Experimentelle Bestimmung der In-Laminat Ermüdung

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a) Messanordnung für Ermüdungstests an Minimodulen, b) Lastprofil, c) Stromverlauf während des Tests, d) EL-Aufnahmen nach definierten Zyklen.

In einem kristallinen Solarmodul werden die Zellen durch Solarzellenverbinder (verzinnte Kupferbändchen) in Reihe geschaltet. Die Ermüdung der Verbinder ist ein kritischer Fehler für das Solarmodul, da die Zellverbindung einen direkten Einfluss auf den Serienwiderstand besitzt. Verbinderbrüche können damit zu Leistungsverlust, lokal erhöhten Temperaturen bis hin zur Lichtbogenentstehung führen.

Eine Belastung der Verbinder entsteht durch Relativverschiebungen der Zellen zueinander, aufgrund von Temperaturänderungen oder mechanischer Belastung. Die Größe der Verschiebungen und deren Häufigkeit sind u. a. abhängig von der Klimaregion sowie der Art der Installation und beeinflussen damit die Lebensdauer des Solarmoduls. Die Erschließung neuer Märkte in extremen Klimaten (z.B. Wüsten) und die damit verbundenen unterschiedlichen Belastungen erfordern von der Solarindustrie eine Erweiterung der bisher vereinzelt vorhandenen empirischen Erkenntnisse zur Verbinderermüdung. Das Fraunhofer CSP beschäftigt sich mit der Charakterisierung des Verbindermaterials und Verbinderermüdung im Solarmodullaminat mit experimentellen Methoden und numerischer Simulationen.

Die Gruppe Zuverlässigkeit von Solarmodulen und Systemen hat einen Prüfaufbau für zyklische mechanische Tests an Minimodulen im Vierpunktbiegeaufbau entwickelt. Die Anordnung ermöglicht eine in-situ Strommessung und regelmäßige Elektrolumineszenzaufnahmen (EL) während der verschiedenen Laststufen. Die EL-Aufnahmen erlauben die Identifikation des gebrochenen Verbinders und gegebenenfalls des Auftretens von Zellbruch. Mit Hilfe von FE-Simulationen wurde das Lastniveau für die Minimodulprüfkörper so justiert, dass im verwendeten Laminatprüfkörper eine vergleichbare Zellverschiebung erzeugt wird, wie eine mechanische Last von ±1000 Pa (aktueller Normvorschlag für die dynamische Prüfung) auf einem Standard 60-Zellen Modul hervorruft.

Auf diese Weise kann die Verbinderermüdung im Modullaminat sehr viel schneller charakterisiert werden, was eine ökonomischeren Vergleich verschiedener Verbindermaterialien, Geometrien und ihre Abhängigkeit vom Modulproduktionsprozess und anderer Modulkomponenten ermöglicht.