Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP
Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP
Solarmodule
© Fraunhofer CSP
Photovoltaik-Park mit verschiedenen Solarmodulen für Versuchszwecke am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP.

KI für Zustandsanalyse und -vorhersage von Photovoltaik-Systemen

Eine automatisierte Zustandsüberwachung von Photovoltaik-Systemen durch den Einsatz von Methoden der Künstlichen Intelligenz wird derzeit am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP entwickelt. Damit können Defekte frühzeitig entdeckt und der Wartungsaufwand in PV-Systemen gesenkt werden.

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Zustandsanalyse von PV-Modulen

Zustandsanalyse Zellrisse
© Fraunhofer CSP
Die als "Schneckenspuren" bekannten dunklen Verfärbungen auf Solarmodulen (links) und die ihnen entsprechenden Riss in den Solarzellen (rechts) sind zentrale Punkte der Zustandsanalyse.

Die Zustandsanalyse von Solarmodulen ist eine zentrale Aufgabe während der Zuverlässigkeits- und Lebensdauerbewertung von Solarmodulen sowie der Beurteilung von Feldrückläufern. Hierzu wird eine umfangreiche Leistungspalette angeboten, mit der wir auf individuelle Kundenwünsche eingehen können. Zur Charakterisierung Ihrer Solarmodule bieten wir dabei nachfolgende Leistungen:

Leistungen

  • Elektrolumineszenz
  • Thermografie
  • Leistungsmessung von Solarmodulen nach IEC 61215:2016
  • Demontage von Solarmodulen für die Fehleranalyse
  • Lichtmikroskopie an Solarmodulen für die Fehleranalyse
  • Leistungsbewertung im Freifeld
  • Isolationstest nach IEC 61215:2016 MQT 03
  • Kriechstromprüfung unter Benässung nach IEC 61215:2016 MQT 15
  • Hot-Spot Dauerprüfung nach IEC 61215:2016 MQT 09

Beispiele

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Quasistatische Universalprüfmaschine
© Fraunhofer CSP
Mit der quasistatischen Universalprüfmaschine lassen sich die Auswirkungen mechanischer Belastungen wie Schnee oder Wind auf Solarmodule und Komponenten simulieren.

Mechanische Charakterisierung

Solarmodule müssen im Einsatz einer Reihe äußerer Belastungen wie Wind, Schnee und Temperaturwechseln standhalten. Diese Belastungen verursachen in den Komponenten der Solarmodule hohe Beanspruchungen und können zu Schäden und Defekten führen. Dank umfassender Kompetenzen in der Mechanik von Werkstoffen sind wir in der Lage, das Verhalten von Solarmodulen und Modulkomponenten systematisch zu untersuchen.

Elektrolumineszenz-Aufnahme PID
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Elektrolumineszenz-Aufnahme eines von PID betroffenen Solarmoduls.

High Voltage Stress Test (HVST) und Potenzialinduzierte Degradation (PID)

In den letzten Jahren sind bei Installationen mit hoher Systemspannung und trafolosen Wechselrichtern vermehrt Degradationen von Solarmodulen aufgetreten, deren Zellen hohe negative Spannung gegenüber der Erde aufweisen. Dieser Effekt wird als potenzialinduzierte Degradation (PID) bezeichnet. Die beobachtete Leistungsdegradation an PV-Kraftwerken kann dabei mehr als 30 Prozent betragen. Mit zunehmender zulässiger Systemspannung bis zu 1500 V und der Erschließung äquatornaher Standorte für die solare Stromgewinnung ist davon auszugehen, dass dieser Effekt an Bedeutung gewinnt. 

Hot-Spot-Detektion
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Mithilfe von Elektrolumineszenz-Untersuchungen lassen sich die elektrisch aktiven und weniger aktiven Bereiche im Modul identifizieren (links). Thermografische Methoden (rechts) ermöglichen zudem die Hot-Spot-Detektion.

Elektroluminszenz- und Thermografieuntersuchungen

Zerstörungsfreie Methoden stehen meist am Anfang einer Fehleranalyse. Sie ermöglichen die Einordnung von Defekten hinsichtlich elektrischer Relevanz und erlauben eine erste Einschätzung der Art des Defektes. Nicht zuletzt ist eine erste Lokalisierung des Defektursprungs möglich.
So lassen sich mittels Elektrolumineszenz die elektrisch aktiven und weniger aktiven Bereiche im Modul (z.B. in Folge von Zellbruch, Verbinderbruch, Lichtdegradation) unterscheiden und Parallelwiderstandsprobleme (z.B. in Folge von PID, Kurzschlüssen, Lichtdegradation) untersuchen.
Thermografische Methoden ermöglichen darüber hinaus die Identifikation von Serienwiderstandsproblemen und die Hot-Spot-Detektion.