Hot-Spot-Effekt und Gegenmaßnahmen bei Dünnschicht-Photovoltaikmodulen

Mit der rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technik hat sich die Photovoltaik-Technologie im In- und Ausland weit verbreitet. Ihre Anwendungsbereiche sind vielfältig und weit gefächert, beispielsweise Gebäudeintegration und Photovoltaik-Straßenbeleuchtung. Dabei kommt es unweigerlich vor, dass Gebäude, Baumschatten, Schornsteine, Staub, Wolken usw. die Solarzellen beeinträchtigen. Daher stellt sich die Frage, wie stark diese Einflüsse die Effizienz der Solarzellen beeinträchtigen und wie sich dieses Problem lösen lässt.

In der Praxis werden Solarzellen in der Regel in Reihe oder parallel mit mehreren Batteriekomponenten geschaltet, um die gewünschte Spannung oder den gewünschten Strom zu erzielen. Für einen hohen Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung müssen alle Zellen im Modul ähnliche Eigenschaften aufweisen. Im Betrieb können einzelne oder mehrere Batterien jedoch Abweichungen aufweisen, beispielsweise durch Risse, interne Verbindungsfehler oder Verschattung. Dadurch weichen ihre Eigenschaften vom Gesamtwert ab. Unter normalen Lichtverhältnissen wandelt sich die verschattete Photovoltaikzelle in einem Reihenzweig von einer Stromerzeugungs- zu einer Stromverbrauchseinheit. Die verschattete Zelle trägt dann nicht nur nicht zur Gesamtleistung des Moduls bei, sondern verbraucht auch den von den anderen Batterien erzeugten Strom. Bei Überhitzung erzeugt sie Wärme – den sogenannten Hotspot-Effekt.

Im Vergleich zu kristallinem Silizium ist die Schichtdicke von amorphen Silizium-Dünnschichtbatterien relativ gleichmäßig, die Stromanpassung der einzelnen Subzellen ist gut und es treten keine Risse oder versteckten Risse auf. Dank exzellenter Fertigungstechnologie und eines strengen Qualitätskontrollsystems für die Herstellung von amorphen Silizium-Photovoltaikmodulen kommt es nahezu zu keinem internen Verbindungsfehler in den einzelnen Subzellen des Dünnschichtmoduls. Darüber hinaus kann bei kristallinen Silizium-Solarzellen bereits eine geringe Verschattung zu hohen Leistungsverlusten und einer Überhitzung der Komponenten führen, was deren Durchbrennen und sogar einen Großbrand zur Folge haben kann. Die Stromdichte von amorphen Silizium-Dünnschichtzellen ist hingegen gering, und auch bei Dünnschichtbatterien ist die Verschattung zwar spürbar, aber deutlich weniger stark ausgeprägt als bei kristallinen Siliziumbatterien.

Für den Hot-Spot-Effekt von Dünnschicht-Photovoltaikprodukten hat die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) strenge Zertifizierungsprüfstandards formuliert. Die Produkte müssen dem Hot-Spot-Test unter extremen Bedingungen standhalten. Nach bestandenem Hot-Spot-Dauertest wird das Dünnschicht-Photovoltaikmodul zunächst einer Sichtprüfung unterzogen. Dabei werden Risse, Blasen oder Delaminationen dokumentiert. Werden schwerwiegende, in der Norm spezifizierte optische Mängel festgestellt, wie z. B.: Bruch, Riss, Verbiegung, unregelmäßige oder beschädigte Außenfläche; eine Dünnschichtschicht im effektiven Arbeitsbereich des Moduls, die mehr als 10 % der Zellfläche betrifft; sichtbare Korrosion; Bildung von durchgehenden Blasen oder Delaminationen zwischen dem Rand des Bauteils und Teilen der Schaltung; Verlust der mechanischen Integrität, der die Installation oder den Betrieb des Bauteils beeinträchtigt, gilt das Modul als nicht qualifiziert. Wenn optische Mängel vorliegen, die jedoch nicht zu den oben genannten schwerwiegenden Mängeln zählen (z. B. Fehlstellen und sichtbare Korrosion in den Filmschichten im effektiven Arbeitsbereich des Bauteils, sichtbare Korrosion an den Ausgangsleitungen usw.), sind diese zu fotografieren und zu dokumentieren. Zeigt der Test in nachfolgenden Prüfungen keine Auswirkungen, gilt das Dünnschicht-Photovoltaikmodul als erfolgreich im Hot-Spot-Test. Andernfalls werden zwei weitere Module für einen erneuten Hot-Spot-Test ausgewählt. Darüber hinaus darf die Dämpfung der maximalen Ausgangsleistung des Moduls unter Standardtestbedingungen 5 % des Ausgangswerts vor der Prüfung nicht überschreiten; der Isolationswiderstand muss den Anforderungen der Erstprüfung entsprechen.

Kunden können sich darauf verlassen, dass viele inländische Hersteller von Dünnschichtmodulen, darunter auch Pule New Energy, die weltweit strengsten und maßgeblichsten Zertifizierungen für Produktleistung und -sicherheit bestanden haben. Es ist zu beachten, dass bei der Planung, dem Bau und der netzgekoppelten Nutzung von Photovoltaikanlagen die Auswirkungen von Verschattung unbedingt berücksichtigt werden müssen. Die Beeinträchtigung der Photovoltaikanlage wird dadurch minimiert.