Partner-Beitrag der Envaris GmbH, Service-Dienstleister für Photovoltaik-Anlagen
Welche Bedeutung hat die Elektrolumineszenz-Prüfung für die Photovoltaik und was ist das eigentlich? Bei Wikipedia heißt es: “Elektrolumineszenz (EL), auch Destriau-Effekt genannt, ist eine Form der Lumineszenz, bei der ein Festkörper durch Anlegen eines elektrischen Feldes bzw. einer elektrischen Spannung dazu angeregt wird, elektromagnetische Strahlung, z. B. in Form von Licht, zu emittieren.”
Bei Photovoltaikmodulen wird der eigentliche Prozess einfach um gekehrt, statt Strom zu erzeugen werden die Module unter Strom gesetzt und somit zum lumineszieren gebracht. Beschädigungen im Modul auf Zell-Ebene werden sichtbar.
Verwendung findet diese Technik vor allem in der Qualitätskontrolle. Hersteller kontrollieren vor dem Warenausgang und Großhändler beim Wareneingang. Seit einiger Zeit werden Elektrolumineszenz-Aufnahmen jedoch auch bei der Abnahme von Solarparks eingesetzt, um mögliche Montageschäden aufzuspüren, oder für die Fehlersuche an Solarmodulen von Gutachtern und Photovoltaik-Serviceunternehmen nach Schäden. Dienstleister wie die ENVARIS GmbH aus Berlin bieten mobile Geräte an, mit denen Photovoltaikmodule, z.B. nach Hagel- oder Sturmschäden, vor Ort ohne Demontage der Module kontrolliert werden können.
Fehler bei der Elektrolumineszenz-Prüfung
1.) Mikrorisse
Mikroriss eines monokristallinen Moduls, Quelle: ENVARIS Partner greateyes
Als Mikrorisse bezeichnet man Brüche oder Risse in kristallinen Solarzellen, die erst mit Hilfe der EL für das Auge sichtbar werden. Zum Zeitpunkt der Detektion haben die Brüche bzw. Risse noch keinen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Zelle.
Wird der erzeugte Strom einer Solarzelle über die Rückseitenkontaktierung und die frontseitig aufgedruckten Kontaktflächen über die gesamte Zellseite abgeleitet, müssen diese Risse keinen direkten Einfluss auf die Modulleistung haben. Jedoch können derartige Risse ein Indikator für die Qualität und die Langlebigkeit der Module sein.
Ein Solarmodul ist während seines 20jährigen Betriebs neben starken und schnellen Temperaturschwankungen, Wind- und Schneelasten auch starker Feuchtigkeit ausgesetzt. Aufgrund der jeweiligen Bedingungen vor Ort können sich Mikrorisse eventuell weiter ausbreiten und sogar zu Zellbrüchen führen.
2.) Zellbrüche
Zellbruch, Quelle: ENVARIS Partner greateyes
Zellbrüche sind die Fortführung von Mikrorissen. Wenn Mikrorisse die Zelle brechen und die Kontaktfinger abtrennen, führt dies zu elektrisch isolierten Bereichen. Hier spricht man von Zellbrüchen. Da in den elektrisch isolierten Bereichen kein Strom fließt, werden diese Bereiche nicht zum Leuchten (Lumineszieren) angeregt und sind auf dem EL-Bild als schwarze oder sehr dunkle Bereiche leicht zu erkennen.
Ebenso wie Mikrorisse können Zellbrüche sowohl in der Produktion, als auch bei dem Transport und der Montage der Module entstehen. Da in vielen Produktionslinien alle Module vorab per EL überprüft werden, kann die Auslieferung von beschädigten Modulen auf ein Minimum reduziert werden. Durch die meist langen Transportwege, angefangen von der Produktionsstätte bis hin zur Baustelle und der anschließenden Montage der Module, besteht die Gefahr, dass Brüche in den Zellen entstehen können. Aus diesem Grund werden bei größeren Projekten und vielen Großhändlern Wareneingangsprüfungen mit EL-Geräten zur Qualitätssicherung durchgeführt.
3.) Fingerdefekte
Fingerdefekte, Quelle: ENVARIS Partner MBJ Services
Feine Leiterbahnen auf der Zelloberfläche, die zur Ableitung der produzierten Ströme dienen, nennt man Kontaktfinger. Diese werden im Siebdruckverfahren auf die Zellen aufgebracht. Jedoch können dabei kleine Lücken zwischen den Leitern entstehen, die die elektrische Leitfähigkeit unterbrechen. Das führt dazu, dass der Strom in diesen Bereichen nicht vollständig abgeführt werden kann. Da auch im umgekehrten Betrieb der Stromfluss in diesen Bereichen gehemmt ist, können solche Fingerdefekte auf dem EL-Bild als schmale schwarze Bereiche leicht erkannt werden.
Einzelne Fingerdefekte haben allerdings noch keinen messbaren Einfluss auf die Leistung eines Moduls. Erst wenn diese in einem großen Umfang auftreten, ist hier mit Leistungseinbußen zu rechnen. In diesem Fall ist eine zusätzliche Leistungsmessung zur Qualitätsbeurteilung der Module ratsam.
4.) Kantendefekte / Shunts
Shunts, Quelle: ENVARIS Partner MBJ Services
Bei der Herstellung von Solarzellen kommt es immer wieder zu lokalen Kurzschlüssen zwischen der Zellober- und der -unterseite. Jedoch sind diese häufig so gering, dass kaum Auswirkungen auf die Leistung erkennbar sind.
Diese Shunts treten in größerer Ausprägung an den Zellkanten auf.
Aufgrund des verbesserten Stromflusses erscheinen sie als helle Bereiche in dem EL-Bild und werden in diesem Zusammenhang häufig als Kantendefekte bezeichnet.
5.) Inhomogenitäten
Inhomogenitäten, Quelle: ENVARIS Partner MBJ Services
Häufig sind bei Elektrolumineszenz-Aufnahmen deutliche Helligkeitsunterschiede zwischen verschiedenen Zellen oder innerhalb einer einzelnen Zelle zu erkennen. Je nach Ausprägung dieser Phänomene werden sie als Inhomogenitäten bezeichnet. Die Gründe für die Phänomene sind jedoch sehr unterschiedlich.
Die Ursache für deutliche Helligkeitsunterschiede zwischen den Zellen liegt in der Regel an den leicht unterschiedlichen Leistungen der einzelnen Zellen. Daraus lässt sich jedoch noch keine Aussage über eine verringerte Modulleistung treffen. Das ist nur mittels einer zusätzlichen Leistungsmessung möglich. Bei starken Helligkeitsunterschieden innerhalb einer einzelnen Zelle liegen die Ursachen meistens an dem verwendeten Zellmaterial. Auch hier kann nicht auf eine verringerte Leistung des Moduls ohne abschließende Leistungsmessung geschlossen werden.
Der Servicedienstleiter ENVARIS bietet im Zuge der EL zwei unterschiedliche Methoden an. Mit einem mobilen Gerät können Photovoltaik-Module ohne Demontage schnell und effizient auf mögliche Schäden oder Auffälligkeiten untersucht werden. Sind größere Mengen an Modulen zu bearbeiten, ziehen die ENVARIS-Experten den Einsatz eines mobilen Testcenters vor. Dieses hat den großen Vorteil, dass Module neben der EL-Prüfung gleichzeitig einer Leistungsmessung und Thermografie-Aufnahme unterzogen werden können. Dafür müssen die Module jedoch im nicht installierten Zustand sein.
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