Degradation von Solarmodulen
Leistungsverlust bei PV-Modulen durch verschiedene Arten der Degradation
Solarmodule verlieren im Laufe der Zeit an Leistung – ein natürlicher Prozess, der als Degradation bezeichnet wird. Doch was genau steckt dahinter, und welche Faktoren beschleunigen diesen Effekt? In diesem Beitrag erfahren Sie, wie sich die Arten der Degradation voneinander unterscheiden und wie man ihnen entgegenwirken kann.
Inhaltsverzeichnis
Was ist Degradation?
Unter Degradation versteht man den Vorgang, der im Lauf der Zeit zu einer Leistungsminderung bei Solarmodulen führt. Degradation unterscheidet sich von anderen einschränkenden Faktoren wie zum Beispiel einer Verschattung dadurch, dass es sich um eine permanente Veränderung der PV-Module handelt. Äußere Einflüsse können den Degradationsprozess verstärken.
Es wird zwischen folgenden Arten der Degradation unterschieden:
- Lichtinduzierte Degradation (LID)
- Potenzialinduzierte Degradation (PID)
- Alterungsbedingte Degradation
Lichtinduzierte Degradation (LID)
Die lichtinduzierte Degradation, auch Anfangsdegradation genannt, tritt insbesondere bei P-Type, beziehungsweise Perc Modulen auf. Bei N-Type Modulen fällt die Anfangsdegradation aufgrund anderer Materialzusammensetzung geringer aus.
Die Degradation beginnt, wenn die Solarmodule das erste Mal mit UV-Licht in Berührung kommen: Die aufgenommene Energie sorgt für atomare Bewegungen in den Siliziumzellen. Die enthaltenen Bor-Sauerstoff-Komplexe werden abgesättigt und infolgedessen verliert die Zelle an Zellspannung. Die erstmalige Sonneneinstrahlung verringert also die Leitfähigkeit des Solarmoduls. Der Degradationsprozess dauert hier über etwa 1.000 Betriebsstunden an, danach stabilisiert sich der Wirkungsgrad und bleibt auf einem konstanten Level. Einmal gesättigt, tritt die Lichtinduzierte Degradation kein weiteres Mal auf.
Bei einem Kauf von Solarmodulen jeglicher Art ist die Sorge über das Eintreten einer lichtinduzierten Degradation jedoch unbegründet. Der Leistungsverlust, der durch die lichtinduzierte Degradation entsteht, wird von den Herstellern in den Leistungsangaben des Solarmoduls bereits berücksichtigt!
Alle Leistungsangaben zu den Solarmodulen finden Sie in den dazugehörigen Datenblättern bei uns im Webshop.
Potenzialinduzierte Degradation (PID)
Die potenzialinduzierte Degradation entsteht durch Installationsfehler und kann die Leistung der Module sogar um ein Drittel beeinträchtigen.
Sie tritt bei Modulen auf, die in nicht geerdeten Anlagen unter negativer Spannung verbaut sind. Dies passiert vor allem bei Anlagen mit hoher Systemspannung, dementsprechend ist auch von einer spannungsinduzierten Degradation die Rede.
Durch eine PID entsteht ein Potenzialunterschied zwischen Zellen und Rahmen. Es bewegen sich Ladungsträger in den Modulen, was zu Leistungseinbußen führt.
Fälle von PID kommen bei N-Type Modulen so gut wie gar nicht mehr vor und haben bei neuen Modulen abgenommen, da sie durch die Hersteller ausreichend auf PID-Resistenz getestet werden. Um sich vollends abzusichern, können Wechselrichter verbaut werden, die zur Erdung des positiven bzw. negativen Poles fähig sind.
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Altersbedingte Degradation
Bei der altersbedingten Degradation weisen die Module im Laufe der Zeit natürliche Alterserscheinungen auf. Dies passiert durch den Einfluss von äußeren Faktoren wie Verschmutzung oder die Alterung einzelner Elemente in den Solarzellen. Durch diese Faktoren werden chemische Reaktionen begünstigt: Im Halbleiter-Material der Solarmodule entstehen kristalline Verhärtungen. Durch interkristalline Rekombinationsvorgänge wird der Elektronenfluss eingeschränkt. Die Leitfähigkeit verschlechtert sich also.
Dem Alterungseffekt ist nur schwer entgegenzuwirken. Zu empfehlen ist jedoch, die Photovoltaikanlage regelmäßig professionell reinigen zu lassen. Dies gilt vor allem für PV-Anlagen, die durch Laub oder Staub besonders oft Verschmutzungen erleiden. Insbesondere auf Solaranlagen mit flachen Aufstellwinkeln kann sich Schmutz besonders gut ansammeln.
Zusätzlich zur altersbedingten Degradation erfahren Module auch Leistungsveränderung durch Stress am Material, was sich oftmals nicht vermeiden lässt:
- Der elektrische Übergang der Solarzellen im Modul wird gelötet und diese Zellverbindungen bedeuten elektrische Verluste.
- Äußere Einflüsse wie Temperaturschwankungen und starke Wetterereignisse wirken sich auf den Alterungsprozess und die Leistung aus.
- Verbauter Kunststoff, wie beispielsweise in Glas-Folien-Modulen, erfährt ebenfalls einen UV-bedingten Alterungsprozess. Die Folgen sind Delamination und Leistungsminderung.
Solarmodulhersteller sind sich der altersbedingten Degradation bewusst und geben daher häufig entsprechende Leistungsgarantien von bis zu 30 Jahren, obwohl die Lebensdauer der Module normalerweise darüber liegt. Außerdem wird viel in Forschung und Entwicklung investiert, um Module noch leistungsstärker zu machen. Inzwischen werden beispielsweise Solarmodule mit mehr Busbars hergestellt, was die Leistung der Module steigert. Außerdem wird anstatt des verarbeiteten Siliziums mit verschiedenen Klebesystemen experimentiert, um Übergangsverluste zu vermeiden.
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