PHOTOVOLTAIK-INSTITUT BERLIN Mechanische Belastungsuntersuchungen Testsequenz und Probenaufbau PHOTOVOLTAIK-INSTITUT BERLIN Verschattungstoleranz UNTERSUCHUNGEN AN GESCHINDELTEN PHOTOVOLTAIK MODULEN Stefan Wendlandt PI Photovoltaik-Institut Berlin AG, Wrangelstr. 100, D-10997 Berlin, Germany, Phone: +49 (30) 814 52 64-205, mail: wendlandt@pi-berlin.com 2017.03.08-V1.0 © PI Berlin Zusammenfassung Einleitung In den letzten Jahren rückte das Design von Photovoltaikmodulen und deren Effizienzsteigerung immer mehr in den Forschungsschwerpunkt. Ein wichtiger Parameter ist dabei die Optimierung der Zellkontaktierung, da sie den Serienwiderstand und die Leistungsabgabe bei höheren Bestrahlungsstärken beeinflusst. Ein neuartiger Verbindungsansatz ist das Schindeln von Solarzellen. Geschindelte Module können hohe CTM-Werte (Cell-to-Module) erreichen. Diese Art der Verbindung ermöglicht gleichwohl mehr Möglichkeiten beim Design vom elektrischen Layout. Der Schlüssel beim Schindeln liegt jedoch in den Eigenschaften der elektrisch-leitfähigen Klebstoffe (ECA). Er muss gleichzeitig leitfähig und mechanisch flexibel sein. In dieser Arbeit haben wir die Langzeitstabilität von kommerziellen geschindelten PV-Modulen untersucht. Dafür haben wir eine spezielle Testsequenz erstellt. Unsere Ergebnisse konzentrieren sich auf die mechanische Stabilität durch Anwendung verschiedener Stresstests sowie die elektrische Leistung bei unterschiedlichen Verschattungen. Der Aufsatz endet mit einer Schwachstellenanalyse der derzeit verfügbaren geschindelten PV-Panels mit unterschiedlichen elektrischen Layouts. Wir haben verschiedene handelsübliche Schindelmodule charakterisiert und beansprucht. Dabei haben wir uns auf die mechanische Stabilität konzentriert. Wir haben einen klaren Zusammenhang zwischen der Belastung bei kurzen und langen geschindelten Zellstrings beobachtet. Während der Biegetest einen vernachlässigbaren mechanischen Einfluss auf die Module hat, hat der ML-Test einen großen Einfluss auf die Moduldesigns mit langen Zellstrings. Dort ist der Krafteinfluss aufgrund der Lage der gebrochenen Zellen deutlich sichtbar. Bei den Modulen mit den kurzen Strings ist quasi kein Einfluss sichtbar. Dies kann mit der Kraftabsorption des ECA und des Verkapselungsmaterials aufgrund seiner Elastizität und der kurzen Kantenlänge der Zellen in Richtung der Krafteinwirkung beschrieben werden. Wir möchten daher darauf hinweisen, dass der begrenzende Spannungsfaktor die Zugfestigkeit der ECA und des Verkapselungsmaterials ist. Weiterhin zeigte die Verschaltung von Brand „E“ (kurze-parallele Stränge) die beste Verschattungstoleranz und damit die höchste elektrische relative Leistungsabgabe. Dies kann durch die Zellblockaufteilung sowie die geringere Anzahl von Solarzellen pro Bypass-Dioden begründet werden. ACKNOWLEDGEMENTS: Dieses Projekt wurde mit Mitteln aus dem Horizon2020-Programm der Europäischen Union für Forschung, technologische Entwicklung und Demonstration unter der Grant Agreement Nr. 857793 (HighLite) gefördert. Abbildung 1: In unserem ersten Versuch wollten wir wissen, ob und welchen Einfluss die unterschiedlichen Verschaltungen auf die elektrische Leistung bei Verschattung haben. Dafür haben wir uns fünf unterschiedliche Verschattungsszenarien überlegt. Abbildung 2: Relative Leistungsverluste pro Verschattungsszenario darstellt über das Verhältnis verschattete Fläche zu Modulfläche gezeigt für vier der fünf Szenarien. Abbildung 5: EL-Bilder (@Isc) aller Hersteller nach den jeweiligen Tests. Auffällig ist das Modul „D“ schon initial Kontaktierungsprobleme aufzeigt. Weiterhin ist erkennbar, dass der Bending-Test keinen relevanten Schaden auf die Module ausübt. Anders hingegen beim mechanischen Belastungstest, hier sind bei den Modulen mit vertikalen Strängen („A“ und „D“), starke Zellbrüche ersichtlich. Es wird vermutet, dass die Zellen quasi zerrissen wurden, da anders als bei Brand „B“ und „C“ das ECA die Scherkräfte absorbieren kann. Mit anderen Worten