DE102015213047A1

DE102015213047A1 - Verfahren und Anordnung zur Prüfung eines Solarmoduls auf Anfälligkeit für Potential-induzierte Degradation

Info

Publication number: DE102015213047A1
Application number: DE102015213047.9A
Authority: DE
Inventors: Dominik Lausch; Volker Naumann; Christian Hagendorf; Jörg Bagdahn
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2016-12-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Prüfung eines Solarmoduls in einem örtlich fest installierten Solarmodulverbund auf Anfälligkeit für Potential-induzierte Degradation. Bei dem Verfahren wird wenigstens auf eine Teilfläche der vorderseitigen Abdeckung des Solarmoduls direkt oder über eine Vermittlungsschicht eine elektrisch leitfähige Platte aufgelegt und geerdet, und zwischen der Platte und einem der elektrischen Anschlüsse des Solarmoduls ein- oder mehrmals eine Hochspannung angelegt. Zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen des Solarmoduls wird vor dem Anlegen der Hochspannung und während oder unmittelbar nach dem Anliegen der Hochspannung jeweils ein Parallelwiderstand und/oder eine Strom-Spannungskennlinie des Solarmoduls gemessen. Durch Vergleich der gemessenen Parallelwiderstände oder Strom-Spannungskennlinien wird dann bestimmt, ob eine Potential-induzierte Degradation des Solarmoduls auftritt. Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Anordnung ermöglichen eine Prüfung von Solarmodulen innerhalb einer Photovoltaikanlage auf einfache Weise und in einem kurzen Zeitraum vor Ort, ohne dieses von dem Haltersystem abbauen zu müssen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Prüfung eines Solarmoduls auf Anfälligkeit für Potential-induzierte Degradation (PID), das mehrere Solarzellen enthält, die zwischen einer rückseitigen Folie, Platte oder Schicht und einer vorderseitigen optisch transparenten Abdeckung eingebettet sind, und wenigstens zwei elektrische Anschlüsse aufweist, zwischen denen eine durch das Solarmodul erzeugte elektrische Spannung abgreifbar ist.
Solarmodule können unter bestimmten Umgebungsbedingungen und den aktuell üblichen Potentialverhältnissen in Photovoltaikanlagen eine Potential-induzierte Degradation aufweisen. Dieser Effekt zeichnet sich durch eine deutliche Verringerung des Wirkungsgrades aus. Im Falle von kristallinen Siliziumsolarzellen resultiert der Leistungsverlust in erster Linie aus einer Reduzierung des Parallelwiderstands R_p der Solarzellen im Solarmodul. Solarmodule enthalten mehrere elektrisch miteinander in Reihe verschaltete Solarzellen, die zwischen einer rückseitigen Folie oder Schicht und einer vorderseitigen optisch transparenten Abdeckung, üblicherweise eine Glasplatte, eingebettet sind. Die Solarzellen können im Falle von Dünnschichtsolarzellen auch direkt auf der Glasplatte aufgebracht sein oder sie sind zwischen der rückseitigen Folie oder Schicht, in der Regel eine Polymerfolie, und einer vorderseitigen Polymerfolie eingebettet, auf der dann die Glasplatte aufgebracht ist. Die Solarmodule weisen wenigstens zwei elektrische Anschlüsse auf, auch als positiver und negativer Pol bezeichnet, zwischen denen die durch die Solarzellen des Solarmoduls erzeugte elektrische Spannung abgreifbar ist. Typische Solarmodule enthalten derzeit etwa 60 oder 72 Solarzellen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. In einer Solar- bzw. Photovoltaikanlage werden wiederum mehrere Solarmodule elektrisch miteinander verschaltet, um die gewünschte Spannung erzeugen zu können.
In den letzten Jahren konnte ein grundlegendes Verständnis über den physikalischen Mechanismus von PID an Siliziumsolarzellen erlangt werden. So konnte gezeigt werden, dass Natriumionen die höchstwahrscheinlich aus Verunreinigungen auf der Solarzellenoberfläche stammen, unter dem Einfluss eines elektrischen Potentialunterschieds in Richtung der Grenzfläche zwischen dem üblicherweise als Antireflexschicht aufgebrachten Siliziumnitrid und dem Siliziumvolumen driften. Dort angelangt dekorieren die Natriumatome Kristalldefekte (Stapelfehler) im Siliziumvolumen, welche von der Grenzfläche bis zu 5 μm ins Bulkmaterial reichen. Ist eine fast vollständige Belegung dieser Stapelfehler erreicht, so werden diese elektrisch hoch leitfähig und schließen lokal den p-n Übergang kurz. Dieser Kurzschluss führt zu obigem Leistungsverlust. Die Herabsetzung der Effizienz durch PID-induzierte Kurzschlüsse (Shunts) kann bis zu einem totalen Leistungsausfall betroffener Module führen. Potential-induzierte Degradation bei Dünnschichtmodulen ist bisher ein weitgehend unverstandenes Phänomen. Erste Arbeiten weisen auf eine Oxidation des vorderseitigen Kontaktes unter Systemspannungen hin.
Die rechtzeitige Erkennung von PID-betroffenen Solarmodulen in Photovoltaikanlagen ist für die Betreiber dieser Anlagen daher sehr wichtig, um entsprechende Module rechtzeitig austauschen zu können.
Stand der Technik
Die PID-Anfälligkeit eines Solarmoduls kann mittels spezieller Degradationstests in Klimakammern simuliert werden. So zeigen bspw. J. Berghold et al., „Potential Induced Degradation of Solar Cells and Panels" in: 25th European Photovoltaik Solar Energy Conference and Exhibition / 5th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 6–10 September 2010, Valencia, Spain (2010), S. 3753–3759, ein Verfahren zur Prüfung eines Solarmoduls auf Anfälligkeit für Potential-induzierte Degradation, bei dem eine Hochspannung von 1000 V zwischen dem Modulrahmen und dem positiven Pol des Solarmoduls angelegt wird. Die Oberfläche der vorderseitigen Glasplatte wird dabei mit einer dünnen Wasserschicht befeuchtet und die Messung in einer Klimakammer durchgeführt. Für den Fall eines Defektes oder eines Verdachtes auf einen Defekt innerhalb eines Modulparks wird zur Durchführung einer derartigen Prüfung bisher folgendes Vorgehen gewählt. Zunächst muss das betroffene Solarmodul aus der Photovoltaikanlage ausgebaut werden. Anschließend wird das Modul zum untersuchenden Dienstleister versendet. Bei diesem wird dann der PID-Test innerhalb einer für PID-Tests ausgestatteten Klimakammer durchgeführt. Für die Durchführung des Tests muss ein Zeitraum von > 96 Stunden veranschlagt werden. Anschließend wird das Testergebnis ausgewertet und das getestete Solarmodul – oder ein dagegen ausgetauschtes neues Solarmodul – zurückgesendet und in der Photovoltaikanlage wieder installiert. Ein derartiges Verfahren ist aufwändig und aufgrund der Verwendung von für PID-Tests optimierten Klimakammern teuer. Weiterhin muss der Modulpark für längere Zeit ohne das entsprechende Solarmodul auskommen, was zusätzlich zu einem Ertragsverlust im Testzeitraum führt. In einem Verdachtsfall können so auch nur wenige Module untersucht werden.
Bisher gibt es jedoch noch keine einfachen Verfahren, Solarmodule im Feld, d.h. in fertig installierten Photovoltaikanlagen, in einem kurzen Zeitraum von bspw. nur 3 Stunden bis maximal 24 Stunden auf PID-Anfälligkeit zu testen, ohne diese der Anlage zu entnehmen und in einem Labor aufwändig zu untersuchen. Ein Schnelltest, ob ein Solarmodul PID-anfällig ist oder ob ein beobachtetes Degradationsverhalten auf PID zurückgeführt werden kann, existiert bisher nicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Prüfung eines Solarmoduls auf Anfälligkeit für Potential-induzierte Degradation anzugeben, die einen deutlich schnelleren Test der Solarmodule direkt vor Ort, d.h. in einem örtlich fest installierten Solarmodulverbund wie bspw. einer Photovoltaikanlage, ermöglichen.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Anordnung gemäß den Patentansprüchen 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Anordnung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird wenigstens auf eine Teilfläche der vorderseitigen Abdeckung des jeweiligen Solarmoduls in dem Solarmodulverbund direkt oder über eine Vermittlungsschicht eine elektrisch leitfähige Platte aufgelegt und geerdet. Weist das Solarmodul einen Modulrahmen auf, so wird die elektrisch leitfähige Platte auch elektrisch leitfähig mit dem Modulrahmen verbunden, so dass dieser ebenfalls auf Erdpotential liegt. Ist kein Modulrahmen vorhanden kann bspw. die Aufständerung als Erdpotential verwendet werden. Die elektrisch leitfähige Platte kann dabei je nach Dicke und Material sowohl starr oder auch biegsam ausgebildet sein. Die optional einsetzbare Vermittlungsschicht dient der Vermeidung von luftgefüllten Zwischenräumen zwischen der elektrisch leitfähigen Platte und der vorderseitigen Abdeckung des Solarmoduls. Diese Vermittlungsschicht sollte eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Die vorderseitige optisch transparente Abdeckung des Solarmoduls, bspw. eine Glasplatte, kann bei dem Verfahren selbstverständlich auch zusätzlich beschichtet sein, beispielsweise mit einer Antireflexbeschichtung. Die elektrisch leitfähige Platte wird so aufgebracht, dass ein möglichst vollflächiger elektrischer Kontakt mit der vorderseitigen Abdeckung erhalten wird. In der bevorzugten Ausgestaltung wird die Größe der elektrisch leitfähigen Platte so gewählt, dass sie die freie Oberfläche der vorderseitigen Abdeckung des Solarmoduls wenigstens zu einem Anteil von ≥ 90% abdeckt. Prinzipiell kann jedoch auch eine kleinere elektrisch leitfähige Platte gewählt werden, die nur einen geringeren Teilbereich der freiliegenden Oberfläche der vorderseitigen Abdeckung des Solarmoduls abdeckt. Dadurch kann jedoch auch nur der entsprechende Teilbereich des Solarmoduls auf PID-Anfälligkeit geprüft werden. Unter der freiliegenden Oberfläche ist der Teil der vorderen Abdeckung zu verstehen, der nicht durch einen eventuell vorhandenen Modulrahmen abgedeckt wird. Als elektrisch leitfähige Platte kommt vorzugsweise eine metallische Platte zum Einsatz. Mit Hilfe einer HV-Gleichspannungsversorgung wird zwischen der elektrisch leitfähigen Platte und einem der elektrischen Anschlüsse bzw. Pole des Solarmoduls ein- oder mehrmals eine Hochspannung angelegt, die eine Drift von vorhandenen beweglichen Ladungsträgern im elektrischen Gleichfeld verursacht. Sofern das Solarmodul PID-anfällig ist, bewirkt die Drift der Ladungsträger eine Degradation der enthaltenen Solarzellen, die sich durch Messung des Parallelwiderstandes oder der Strom-Spannungskennlinie nachweisen lässt. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird daher zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen bzw. Polen des Solarmoduls vor dem Anlegen der Hochspannung und während oder unmittelbar nach dem Anliegen der Hochspannung jeweils der Parallelwiderstand und/oder die Strom-Spannungskennlinie des Solarmoduls gemessen. Unter dem Parallelwiderstand des Solarmoduls ist dabei die Summe der Parallelwiderstände der einzelnen im Solarmodul in Reihe geschalteten Parallelwiderstände der Solarzellen zu verstehen, die zwischen den beiden Anschlüssen bzw. Polen des Solarmoduls gemessen werden kann. Die Messung erfolgt vorzugsweise mit einem geeigneten SMU-Messgerät (SMU: Source Measurement Unit), d.h. einer Spannungs-/Strom-Quelle mit Rückmessfunktion. Durch Vergleich der Parallelwiderstände und/oder Strom-Spannungskennlinien, die vor und während oder unmittelbar nach dem Anlegen der Hochspannung gemessen wurden, wird dann bestimmt, ob eine Potential-induzierte Degradation des Solarmoduls auftritt. Diese Degradation kann anhand einer deutlich erkennbaren Änderung des Parallelwiderstandes oder der Strom-Spannungskennlinie zwischen beiden Messungen erkannt werden. Wird ein entsprechender Verlust des Parallelwiderstandes oder eine entsprechende Änderung der Strom-Spannungskennlinie erkannt, so ist das untersuchte Solarmodul PID-anfällig. Werden keine signifikanten Änderungen zwischen beiden Messungen festgestellt, so ist das Solarmodul PID-frei.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Anordnung ist es möglich, ein Solarmodul im Feld, d.h. innerhalb einer stationären Photovoltaik- bzw. Solaranlage, auf PID-Anfälligkeit zu untersuchen, ohne dieses Solarmodul dem Modulverbund entnehmen zu müssen. Das Modul muss zur Prüfung noch nicht einmal vom Ständersystem entfernt werden, auf dem die Solarmodule in einer Photovoltaikanlage befestigt sind. Die Prüfung lässt sich dabei innerhalb eines Zeitraums von etwa 3 Stunden bis 24 Stunden durchführen. Die Hochspannung wird dabei vorzugsweise für einen Zeitraum von ≥ 4 Stunden angelegt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Messung mehrmals in bestimmten Zeitabständen, bspw. viertelstündlich, während dieses Zeitraums. Dadurch lässt sich auch der Verlauf der Degradation bei der geprüften Solarzelle ermitteln.
Das Verfahren ist kostengünstig, einfach und schnell anwendbar. Die Prüfung erfolgt ohne Klimakammer. Für den Test muss das Modul lediglich für den für den Test erforderlichen kurzen Zeitraum elektrisch von den übrigen Modulen des Solarmodulverbundes getrennt werden, mit denen es elektrisch verschaltet ist. Eine Demontierung des Moduls von der Aufständerung ist nicht nötig. Die restlichen Module können durch Überbrückung des zu untersuchenden Moduls während des Tests weiter betrieben werden. Damit können Betreiber von Photovoltaikanlagen die Module im Feld auf PID-Anfälligkeit prüfen lassen bzw. bei Vorliegen eines Verdachtsfalls, bspw. durch Moduldegradation oder Leistungsverlust der Anlage, gezielt PID-Tests durchführen lassen. Neben der Kostenersparnis durch den beschleunigten, einfachen PID-Test kann damit auch eine schnelle Qualitätskontrolle erreicht werden. Darüber hinaus können natürlich auch Modulhersteller oder Elektroinstallateure ihre eingekauften bzw. verbauten Produkte schnell und zuverlässig testen.
Darüber hinaus kann eine zyklische Belastung der Module getestet und deren Verlauf beurteilt werden. Weiterhin kann der Aufbau auch für die Demonstration oder die Beschleunigung des Ausheilungsprozesses von PID im Modulfeld verwendet werden. Dadurch bieten sich auch zyklische Untersuchungen an (PID Degradation und Recovery), um eine Aussage über ein langfristiges Degradationsverhalten im Feld erhalten zu können. Dabei können in einigen Fällen, in denen die PID Degradation aufgrund des Recovery-Verhaltens während heißer Tage sättigt, Aussagen über langfristige Leistungsverluste gegeben werden. Die Möglichkeit von zyklischen Untersuchungen bietet eine Grundlage für eine Ertragsprognose.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird das Solarmodul vor oder während des Anlegens der Hochspannung mit einer Heizeinrichtung auf eine erhöhte Temperatur gebracht. Durch Erhöhung der Temperatur kann der Prozess der Degradation der im Modul enthaltenen Solarzellen beschleunigt werden. Die Heizeinrichtung kann dabei direkt in die elektrisch leitfähige Platte integriert sein oder auch als separates Element, bspw. in Form einer Heizfolie oder Heizdecke, am Solarmodul angebracht werden. Zusätzlich kann die Temperatur des Solarmoduls mit einem oder mehreren Temperatursensoren erfasst und mit Hilfe der Heizeinrichtung auf einen konstanten Wert zu geregelt werden. Weiterhin kann das Modul in mit wärmedämmenden Materialien abgedeckt bzw. unterfüttert werden, um die erforderliche Heizleistung minimal zu halten.
In einer Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens kann zusätzlich während des Anliegens der Hochspannung auch ein Leckstrom zwischen der elektrisch leitfähigen Platte und den Solarzellen gemessen werden. Dies kann in einfacher Weise durch eine Strommessung in der elektrischen Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Platte und dem Anschluss der HV-Gleichspannungsquelle erfolgen, mit dem die elektrisch leitfähige Platte verbunden ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Stromversorgung für die Heizeinrichtung durch die übrigen Solarmodule im Modulstring der Photovoltaik-Anlage. Da der Modulstring durch das Abklemmen des zu untersuchenden Solarmoduls zunächst unterbrochen ist, kann der für die Heizeinrichtung erforderliche Strom an dieser Stelle abgezweigt werden, wobei dann die elektrische Überbrückung des abgeklemmten Solarmoduls entsprechend ausgebildet sein muss. Diese Stromversorgung ist natürlich nur tagsüber möglich.
Für die Prüfung des Solarmoduls sind prinzipiell zwei Messungen des Parallelwiderstandes, eine Messung vor Anlegen der Hochspannung und eine Messung nach einer Wartezeit nach Anlegen der Hochspannung, ausreichend. Es können selbstverständlich auch weitere aufeinanderfolgende Messungen durchgeführt werden, um den zeitlichen Verlauf der Degradation beurteilen zu können. Es können auch mehrere aufeinanderfolgende Messungen durchgeführt werden, zwischen denen jeweils die Hochspannung ein- und ausgeschaltet wird, um bspw. eine zyklische Belastung zu simulieren.
Die vorgeschlagene Anordnung für die Durchführung des Verfahrens umfasst entsprechend eine elektrisch leitfähige Platte, die über ein Verbindungskabel mit Erdpotential verbindbar ist und geeignete Abmessungen für das Auflegen auf ein Solarmodul gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren aufweist. Die Anordnung umfasst weiterhin eine Hochspannungsversorgung, die mit der elektrisch leitfähigen Platte und einem der Anschlüsse bzw. Pole des Solarmoduls verbindbar ist, sowie eine Messeinrichtung, die eine Messung eines Parallelwiderstandes und/oder einer Strom-Spannungskennlinie des Solarmoduls zwischen den zwei Anschlüssen bzw. Polen des Solarmoduls ermöglicht. Die Hochspannungsversorgung und die Messeinrichtung sind dabei als mobile Geräte ausgebildet, so dass sie ohne großen Transportaufwand an die zu prüfenden Solarmodule einer Photovoltaikanlage gebracht werden können. Vorzugsweise hat die elektrisch leitfähige Platte Abmessungen (Länge × Breite), die im Bereich zwischen 145 cm × 90 cm bis 160 cm × 100 cm liegen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung weist die elektrisch leitfähige Platte eine integrierte Heizeinrichtung auf, mit der das Solarmodul auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden kann. Die Verbindungskabel der Anordnung mit dem Solarmodul weisen jeweils einen geeigneten Modulstecker bzw. eine geeignete Modulbuchse für die Anschlüsse oder Pole der Solarmodule auf, d.h. so genannte PV-Stecker bzw. PV-Buchsen.
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Anordnung können in der Qualitätsprüfung von neuen und bestehenden Modulparks eingesetzt werden. Neben einer Abnahme des Modulparks auf PID-Anfälligkeit können auch während des Betriebs einzelne Solarmodule jederzeit schnell exemplarisch auf PID-Anfälligkeit geprüft werden. Das Verfahren und die Anordnung lassen sich auch zur Prüfung von Dünnschichtsolarmodulen einsetzen.
Darüber hinaus lässt sich indirekt nachweisen, dass Module bereits PID erlitten haben. Auch kann vor einer geplanten aufwändigen Modifikation einer Photovoltaikanlage mit dem Ziel, langfristig eine Erholung (PID-Recovery) zu erreichen, stichprobenartig getestet werden, ob überhaupt eine Erholung stattfindet. Auf Basis zyklischer Tests kann eine langfristige Ertragsprognose für den Modulpark erstellt werden. Weiterhin eignen sich das Verfahren und die Anordnung auch für Forschungs- und Entwicklungsaufgaben mit Bezug zu PID auf Modulebene.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Anordnung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Skizze der vorgeschlagenen Anordnung; und
2 ein Beispiel für zwei Strom-Spannungskennlinien eines Solarmoduls vor und nach auftretender Degradation.
Wege zur Ausführung der Erfindung
1 zeigt beispielhaft einen Aufbau für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens zur Prüfung eines Solarmoduls 1 auf Anfälligkeit für Potential-induzierte Degradation. Die Figur zeigt ein Solarmodul 1, das mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Solarzellen 4 enthält, die zwischen einer Rückseitenfolie 5 und einem vorderseitigen Verkapselungsmaterial 3 eingebettet sind. Rückseitenfolie 5 und vorderseitiges Verkapselungsmaterial 3 sind dabei in der Regel durch Polymerfolien gebildet. Das Solarmodul 1 trägt auf der Vorderseite eine Glasabdeckung (Moduldeckglas 2).
Für die Prüfung in einer Photovoltaikanlage wird das Solarmodul 1 zunächst elektrisch vom Modulstring getrennt. Dies erfolgt durch Lösen der Modulverbindungskabel (Auftrennen des Modulstrings). Anschließend wird eine elektrisch leitfähige Platte 6 auf der Oberseite des Moduldeckglases 2 angebracht, wie dies in der Figur angedeutet ist. Die elektrisch leitfähige Platte 6 deckt in diesem Beispiel die Vorderseite des Moduldeckglases 2 vollständig ab und ist in vollflächigem Kontakt mit diesem Moduldeckglas. Die Platte 6 kann bspw. mittels Klemmen oder Schraubzwingen an dem Solarmodul 1 befestigt werden. Anschließend wird die elektrisch leitfähige Platte 6 mit dem Modulrahmen 7 elektrisch verbunden und entsprechend geerdet. Sie dient damit als geerdete Elektrode. Eine HV-Gleichspannungsversorgung 8 wird mit einem Pol mit der geerdeten Platte 6 und mit dem anderen Pol mit einem der Anschlüsse bzw. Pole des Solarmoduls 1 verbunden. Weiterhin wird eine Einrichtung zur Messung des Parallelwiderstandes und/oder von Strom-Spannungskennlinien der im Solarmodul 1 enthaltenen Solarzellen 4 mit den beiden Anschlüssen bzw. Polen des Solarmoduls 1 verbunden. Bei dieser Messeinrichtung kann es sich bspw. um ein SMU-Messgerät 9 handeln. Zunächst wird mit diesem Messgerät der Parallelwiderstand und/oder eine Strom-Spannungskennlinie des Solarmoduls 1 gemessen. Die Messung einer Strom-Spannungskennlinie kann bspw. im Spannungsbereich von –60 bis +60 V erfolgen. Dies ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen. Das Messergebnis wird gespeichert. Anschließend wird über die HV-Gleichspannungsquelle 8 eine Hochspannung an den entsprechenden Anschluss des Solarmoduls 1 angelegt. Durch dieses hohe elektrische Potential wird eine Drift der im Solarmodul vorhandenen beweglichen Ladungsträger im elektrischen Gleichfeld verursacht, die zu einer Degradation der enthaltenen Solarzellen führt. Während des Anliegens der Hochspannung wird wiederum eine Messung des Parallelwiderstandes und/oder der Strom-Spannungskennlinie des Solarmoduls 1 mit Hilfe der Messeinrichtung durchgeführt. Auch hier wird das Messergebnis wiederum abgespeichert. Die angelegte Hochspannung kann bspw. im Bereich von 1000 V liegen. Nach diesen Messungen wird anhand der aufgezeichneten Parallelwiderstände bzw. Strom-Spannungskennlinien der Verlauf der Degradation beurteilt. Ein hoher Verlust des Parallelwiderstandes oder eine sonstige signifikante Änderung der Strom-Spannungskennlinie deutet auf Degradation hin. Das Modul wird damit als PID-anfällig eingestuft. Werden keine signifikanten Änderungen zwischen den beiden Messungen erkannt, so wird das Modul als PID-frei eingestuft.
2 zeigt hierzu ein Beispiel der gemessenen Strom-Spannungskennlinien eines Solarmoduls (Dunkelkennlinien) vor Einsetzen der Degradation und nach Degradation. In der Figur ist lediglich ein Abschnitt aus dem Messdiagramm dargestellt, in dem der Effekt der Degradation am besten zu erkennen ist. Der unterschiedliche Verlauf der Strom-Spannungskennlinie ist dabei deutlich erkennbar. Bei Messung des Parallelwiderstandes kann bspw. bei einem Parallelwiderstand von typischerweise ca. 10.000 Ω eines Solarmoduls mit 60 Solarzellen ein Abfall auf oder unter 1000 Ω als Hinweis auf eine PID-Anfälligkeit des Solarmoduls gewertet werden.
1 zeigt zusätzlich optionale Einrichtungen der vorgeschlagenen Anordnung, die bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Einsatz kommen können. So ist in der Figur eine zusätzliche Heizfolie 10 auf der Rückseite des Solarmoduls 1 angedeutet, die zu einer Aufheizung des Solarmoduls eingesetzt werden kann. Diese Heizfolie 10 kann über eine zusätzliche Spannungsversorgung U_h betrieben werden. Weiterhin ist ein Temperatursensor 11 angedeutet, der die Temperatur am Solarmodul misst, so dass sie über einen Temperaturregler 12 auf einen konstanten vorgebbaren Wert geregelt werden kann. Die Figur zeigt auch ein Strommessgerät 14 in der Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Platte 6 und der Hochspannungsversorgung 8, mit dem die durch die Hochspannung verursachten Leckströme im Solarmodulverbund gemessen werden können. Optional kann auch eine Steuerung für eine zyklische PID-Belastung eingesetzt werden, die in der Figur jedoch nicht dargestellt ist. Die Auswertung der Messungen kann vor Ort mit einem entsprechenden Computer 13 oder auch erst zu einem späteren Zeitpunkt an einem anderen Ort erfolgen.
Die Stromversorgung des gesamten Messsystems kann autark mittels Batterie, über einen Netzanschluss oder mit einem Verbrennungsmotor-getriebenen Stromerzeuger erfolgen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Stromversorgung für die Heizeinrichtung bei einer Messung in einer Photovoltaikanlage durch die übrigen Solarmodule im Modulstring.
Bezugszeichenliste

1: Solarmodul
2: Moduldeckglas
3: Verkapselungsmaterial
4: Solarzellen
5: Rückseitenfolie
6: elektrisch leitfähige Platte
7: Modulrahmen
8: HV-Gleichspannungsversorgung
9: SMU-Messgerät
10: Heizfolie bzw. Heizplatte/Heizdecke
11: Temperatursensor
12: Temperaturregler
13: Computer
14: Messgerät für Leckströme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

J. Berghold et al., „Potential Induced Degradation of Solar Cells and Panels“ in: 25th European Photovoltaik Solar Energy Conference and Exhibition / 5th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 6–10 September 2010, Valencia, Spain (2010), S. 3753–3759 [0006]

Claims

Verfahren zur Prüfung eines Solarmoduls (1) in einem örtlich fest installierten Solarmodulverbund auf Anfälligkeit für Potential-induzierte Degradation, wobei das Solarmodul (1) mehrere Solarzellen (4) enthält, die zwischen einer rückseitigen Folie, Platte oder Schicht (5) und einer vorderseitigen optisch transparenten Abdeckung (2) eingebettet sind, und wenigstens zwei elektrische Anschlüsse aufweist, zwischen denen eine durch das Solarmodul (1) erzeugte elektrische Spannung abgreifbar ist, bei dem – wenigstens auf eine Teilfläche der vorderseitigen Abdeckung (2) direkt oder über eine Vermittlungsschicht eine elektrisch leitfähige Platte (6) aufgelegt und geerdet wird, und – zwischen der elektrisch leitfähigen Platte (6) und einem der beiden elektrischen Anschlüsse des Solarmoduls (1) ein- oder mehrmals eine Hochspannung angelegt wird, – wobei zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen vor dem Anlegen der Hochspannung und während oder unmittelbar nach dem Anlegen der Hochspannung jeweils ein Parallelwiderstand und/oder eine Strom-Spannungskennlinie des Solarmoduls (1) gemessen wird, und – durch Vergleich der gemessenen Parallelwiderstände und/oder Strom-Spannungskennlinien bestimmt wird, ob eine Potential-induzierte Degradation des Solarmoduls (1) auftritt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarmodul (1) mit Hilfe einer in die elektrisch leitfähige Platte (6) integrierten oder separat an das Solarmodul (1) angebrachten Heizeinrichtung (10) auf eine erhöhte Temperatur gebracht und die Hochspannung bei dieser erhöhten Temperatur angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erhöhte Temperatur mit einem oder mehreren Temperatursensoren (11) erfasst und mit Hilfe der Heizeinrichtung (10) auf einen konstanten Wert geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Platte (6) so gewählt wird, dass sie die freiliegende Oberfläche der vorderseitigen Abdeckung (2) des Solarmoduls (1) vollständig oder wenigstens zu einem Anteil von ≥ 90% überdeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Platte (6) vor dem Anlegen der Hochspannung mit einem Modulrahmen (7) des Solarmoduls (1) elektrisch leitfähig verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Anliegens der Hochspannung zusätzlich ein Leckstrom zwischen der elektrisch leitfähigen Platte (6) und den Solarzellen (4) gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zu prüfende Solarmodul (1) zunächst aus einer elektrischen Verschaltung des Solarmodulverbundes gelöst wird und die verbleibenden Solarmodule des Solarmodulverbundes an dieser Stelle wieder elektrisch miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz einer Heizeinrichtung (10) die Stromversorgung für die Heizeinrichtung (10) durch die übrigen Solarmodule erfolgt.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die wenigstens – eine elektrisch leitfähige Platte (6), die über ein Verbindungskabel mit Erdpotential verbindbar ist, – eine mobile Hochspannungsversorgung (8), die mit der elektrisch leitfähigen Platte (6) und einem von wenigstens zwei elektrischen Anschlüssen eines Solarmoduls (1) verbindbar ist, und – eine Messeinrichtung (9) aufweist, die mit den beiden elektrischen Anschlüssen des Solarmoduls (1) verbindbar ist und bei Anliegen einer Hochspannung zwischen der elektrisch leitfähigen Platte (6) und dem einen der elektrischen Anschlüsse des Solarmoduls (1) eine Messung eines Parallelwiderstandes und/oder einer Strom-Spannungskennlinie des Solarmoduls (1) ermöglicht.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Platte (6) eine Größe aufweist, die zwischen 145 cm × 90 cm und 160 cm × 100 cm liegt.
Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Platte (6) eine integrierte Heizeinrichtung (10) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungskabel zwischen der mobilen Hochspannungsversorgung (8) und/oder der Messeinrichtung (9) und den elektrischen Anschlüssen des Solarmoduls (1) einen Photovoltaik-Stecker oder eine Photovoltaik-Buchse für den Anschluss an das Solarmodul (1) aufweisen.