Prüfung und Zertifizierung, Erfahrungswerte Solartechnik

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1 Manfred Disser, Koordinator Photovoltaik im VDE-Institut Prüfung und Zertifizierung, Erfahrungswerte Solartechnik Zitat Stern 05. April 2011: Ökostrom verzweifelt gesucht Die Bundesregierung hat sich die Energiewende auf die Fahnen geschrieben Das bedeutet Chancen für die deutsche Photovoltaikindustrie, aber auch für Produkte aus Billigproduktionen. Dies birgt die Gefahr, dass Photvoltaikkomponenten und ganze PV-Anlagen mit unzureichender Sicherheit und Qualität installiert werden. VDE Dienstleistung Prüfung und Zertifizierung Sicherheit, Zuverlässigkeit und der Nachweis des tatsächlichen Ertrags eines Solarkraftwerks - und dies unter dem Gesichtspunkt eines über zwanzigjährigen, sicheren und wartungsarmen Betriebes - ist der Fokus des VDE-Instituts bei der Prüfung und Zertifizierung von Photovoltaikkomponenten und kompletten Systemen. Zusammen mit dem Partner Fraunhofer ISE konnten, in den gemeinsamen Testlaboren in Freiburg, Singapur, Shanghai und nun auch in Albuquerque, Erfahrungen mit der Sicherheit und Qualität der PV-Technologie, insbesondere bei den PV-Modulen, gesammelt werden. Wir prüfen und zertifizieren u.a. folgende Produkte: Photovoltaik (PV)-Module Wechselrichter Montagesysteme Steckverbinder und Kabel Anschlussdosen Ganzheitliche Prüfung von Gesamtsystemen (PV-Anlagen, Solarkraftwerke) Normen: In den vergangenen Jahren konnten die Sicherheits- und Gebrauchstauglichkeitsnormen für PV-Module auf internationaler Ebene durch Mitarbeiter aus dem VDE-Institut und von Fraunhofer ISE auf ein hohes Niveau gebracht werden. Aktuelle Normen für PV-Module: IEC und IEC (VDE und VDE ) Sicherheitsqualifikation von PV-Modulen IEC (VDE ) Bauarteignungsprüfung- und Bauartzulassungen von kristallinen Modulen IEC (VDE ) Bauarteignungsprüfung- und Bauartzulassungen von dünnschicht Modulen 1

2 Bauarteignungsprüfungen von kristallienen Modulen: 2

3 Testerfahrung, Durchfallquote Durch die Tests bei den Typprüfungen konnten Erfahrungen mit Herstellern aus aller Welt gesammelt werden. Dabei war grundsätzlich festzustellen, dass der Qualitätsgedanke europäischer Hersteller sehr ausgeprägt ist, während beispielsweise die ersten chinesischen Produkte auf Anhieb die Prüfkriterien nicht erfüllten. Die schnelle Lernkurve etablierter chinesischer Hersteller hat mittlerweile aber auch zu qualitativ hochwertigen Produkten geführt. Statistiken des VDE-Instituts erlauben einen Überblick, mit welchem Anteil Produkte auf Anhieb die Prüfungen ohne Abweichung bestehen bzw. bei den Prüfungen durchfallen. Dabei wird nach Mängelgraden unterschieden. Mängelgrad 1 bedeutet leichte Abweichungen, die meist durch formale Änderungen des Herstellers schnell zu beseitigen sind. Bei Mängelgrad 2 wurden Abweichungen festgestellt, die durch Korrekturmaßnahmen behoben werden können. Mängelgrad 3 bedeutet entweder ein unsicheres Produkt, welches unmittelbar zu einer Gefährdung führen könnte, oder dass die Abweichungen nicht durch Korrekturmaßnahmen zu beseitigen sind. Durchfallquote 2010: Produkte allgemein PV-Module ohne Mängel 51 % 45 % Mängelgrad 1 29 % 18 % Mängelgrad 2 13 % 22 % Mängelgrad 3 7 % 15 % Die häufigsten Abweichungen bei PV-Modulprüfungen sind aktuell bei folgenden Tests festzustellen: 1. Hot-Spot-Dauerprüfung Die Zellen des Moduls werden beschattet, um den höchsten Kurzschlußstrom einer Zelle zu erzeugen. Dabei kann die Isolierung infolge der hohen Temperaturen beschädigt werden. 2. Prüfung des Isolationswiderstandes unter Benässung Häufige Ursache für zu niedrigen Isolationswiderstand ist eine unzulängliche Verklebung der Anschlußdose auf der Modulrückseite. 3. Feuchte-Frost-Prüfung Nach dieser Prüfung kommt es immer wieder zur Leistungsdegradation über die zulässigen 5 % hinaus, zum Teil wurden Werte von 20 % bis 25 % festgestellt. 3

4 Zertifizierung mit dem VDE-Zeichen, Zugang zum Weltmarkt Gleich in welchem der Standorte, ob CFV in Albuquerque, VDE-ISE-Pte. in Singapur oder im Labor in Freiburg die Prüfungen durchgeführt werden, die abschließende Validierung der Prüfergebnisse erfolgt im VDE-Institut in Offenbach. Das bedeutet mitunter, dass Hersteller mehrere Anläufe mit ihren Produkten benötigen. Vorausgesetzt alle Anforderungen der Norm sind erfüllt und dokumentiert, erfolgt die Zertifizierung des Produktes mit dem VDE-Zeichen immer zentral im VDE-Institut. Da die Basis der Prüfung und Zertifizierung auf internationalen Normen beruht, können die notwendigen Zertifikate für den Marktzutritt in den Zielländern realisiert werden. Dies erfolgt entweder über das CB-Verfahren der IEC oder durch bilaterale Abkommen, besonders in Ländern mit Prüfpflicht. Für den nordamerikanischen Markt besteht durch die enge Kooperation mit CSA die Möglichkeit die Anforderungen für PV-Module nach dem UL-Standard 1703 in einem einzigen Vorgang prüfen und zertifizieren zu lassen. Das VDE-Institut bietet somit einen umfassenden Service für Hersteller, die ihre Produkte weltweit vermarkten. Beispiel-Zertifikat zum Führen des VDE-Zeichens für PV-Module: 4

5 Qualitätssicherung für zertifizierte Produkte Leider ist das Zertifikat als Nachweis der Konformität mit den internationalen Normen ohne zusätzliche Maßnahmen zur Sicherstellung der Qualität nicht immer ausreichend. Es ist Vorsicht geboten, denn nach erfolgreich bestandener Typprüfung ist noch lange nicht sichergestellt, dass die PV-Module mit der gleichen Qualität wie die Typprüfmuster gefertigt werden. Das VDE-Institut hat deshalb als erstes Zertifizierungsinstitut qualitätssichernde Maßnahmen eingeführt. Vor der Zertifizierung eines Produktes wird durch die Ingenieure des VDE die Fertigungsstätte inspiziert und das Zertifikat wird erst dann frei gegeben, wenn eine gleich bleibende Fertigung gewährleistet ist. Der Hersteller wird verpflichtet jedes Produkt einer Endprüfung zu unterziehen. Dabei ist auch eine Leistungsmessung durchzuführen, die auf Referenzmodule des VDE-ISE Testzentrums rückführbar ist. Dies wird durch unangekündigte Inspektionen des VDE-Instituts überprüft. Eine Eskalation der Überprüfung ist häufig bei asiatischen Produkten notwendig. Dabei wird beispielsweise während dem Fertigungsprozess inspiziert oder vor der Verschiffung Proben zur Überprüfung entnommen. Um sogenannte Pre-Shipment Kontrollen durchzuführen unterhält der VDE ein Flasher-Labor in Shanghai. Damit können Leistungsmessungen an PV-Modulen von Herstellern in China und Umgebung realisiert werden. Das Labor kalibriert auch die Referenzmodule der Hersteller für die Leistungsüberprüfungen im Fertigungsprozess. Importeuren die sich unsicher sind die versprochene Qualität auch geliefert zu bekommen kann nur geraten werden eine unabhängige Kontrolle durch den VDE, entweder während der Fertigung oder vor dem Verschiffen, durchführen zu lassen. Letztendlich sind die beschriebenen Qualitätssicherungsmaßnahmen Grundlage für die Bankability. Banken wie z.b. die Deutsche Bank finanzieren Projekte nur dann, wenn die PV-Module von einem von der Bank anerkannten Prüfinstitut - wie VDE - zertifiziert worden sind, die durch ein Follow-up die Qualität nachhaltig sichern. Ähnliches gilt für Versicherer, die ebenfalls eine nachgewiesene Qualität fordern. Anlagenabnahme fertiger Solarkraftwerke Vorausgesetzt alle Komponenten erfüllen die zutreffenden Normenanforderungen besteht noch die Notwendigkeit der fachgerechten Planung, Installation und Montage einer PV-Anlage. Auch hier haben Betreiber, Investoren und Versicherer die Möglichkeit fertig gestellte PV-Anlagen durch die Experten des Fraunhofer-ISE und des VDE-Instituts abnehmen zu lassen, ein weiterer Baustein zur Qualitätssicherung. Bei der Anlagenabnahme untersuchen die Experten das komplette Photovoltaiksystem im Feld, einschließlich der Leistungsermittlung und Funktion des Solargenerators. Manche Installateure verschalten Solarmodule, die nicht zusammenpassen. Andere dimensionieren die Solaranlagen schlecht, was ebenfalls den Ertrag reduziert. Weitere Einbußen können durch fehlende Sorgfalt bei der Verschattungsanalyse entstehen. Um defekte Module zu finden, lassen die Ingenieure eine Wärmebildkamera auf einer mobilen Hebebühne über das Solarfeld schweben. Außerdem werden bei der Anlagenabnahme die elektrische Sicherheit, der Brandschutz, das Erdungskonzept und die Statik überprüft und es wird festgestellt, ob das Photovoltaiksystem die entsprechenden Errichtungsnormen und die zulässigen Systemspannungen einhält. 5

6 Top-Hersteller optimieren die Zuverlässigkeit von PV-Modulen Vor allem deutsche Hersteller sind dabei, die Zuverlässigkeit durch Anlegen härterer Prüfkriterien zu optimieren. Das VDE-Institut arbeitet dabei eng mit dem Partner Fraunhofer ISE und der Industrie zusammen. Auch das Monitoring während dem Fertigungsprozess durch die unabhängigen Inspektoren des VDE-Instituts wird zunehmend ein zusätzliches Gütemerkmal VDE zertifizierter Produkte. Neben Salznebelsprühtests für den Einsatz von Photovoltaik z.b. in Küstennähe werden die PV-Module auch Ammoniak Tests unterzogen, wenn diese auf landwirtschaftlichen Gebäuden verwendet werden. Das VDE-Institut plant für PV-Module, deren Produkteigenschaften über die Normen hinaus eine bessere Performance bieten, die Zertifizierung mit seinem Gütesiegel Quality-Tested. low degradation high reliability optimized durability Brandbekämpfung im Bereich von PV-Anlagen, auch die Feuerwehren erfahren Unterstützung durch VDE Vor allem Brände in Gebäuden mit PV-Aufdachanlagen haben in jüngster Vergangenheit zu Diskussionen um den Schutz der Feuerwehrleute im Einsatz geführt. Es besteht die Gefahr eines elektrischen Schlages bei Berührung beschädigter unter Spannung stehender Gleichspannungsleitungen. VDE unterstützt dabei die Einsatzkräfte durch klare Anweisungen zur Einhaltung der Sicherheitsabstände. Die Norm DIN VDE 0132 Brandbekämpfung im Bereich elektrischer Anlagen gibt Sicherheitsabstände vor, die für die Brandbekämpfung und Rettungsmaßnahmen in oder in der Nähe elektrischer Anlagen von den Einsatzkräften einzuhalten sind. Mitarbeiter des VDE unterstützen dabei die Feuerwehren in ihrer Ausbildungsarbeit. Zur Ergänzung der für die Installation heranzuziehenden Norm VDE Errichten von Niederspannungsanlagen, PV-Stromversorgungssysteme befasst sich das zuständige Normenkommittee mit weitergehenden baulichen oder schaltungstechnischen Maßnahmen. des DC-Bereichs von PV-Anlagen. Darüberhinaus erarbeitet das VDE-Institut zusammen mit dem Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) einen technischen Leitfaden zur Planung, Errichtung und sicheren Betrieb von netzeinspeisenden PV-Anlagen. Der Leitfaden berücksichtigt dabei brandschutztechnische, mechanische, elektrotechnische Aspekte zum sicheren Betrieb sowie den Einsatz von Feuerwehren. Offenbach, Manfred Disser VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut 6

7 Anhang: PV-Modul-Prüfungen weltweit TLPV Freiburg Germany CFV Albuquerque New Mexico VDE-ISE Pte. Singapore 7