WARNING PID. PADCON Thementisch. Moduldegradation durch PID. Wie sichere ich meine Erträge?

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1 WARNING PID PADCON Thementisch Moduldegradation durch PID Wie sichere ich meine Erträge?

2 PID Potential Induced Degradation Haben die Module im Betrieb ein negatives Potenzial gegen Erde, kommt es zu einer entsprechend hohen negativen Spannung zwischen den Zellen des PV-Moduls und dem aus Sicherheitsgründen geerdeten Aluminiumrahmen. Der Effekt ist umso stärker, je näher sich das Modul am Minuspol des PV-Generators befindet, denn dort kann das Potenzial (und damit die Spannung zwischen Zellen und Alumniniumrahmen) mehr als die halbe Generatorspannung erreichen. Es kann deshalb passieren, dass sich Elektronen aus den im PV-Modul verwendeten Materialien lösen, diesem elektrischen Feld folgen und schließlich über den geerdeten Aluminiumrahmen abfließen. Das Resultat ist eine zunehmende Aufladung (Polarisation) des Moduls. Quelle: SMA Solar Technology AG

3 Mindestens 160 Megawatt von potenzialinduzierter Degradation betroffen Potenzialinduzierte Degradation von Solarmodulen (PID) wird seit einigen Jahren als Schreckgespenst für Betreiber von Photovoltaik -Anlagen gehandelt. pv magazine wollte es genau wissen und hat Eigentümer, Betreiber, Gutachter und Hersteller befragt. Acht Betriebsführungsunternehmen, die rund 20 Prozent der in Deutschland betriebenen Photovoltaik-Anlagen betreuen, haben in der pv magazine-umfrage potenzialinduzierte Degradation (PID) an Anlagen mit 160 Megawatt Leistung gemeldet. Elektrolumineszenzaufnahmen von Photovoltaik-Modulen, die in einem String hintereinander geschaltet sind. Beim negativen Pol tritt PID am stärksten auf. Ob das besonders viel oder wenig ist, darüber kann man nun trefflich streiten. PID wird schon seit zwei bis drei Jahren als Schreckgespenst gehandelt. Der Effekt kann auftreten und die Leistung von Modulen um bis zu 80 Prozent reduzieren, wenn Module dafür durch ihre Bauart anfällig sind und zwischen ihnen und ihren Rahmen eine negative Spannung anliegt. Leistung von Modulen um bis zu 80 Prozent reduziert Es war bisher schwierig, sich eine objektive Meinung darüber zu bilden, wie ernst PID den Ertrag von Anlagen bedroht. Es sind vor allem Experten von Prüflaboren, Gutachter und Sachverständige (Technical Due Diligence (TDD) Unternehmen), die betonen, dass das PID-Risiko sehr hoch sei. Das kann stimmen, allerdings haben sie auch ein Interesse daran, dass möglichst viele bei ihnen Tests beauftragen. Eigentümer und Betriebsführer sollten es eigentlich genau wissen, wie viele ihrer oder der von ihnen betreuten Module PID zeigen. Doch sie sprechen nicht gerne darüber und erklären meistens, dass sie PID in ihren Anlagen noch nicht gefunden hätten. Daher hat pv magazine nicht nur Betriebsführer, sondern auch TDD-Unternehmen, Eigentümer und Modulhersteller befragt. Die vollständige Auswertung der quantitativen Umfrage, Einschätzungen durch Experten und ein Interview mit Manfred Bächler, CEO des Ingenieurbüros Reniva, zu diesem Thema finden Sie im digitalen Heftarchiv Mehr als ein Phantom, aber keine Bedrohung. PID tritt erst nach einer gewissen Zeit im Feld auf und wird daher oft noch nicht erkannt. Die Fallzahlen könnten also noch steigen Die Angaben der Betriebsführungs-Unternehmen waren sehr heterogen. Fast die gesamte Menge von 160 Megawatt Anlagen mit PID-Belastung stammt von den Angaben einer Firma. Doch auch die TDD-Unternehmen, die Anlagen prüfen und sanieren, haben 111 Megawatt gemeldet. Diese Zahlen aus der Umfrage mögen zunächst erschrecken. Doch prozentual am gesamten Zubau sind sie immer noch gering. Daher schätzen Experten die Gefahr, die von PID in Deutschland ausgeht, bisher aber nur als gering oder mittel ein. Eine vollständige Entwarnung gibt es aber nicht. Eine plausible Erklärung für die Ergebnisse ist, dass PID erst nach einer gewissen Zeit im Feld auftritt und daher oft noch nicht erkannt wurde. Teilweise konnte diese Degradation aufgrund nicht ausreichendem Monitoring auch gar nicht erkannt werden. Die Fallzahlen könnten also noch steigen.

4 Einige Aussagen der befragten Unterehmen: Was Betriebsführer zur Relevanz von PID sagen Das viel größere Problem besteht bei den Anschlussdosen, defekten Dioden und der Schwierigkeit des Diodentauschs Die Relevanz ist vorhanden. Sollten nicht nachvollziehbare Probleme an den Modulen auftreten sollte der PID Effekt bei der Fehlersuche betrachtet werden. Was TDD-Unternehmen zur Relevanz von PID sagen In Bezug auf die Vielzahl der von uns überprüften Photovoltaikanlagen wurden nur einzelne Anlagen identifiziert bei denen PID tatsächlich vorhanden ist. Das Thema PID wird teilweise überbewertet PID kann grundsätzlich bei jedem Hersteller auftreten PID kann grundsätzlich bei jedem Hersteller auftreten, wir haben sogar bei namhaften deutschen Herstellern, die ihre Module als PID-geprüft verkauft haben, PID gefunden. Die Zuverlässigkeit ist gering, da die Hersteller trotz IEC die Rückseitenfolie und das Verfahren für die Antireflexschicht innerhalb derselben Modultypen während der Produktion wechseln. Relevanz: mittel Was Modulhersteller zur Relevanz von PID sagen PID ist heilbar und kein Moduldefekt, sondern eher vergleichbar mit einem entladenen Akku. Experten im Feld konnten bislang jede Anlage mit unseren Modulen mit PID-Problematik reaktivieren Das Thema wurde von einigen Modulherstellern massiv für Marketing verwendet und ist deshalb aus unserer Sicht in der Photovoltaik-Community von der Wichtigkeit her stark überbewertet worden. PID ist heilbar und kein Moduldefekt Alle Hersteller sind davon betroffen, da dieses Phänomen lange Zeit unbekannt war. Die Fehlerrate der Modul-Hersteller variiert nur in Abhängigkeit des eingesetzten EVAs Was TDD-Unternehmen Anlass gibt, auf PID zu untersuchen Verstärkte Leistungseinbußen der Module (Zustandsüberwachung und Kennlinienmessung) Im Regelfall erhalten wir bereits im Rahmen der Beauftragung kundenseitig die Rückmeldung, dass gegebenenfalls PID ein Problem sein könnte. bekannte Module Wie TDD Unternehmen PID identifizierten Kombinierte Anwendung von IR-, EL- und Kennlinienmessungen. Auf den Nachweis der Reversibilität des festgestellten Degradationsverhaltens bei Umpolung kann verzichtet werden. Bei unsicheren Fällen findet dies jedoch statt. Durch Messungen der Leerlaufspannung an den Halbsträngen (positiver und negativer Halbstrang) sowie durch Infrarotaufnahmen im Feld. Die endgültige Feststellung von PID durch PID Test an ausgebauten Modulen im Labor. (Michael Fuhs) Quelle: / Printausgabe 01/2015

5 Fraunhofer CSP stellt Ergebnisse zur potentialinduzierten Degradation (PID) von Solarmodulen vor Halle (Saale), 11. Juni In den letzten beiden Jahren sind vermehrt Degradationen von Solarmodulen in Installationen mit hoher negativer Systemspannung gegenüber Erde, die bei trafolosen Wechselrichtern entstehen, aufgetreten. Dieser Effekt wird als potenzialinduzierte Degradation (PID) bezeichnet. Die beobachtete Leistungsdegradation kann dabei mehr als 30 Prozent betragen. Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP führte mit handelsüblichen Solarmodulen einen beschleunigten Hochspannungsbelastungstest zur Prüfung auf PID-Empfindlichkeit durch. In dem Schnelltest wurde die Temperatur (+ 50 C) und die relative Luftfeuchte (50 Prozent) erhöht, so dass sich die Testdauer auf 48 Stunden verkürzte. Dabei werden die PV-Module mit Aluminiumfolie über die komplette Fläche auf 1000 Volt unter Spannung gesetzt. Den negativen Pol bildeten die Solarzellen. weiteren Diskussion zur Verfügung gestellt«. Dr. Matthias Ebert, Leiter der Gruppe Modulzuverlässigkeit am Fraunhofer CSP, ergänzt:»die von uns gewählten beschleunigten Prüfbedingungen wie Temperatur, Feuchtegehalt und Dauer liegen noch unterhalb der derzeitig diskutierten PID-Prüfnormen der International Electrotechnical Commission (IEC). Es ist sehr wichtig, schnellstmöglich eine Prüfnorm einzuführen, um Langzeitausfälle, die mit nicht PID resistent Modulen auftreten können, zu vermeiden. In aktuellen Forschungsvorhaben am Fraunhofer CSP beschäftigen wir uns mit der Entwicklung von Lösungen zur Vermeidung dieses Degradationseffektes«. Die Leistung der untersuchten Solarmodule wurde vor und nach dem Test mit einem Flasher unter Standardbedingungen bestimmt. Untersucht wurden dreizehn aktuelle mono- und multikristalline Photovoltaikmodule verschiedener Hersteller hauptsächlich aus Europa und Asien mit jeweils sechzig 6-Zoll-Zellen. Die untenstehende Aufzählung führt alle untersuchten Module alphabetisch auf. In der Grafik sind die relativen Restleistungswerte der Module anonym dargestellt. Nur knapp ein Drittel der Module haben den Test bestanden Nur knapp ein Drittel der Module haben den Test bestanden und zeigten nach dem Test eine Leistung größer als 98 Prozent der Ausgangsleistung. Prof. Jörg Bagdahn, der Leiter des Fraunhofer CSP, erklärt:»wir waren überrascht, dass eine hohe Anzahl von kommerziellen Modulen eine so starke Degradation aufwiesen. Einige Hersteller haben zur Vermeidung der Degradation eine stabile Lösung gefunden, wogegen die Degradation bei einer Vielzahl von Modulen eklatant ist. Wir haben allen Firmen die Daten zur Relative Modulleistung am Arbeitspunkt der Module nach dem Test Eine detaillierte technische Beschreibung des Testes steht auf der Intersolar am Messestand A des Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP zur Verfügung. Module von folgenden Unternehmen wurden untersucht (alphabetische Reihenfolge): Canadian Solar Inc., Kyocera Solar, LG Electronics, LUXOR Solar GmbH, Q-Cells SE, REC Solar, SCHOTT Solar AG, S-Energy, Sharp Solar, Solarwatt AG, Suntech Power, Trinasolar, Yingli Green Energy Holding Co., Ltd. Quelle:

6 Moduldegradation durch PID Lösung(en)? Erdung PID-Boxen PADCON Float Controller PID freie Module Sofortiger PID-Schutz Recovery-Effekt? Nachrüstbar Wechselrichterunabhängig Teilweise 1-Fehler-Toleranz PADCON Float Controller PID Schutz durch Potentialanhebung Patentiert seit 2008 Erfahrungswerte von >200 ausgestatteten Anlagen Lösungen für String- & Zentralwechselrichter (max kWp) Single- & Multi-MPPT Betrieb möglich

7 PADCON Float Controller PID Schutz durch Potentialanhebung Funktionsweise Float Controller CI Pro V 1000V* V 500V Spannung zu Erde 350V 300V 0V + Konventionell Float Controller Betriebsbereich 24h / Tag 0V On 24h -350V Funktionsweise Float Controller CI Basis & SI 1000V 500V V Spannung zu Erde 925V* 500V + Float Controller Betriebsbereich bei Wechselrichter- Inaktivität 250V * 100V 0V * On Off On 24h 0V + Konventionell *Standard Werte (individuell parametrierbar)

8 Float Controller Nachrüstung - Kurzzeitanalyse Daten & Fakten Plant size: 3,0 MW Country: Israel Inverter: Central Inverter / 5 DC inputs / 5 MMPT Modules: 245W / polycristalline Test set up: 1x ABB Central Inverter 1x PADCON Float Controller CI Basis 1x PADCON Multi Connector Test period: 42 days Messungen & Ergebnisse Day Irradiance on module plane [Wh/m²] (Total) [Wh/m²] Energy generated per day (INV 9-1) [kwh] INVERTER 9-1 INVERTER 9-2 INVERTER 9-3 INVERTER 9-4 INVERTER 9-5 kwh/ kwp PR 9-1 Energy generated per day (INV 9-2) [kwh] kwh/ kwp PR 9-2 Energy generated per day (INV 9-3) [kwh] kwh/ kwp PR 9-3 Energy generated per day (INV 9-4) [kwh] kwh/ kwp PR 9-4 Energy generated per day (INV 9-5) [kwh] 61,985 61,985 61,985 61,985 61, ,58 170,26 2,75 67,36% 162,66 2,62 64,36% 171,05 2,76 67,68% 183,06 2,95 72,43% 177,38 2,86 70,18% ,09 162,22 2,62 68,37% 155,87 2,51 65,69% 164,29 2,65 69,24% 176,06 2,84 74,20% 170,66 2,75 71,92% ,82 3,11 69,69% 184,54 2,98 66,69% 191,98 3,10 69,38% 206,5 3,33 74,63% 199,78 3,22 72,20% ,92 146,7 2,37 67,35% 140,34 2,26 64,43% 149,29 2,41 68,54% 159,85 2,58 73,39% 154,83 2,50 71,08% ,59 260,84 4,21 68,84% 251,34 4,05 66,34% 261,54 4,22 69,03% 279,31 4,51 73,72% 273,04 4,40 72,06% ,75 260,26 4,20 69,68% 250,79 4,05 67,14% 261,59 4,22 70,04% 277,26 4,47 74,23% 272,58 4,40 72,98% ,5 264,54 4,27 70,63% 254,26 4,10 67,89% 264,23 4,26 70,55% 282,74 4,56 75,49% 276,75 4,46 73,89% ,58 234,38 3,78 69,17% 224,2 3,62 66,17% 232,8 3,76 68,70% 250,29 4,04 73,87% 243,54 3,93 71,87% Installation PADCON Float Controller ,75 226,18 3,65 73,11% 219,69 3,54 71,02% 224,77 3,63 72,66% 231,24 3,73 74,75% 230,65 3,72 74,56% ,67 229,53 3,70 74,32% 223,38 3,60 72,33% 224,68 3,62 72,75% 230,62 3,72 74,67% 230,04 3,71 74,48% ,33 177,2 2,86 75,14% 172,3 2,78 73,07% 173,57 2,80 73,61% 178,1 2,87 75,53% 177,05 2,86 75,08% ,05 209,05 3,37 76,88% 203,76 3,29 74,93% 204,18 3,29 75,09% 206,93 3,34 76,10% 207,66 3,35 76,36% ,75 208,29 3,36 79,77% 204,92 3,31 78,48% 202,45 3,27 77,53% 208,38 3,36 79,80% 208,13 3,36 79,70% ,42 236,73 3,82 79,02% 231,13 3,73 77,15% 228,95 3,69 76,42% 236,7 3,82 79,01% 235,76 3,80 78,69% ,3 247,13 3,99 79,38% 242,05 3,90 77,75% 239,24 3,86 76,85% 246,6 3,98 79,21% 245,74 3,96 78,94% ,75 232,73 3,75 80,47% 228,43 3,69 78,99% 225,8 3,64 78,08% 230,1 3,71 79,56% 230,63 3,72 79,75% ,42 205,1 3,31 81,49% 202,54 3,27 80,47% 202,33 3,26 80,39% 202,2 3,26 80,34% 204,47 3,30 81,24% ,83 226,79 3,66 82,76% 223,33 3,60 81,50% 223,07 3,60 81,40% 224,36 3,62 81,88% 226,17 3,65 82,54% ,39 90,1 1,45 81,69% 89,09 1,44 80,77% 90,92 1,47 82,43% 90,9 1,47 82,41% 91,41 1,47 82,88% ,33 236,78 3,82 81,99% 231,4 3,73 80,12% 231,07 3,73 80,01% 237,13 3,83 82,11% 236,7 3,82 81,96% ,33 183,42 2,96 79,97% 176,45 2,85 76,93% 173,85 2,80 75,80% 182,14 2,94 79,41% 179,17 2,89 78,12% ,39 223,98 3,61 79,44% 218,07 3,52 77,35% 215,3 3,47 76,37% 225,14 3,63 79,86% 221,74 3,58 78,65% ,83 235,14 3,79 80,56% 231,05 3,73 79,16% 228,51 3,69 78,29% 234,69 3,79 80,41% 234,08 3,78 80,20% ,01 3,19 84,11% 195,82 3,16 83,18% 195,77 3,16 83,16% 196,1 3,16 83,30% 198,94 3,21 84,50% kwh/ kwp PR 9-5

9 0 Verbesserung der Performance Ratio 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% Inverter 9-4 Inverter 9-5 Inverter 9-3 Inverter 9-1 Inverter 9-2 Irradiance on module plane [Wh/m²] (Total) [Wh/m²] Installation of Float Controller 30% 20% 10% 0%

10 PADCON GmbH Steigweg 24, Gebäude Kitzingen Tel. (09321) Fax (09321)