgrades des Einkapselungmaterials ist kein Standard, sondern eine Eigenentwicklung. Die üblicherweise verwendete Folie aus Ethylenvinylacetat (EVA) ist am Markt in sehr unterschiedlichen Qualitäten erhältlich und zudem anfällig gegen schlechte Verarbeitung. Schon eine etwas zu lange Lagerung kann dazu führen, dass sich das Material nicht ausreichend vernetzt, wodurch das gesamte Modul anfällig für Delamination wird. Der Test soll genau diese Probleme aufdecken.

 

 

Test auf PERC-Degradation (Modul 4)

Bei Modulen mit PERC-Zellen wird ein viertes Exemplar auf PERC-Degradation untersucht. Bei PERC-Zellen ist nicht nur die Vorder-, sondern auch die Rückseite passiviert, was zu höheren Wirkungsgraden führt. Gleichzeitig scheinen diese Zellen aber auch eine Art Diva unter den Zelltypen zu sein, die zu bisher nicht vollständig verstandenen Leistungsverlusten neigt. Die Warnungen gehen derzeit in erster Linie von PERC-Zellherstellern aus, die dabei auf eigene Messungen verwiesen, welche entsprechende Degradationseffekte an Konkurrenzprodukten zeigen. Gleichzeitig wird behauptet, man selbst habe das Problem vollständig im Griff. Der PERC-Test soll enthüllen, wie groß das Problem wirklich ist.

Hierzu wird das Modul im Dunkeln bei einer Temperatur von 85 Grad Celsius und einer relativen Luftfeuchte von 85 Prozent mit 0,5 Ampere über 1.000 Stunden — also etwas über fünf Wochen — bestromt. Wöchentlich wird die Strom-Spannungs-Kennlinie aufgenommen und eine Elektrolumineszenz-Aufnahme gemacht.

 

  ➡ Übersicht der PHOTON-Modultests

 

Kontakt

Für Fragen rund um die PHOTON-Modultests stehen wir gerne zur Verfügung.

Oliver B. Ashrafi
Telefon +49-30-3465546-26
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