[1]Bei einem Spaziergang über unsere Testanlage kann man tief in die Geschichte der Photovoltaik eintauchen. Module aus vielen Generationen, einige bereits anderthalb Jahrzehnte alt, zeigen, wie sich die Technologie verändert hat. In einer Blogserie stellt Gastautor und Produktmanager René Schüler besondere Testobjekte vor und liefert Hintergrundwissen zu Zelltechnologien und typischen Alterungseffekten. Den Anfang macht ein Vergleich zwischen polykristallinen Modulen von 2004 und 2018.
Unsere firmeneigene Photovoltaik-Testanlage betreiben wir seit 2004 auf einer ehemaligen Deponie am Rand von Bad Staffelstein in Oberfranken. Die Gesamttestfläche erstreckt sich derzeit auf 3.000 m². Die Volleinspeiseanlage ist in 4 Teilbereiche unterteilt. Auf insgesamt 11 Modulreihen sind aktuell 62 Einzelsysteme installiert. Zur Vergleichbarkeit der Einzelsysteme untereinander wurden gleiche Kabellängen zu den WR-Bänken sowie eine Systemgröße von 1,5 kWp ausgewählt. In der Regel ergibt sich somit eine Modulanzahl von 6 Stück pro System. Durch die Verwendung von verschiedenen Technologien und Moduldesigns kann aber die Anzahl der Module zwischen 4 und 25 Stück im Sonderfall variieren.
Eigen- und Fremdmarken auf den Zahn gefühlt
Die Untersuchungen auf der Testanlage ergänzen die internen/externen Qualitätsuntersuchungen für die Module [2] unserer Eigenmarke, der IBC SOLAR Line [3], und bieten außerdem die Möglichkeit, Module verschiedenster Hersteller unter realen Betriebsbedingungen sowohl elektrisch als auch visuell zu analysieren. Seit einigen Jahren ist der Fokus der Untersuchungen aufgrund der konzentrierten Marktnachfrage nur noch auf polykristalline und monokristalline Solarmodule für die anschließende Produkteinführung ausgerichtet. Andere Halbleiterkonzepte, aufbauend auf CdTe (ll-Vl); CIS/CIGS (l-lll-Vl) und (a-Si)/(µc-Si), also landläufig: Dünnschichtmodule, sind aber auch weiterhin auf der Testanlage zu finden und werden offiziell mitgemessen. Als „Relikte einer anderen Zeit“ dienen sie allerdings nur noch internen Untersuchungen und als Anschauungsobjekte.
In den letzten 14 Jahren konnten umfassende Analysen mit Hilfe der Testanlage durchgeführt werden. Die damit gemachten Erfahrungen flossen sowohl in die Produktentwicklung bei IBC SOLAR ein, wurden aber auch im Rahmen der Partnerschaften an die jeweiligen Hersteller weitergegeben. Wir haben damit weltweit einen Beitrag zur stetigen Produktoptimierung bei Zell- und Modulherstellern, aber auch bei Kabel- und Steckerherstellern geleistet.
[4]Korngrenzen damals und heute
Bereits ein optischer Vergleich zwischen einem älteren Poly-Modul (installiert Dezember 2004 mit 150 Wp) mit einem aktuellen Poly-Modul (installiert Juni 2018 mit 285 Wp) zeigt exemplarisch die Entwicklung in den letzten 15 Jahren im c-Si Bereich. Die damals noch deutlich sichtbaren Korngrenzen sind bei heutigen Poly-Modulen nur noch bei detaillierter Nahbetrachtung sichtbar. Auf Grund des Schneideprozesses der Waferblöcke mittels Diamantdrahtsägeverfahren (DWC) sind diese Strukturen seit 2017 wieder etwas deutlicher zu erkennen. Durch die Verwendung von angepassten Texturierungen wie z.B. Nanotexturierungen die bei der speziellen Ausgangsvariante „Black Silicon“ notwendig ist (wie bei dem Modul auf der rechten Seite), kann der Einfluss allerdings absorbiert werden. Optisch ergibt sich so eine Annäherung an die homogene, dunkelblaue Zellfarbe der Mono-Module.
PERC-Konzept und geschrumpfte Rahmen
Die ersten Zellmaße auf der Testanlage betrugen 125 mm x 125 mm (5 inch) und basierten auf 2 Leiterbahnen (Busbars = BB). Beim ältesten Modul auf der Testanlage dem „IBC 120 S“, installiert Dezember 2004, betrug das Maß sogar nur 114 x 114 mm mit 2 BB. Die im Sommer 2018 installierten Poly-Module basieren auf einem optimierten Zellkonzept mit einer di-elektrischen Rückseitenpassivierung. Bei dem sogenannten PERC-Konzept durchdringen die lokalen Aluminumkontakte an der Rückseite die di-elektrische Rückseitenpassivierung (bestehend aus 2 Schichten in nm Dicke Siliziumnitrid SiNx & Aluminiumoxid Al2O3) und ermöglichen verbesserte Reflexionseigenschaften für langwelliges Licht mit einer reduzierten Rekombinationsgeschwindigkeit der Ladungsträger. An der Vorderseite werden 5 BB auf die 156,75 x 156,75 mm großen Zellen mittels Siebdruckverfahren aufgebracht. Neben der Reduzierung des Serienwiderstandes und somit folglich einer Effizienzerhöhung durch einen Anstieg im Füllfaktor wird auch die Stabilität der Zelle insgesamt durch die 5 Leiterbahnen erhöht. Die Standardzellanzahl hat sich von anfänglich 12 Zellen pro String auf 10 Zellen pro String etabliert. Die Modulmaße haben sich zumindest in der Länge nur unwesentlich verändert. Eine deutliche Reduzierung in der Rahmenhöhe der Aluminium-Hohlkammerrahmenprofile von stolzen 55 mm auf 40 bzw. 35 mm ist in den letzten Jahren hingegen zu verzeichnen.
Im nächsten Beitrag geht es um typische Alterungserscheinungen von PV-Modulen
Zum Weiterlesen:
Teil II der Serie: Delamination, Yellowing, Schneckenspuren [5]
Teil III der Serie: Leistungsmessung und Ausblick [6]