PV-Modultechnik am ISFH

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1 1 Forschung Entwicklung 90 C PV-Modultechnik am ISFH Marc Köntges Messen Prüfen

2 2 Aufbau eines Solarmoduls Vorderseitenglas Laminationsmaterial (meist EVA) Solarzelle Rückseite- Folie Gap Verbinder

3 Beispiele: Entwicklung

4 PERC Modul 54-Zell-Modul aus ISFH PERC-Zellen (19,05 % nach Lichtdegradation) Leistung von 224 W p Entspricht 248,9 W p für 60-Zell-Modul Optimierungspotential: Verbinderbreite von 2,0 mm auf 1,3 mm reduzieren (+3,7 W p ) Nahezu fullsquare cm² cm² (+9,6 W p ) UV transparentes Laminat (+4,5 W p ) 266,7 W p erreichbar ohne Zellprozessoptimierung 280,7 W p mit 20% Zellen

5 HySi-Prototyp-Entwicklung Prototyp aus 5 in Reihe geschalteten Solarzellen Lötfreier Prozess Verschaltung durch Kombination aus Laser und Siebdruck = 14.8% V oc = V (675.8 mv/zelle) J. Petermann et al., to be presented at IEEE PVSC 2013

6 Silberfreie Verbindung von Rückseitenkontaktsolarzellen Aluminum-basierte mechanische und elektrische Laserschweissverbindung 5 Zellen mit 20,2 20,8 % Wirkungsgrad 20.4 % Moduleffizienz (Zellbereich) vor Lamination Stabil für 600 Feuchtefrostzyklen Prozess bringt ganze Zelleffizienz ins Modul H. Schulte-Huxel, et al., IEEE J-PV, DOI: /JPHOTOV , 2012

7 Beispiele: Forschung

8 8 Verformung in PV-Modullaminaten Messung der Thermischen Verschiebung in einer Klimakammer mit Digitaler Bildkorrelation 90 C Gap zwischen Zellen verformt sich 60 ± 10 μm (90 C to -40 C) Verraussetzung zur Optimierung der Zellverbinder U. Eitner et al., 34 rd IEEE PVSC (Philadelphia, 2009)

9 Lichtsimulation Zellgap Punktlichtquelle von der Zelle über Gap bis auf die Nachbarzelle ARC Glas Zelle- Links EVA Zelle - Rechts EVA-Schichtdicke unter den Zellen, wird variiert. Streulicht aus Zellzwischenraum wird teilweise hinter Zelle gestreut Dünnere Rückseiten EVA-Schicht verhindert Verlust

10 Leistungsgewinn aus Zellgap Leistungsgewinn im relativ zu Modul ohne Rückseitenfolie (transparente Gaps) Jahreslichtquelle Senkrechter Einfall Punktlichtquelle 150 µm weniger EVA hinter den Zellen erhöht die Modulleistung um ca. 0.1 %. Bei der Jahreslichtquelle ist der Gewinn durch die Rückseitenfolie ca. 1% höher.

11 Beispiele: Messen & Prüfen

12 Bildgebende Verfahren am ISFH l 534 nm l 1150 nm l 3-5 µm Mit UV-Fluoreszenzanalysie kann man Zellbrüche, Verbinderbrüche und Hotspots erkennen. Modul muss aber schon 1.5 Jahre im Feld gewesen sein. Gewöhnliche Techniken: Elektrolumineszenz Analyse Lock In Thermographie Statische Thermographie

13 PV-Modul Prüfungen Die meisten Standardprüfungen aus IEC61215 Langzeit Außenbewitterung - Ertragsmessung Sonderprüfungen auf Anfrage Potential induzierte Degradation (PID)

14 Testentwicklung: Modultransport

15 Zellbrüche in PV modulen PV Module mit 60 Zellen In the field² After delivery 1? Bewertungsmethode: Elketrolumineszenz und UV-Fluoreszenz Prüfung nach Transport: Im Schnitt hat jedes PV-Modul 6% gebrochener Zellen Modules im Feld: Im Schnitt hat jedes PV-Modul 4% gebrochener Zellen Zellbrüche sind allgegenwärtig 1 M. Köntges, S. Kajari-Schröder, I. Kunze, U. Jahn, Proc. 26th EUPVSEC (WIP, Hamburg, Germany, 2011) 4EO.3.6 ² M. Köntges, S. Kajari-Schröder, I. Kunze, Photovoltaics, IEEE Journal of, vol.3, no.1, pp , Jan. 2013, doi: /JPHOTOV

16 Transportbegleitung Module mit 60 Zellen mit 15.6 cm Horizontaler Transport Sonnenseite unten Gut gepackte PV Module Ladungssicherung im Transporter Schocksensoren in Modulecke und auf der Palette Für die Bewertung der Schocks wird üblicherweise die mittlere Beschleunigung des Schockpulses genutzt (grms)

17 Zellbrüche nachtransport bottom <= module position [#] => top Cracked cells per module [#] In diesem Fall höchste Anzahl von Zellbrüchen 2 pro Modul Kein direkter Einfluss auf Modulleistung messbar

18 Testaufbau mit Shaker Befestigung an Modulecken wie mit Transportecken Referenzsensoren befestigt an Eckklemmen Leichtgewicht Beschleunigungssensoren Aufbau ist frei von Eigenfrequenzen 5 Hz-150 Hz Sinus Schocks Rauschen mit PSD (nicht gezeigt)

19 Druchbiegung bei Schocks Verschiedene Halbsinus- Schocks angewendet Jeder Punkt ein Schockergebnis Jede Farbe ein Modultyp Die Durchbiegung beim Schock korreliert mit Anzahl Zellbrüche Jeder Modultyp hat eigene Durchbiegungsschwelle für Zellbruch

20 Test und Wirklichkeit Anwendung der Schockergebnisse auf reale Schocks b) Truck company (scaled) Occurrence [#] Frequency [#] Pallet Bottom Middle Top Occurrence [#] g RMS [9.81 m/s²] g RMS [9.81 m/s²] Deflection of module middle p-p [mm] Niedrige Anzahl von Schocks erreichen Bruchschwelle 2 Zellbrücke traten pro Modul maximal auf Im Shakertest treten 3 Zellbrüche bei a s =30 m/s² im Durchbiegungsmaximum bei t max =25 ms auf

21 Zusammenfassung Tests erlauben die Bewertung des Verhaltens von einzelnen neuen Modulen im Modultransport Das ISFH bietet auch Standard Prüfungen im PV Bereich an Forschung und Entwicklung für neue Modulkonzepte Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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