Wendlandt, Stefan

Arbeitstitel

Schnelle Hot-Spot-Analyse an Photovoltaik-Modulen

Betreuung

Prof. Dr.-Ing. Julia Kowal, TU Berlin; Prof. Dr.-Ing. Volker Quaschning, HTW Berlin

Abstract

Ziel der Promotion ist es, ein in-line-fähiges Messverfahren zur Bewertung des Hot-Spot-Risikos an PV-Modulen zu entwickeln. Dies bedeutet, sich mit der Grundlage des Hot-Spot-Effekts, der Verfahrensentwicklung, der Bewertung einzelner Zell- und Modulfehler bezüglich des Hot-Spot-Risikos sowie der Validierung und Klassisierung des Verfahrens wissenschaftlich auseinanderzusetzen.

Der Bedarf an einem solchen Verfahren kann mit dem dynamischen, sich ständig weiterentwickelnden Photovoltaik-Markt begründet werden. Daraus ergibt sich, dass die Modulhersteller unter dem Zwang stehen, die Kosten bei gleicher bzw. steigender Qualität zu senken. Eine Kostensenkungsmöglichkeit ist dabei der Einsatz kristalliner Solarzellen aus „upgraded metallurgical grade silicium“ (UMG-Silizium), oder auch „photovoltaic grade silicium“ (PVG-Silizium) genannt. Durch den größeren Volumenanteil an Verunreinigungen zeigen sich in Rückwärtsrichtung höhere Dunkelströme sowie verfrühte Durchbruchsspannungen. In Folge dessen können bei Teilverschattung des Moduls lokale Überhitzungen auftreten, die. Diese Überhitzungen können die Solarzelle und die Modulverkapselung irreversibel zerstören und somit einen Modulausfall bewirken. Neben der Materialqualität können auch Zellbrüche und -risse sowie Material- oder Metallisierungsfehler das Hot-Spot Risiko erhöhen.

Ein weiteres hohes Potenzial zur Kostenreduktion bringt die Dünnschicht-Photovoltaik-Technologie. Grundsätzlich lässt sich über das Hot-Spot-Risiko bei Dünnschichtmodulen sagen, dass dieses dem von unreinerem kristallinen Silizium bei der Dickschichttechnologie ähnelt. Das bedeutet, dass die Diodencharakteristik von Dünnschichtzellen in Rückwärtsrichtung aufgrund der herstellungsbedingten kleinkörnigeren Kristallstruktur schlechter ist und somit weniger sperrend wirkt. Verstärkt wird das durch herstellungsbedingte Materialgüte- und Schichtdickeninhomogenitäten der Absorberschichten. Daraus folgend unterscheiden sich die lokalen optischen und elektrischen Eigenschaften des Absorbers, so auch die des elektrischen Parallelwiderstandes des Halbleiters. Unterschreitet dieser einen technologieabhängigen Wert kann es im Abschattungsfall ebenfalls zu lokalen Überhitzungen kommen. Im Unterschied zu Dickschichtmodulen kann es bei Dünnschichtmodulen durch zu starke Temperaturgradienten neben dem elektrischen Totalausfall auch zu einem Glasbruch kommen, was wiederum ein immenses Sicherheitsrisiko darstellt.