Welche Lebensdauer haben PV Anlagen nach heutigen

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1 Sönke Jäger Forum Solarpraxis Welche Lebensdauer haben PV Anlagen nach heutigen Sönke Erfahrungen Jäger, Business tatsächlich? Solutions Bremen,

2 Inhalt Einleitung und Abgrenzung Lebensdauer von Peripheriekomponenten Lebensdauer von PV-Modulen Fazit & Ausblick F007 / V

3 Einleitung und Abgrenzung F007 / V

4 Einleitung und Abgrenzung Komponenten von PV Anlagen PV Anlagen stellen kein in sich geschlossenes, technisches Produkt dar, sondern bestehen aus vielen Komponenten mit unterschiedlichen Lebenserwartungen. F007 / V

5 Einleitung und Abgrenzung Komponenten von PV Anlagen PV Module und Wechselrichter stellen sowohl unter Kostenaspekten als auch bzgl. der technischen Komplexität die Hauptkomponenten einer PV Anlage dar. Im Rahmen des Vortrags erfolgt aus Zeitgründen eine Konzentration auf die Bewertung der Lebensdauer von PV Modulen. F007 / V

6 Einleitung und Abgrenzung Einflussgrößen auf die Qualität von PV Anlagen Die Haltbarkeit von PV Anlagen und deren Komponenten ist von vielen Einflussgrößen abhängig. Festlegung für Bewertung innerhalb des Vortrags: Betrachtet werden PV Anlagen in mitteleuropäischem Klima. Es liegt kein Wartungsstau vor. Die PV Anlage wurden fachgerecht installiert. Es werden ausschließlich PV Module mit kristallinen Zellen betrachtet. F007 / V

7 Einleitung und Abgrenzung warum es keine statistisch signifikanten Langzeiterfahrungen mit PV Anlagen gibt Anlagen älter 10 Jahre (Stand 2016) Anlagen jünger 10 Jahre (Stand 2016) F007 / V

8 Einleitung und Abgrenzung und warum die spannendste Zeit noch vor uns liegt. Hier sind wir und hier wollen wir hin! F007 / V

9 Einleitung und Abgrenzung Definition: Ab wann ist eine PV Anlage defekt? Ein PV Modul ist defekt, wenn: die Betriebssicherheit gefährdet ist. die Herstellerleistungsgarantien unterschritten werden. die PV Anlage durch Fehler im PV Modul nicht in Betrieb geht (Wechselrichter schaltet nicht auf Netzbetrieb). Ein Wechselrichter ist defekt, wenn: die Betriebssicherheit gefährdet ist. das Gerät aus internen Gründen nicht auf Netzbetrieb schaltet. der WR Wirkungsgrad mehr als 5% abnimmt (eher theoretisches Fehlerbild). F007 / V

10 Lebensdauer von Peripheriekomponenten F007 / V

11 Peripheriekomponenten Kurzbewertung Komponente Geschätzte Lebensdauer Ausfallgründe Ausfallquote Wechselrichter Jahre Verschleiß Kondensatoren, Transistoren, Dioden, IGBT Ca. 50% nach 15 Jahren Montagesysteme > 20 Jahre Korrosion (Einzelfälle) DC Leitungsführung Jahre Korrosion, UV Strahlung Isolationsfehler < 10% nach 15 Jahren Kommunikationskomponenten Jahre Kondensatoren etc. Ca. 50% nach 15 Jahren Netzanschlusskomponenten > 20 Jahre F007 / V

12 Lebensdauer von PV-Modulen F007 / V

13 Lebensdauer von PV-Modulen eine Annäherung über Literaturwerte: Quelle Überprüftes Volumen Zeitraum / Alter Degradation Ausfallquote Auffälligkeiten Prof. Dr. Udo Rindelhardt: 20 Jahre 1000 Dächer Programm Schulze / Groh: Alterungseffekte an monokristallinen PV Modulen Wohlgemuth / Cunningham: Long Term Reliability Of PV Modules Kiefer / Dirnberger: A degradation analysis of power plants Prof. Dr. Heinrich Häberlin: Langzeiterfahrungen mit PV Anlagen in der Schweiz 102 PV Anlagen Nicht ermittelt 252 PV Module ,53 0,62% p.a. < 10% Browning, Delamination, Korrosion, defekte AR Schicht < 2% Delamination (>80%), Browning (>10%)Glasbruch >> 10 MWp ,06% p.a. <0,13% Korrosion, defekte Zellverbinder 17 PV Anlagen / 10 MWp 5 17 Jahre <0,1% p.a. 42 PV Anlagen ,3% p.a. F007 / V

14 Lebensdauer von PV-Modulen eine Annäherung mittels Expertenbefragung: Experte Welcher Prozentsatz der begutachteten PV Anlagen weist Auffälligkeiten auf, die auf einen frühzeitigen Ausfall der PV Module (<20 Jahre) schließen lassen? Welche Auffälligkeiten sind die Treiber des frühzeitigen Verschleiß? Experte 1 10% Delamination, defekte Anschlussdosen, defekte Steckverbinder Experte 2 20% Delamination, defekte Anschlussdosen / Steckverbinder, Korrosion, defekte Lötstellen Experte 3 5% Defekte Anschlussdosen, Delamination, defekte Lötstellen Anmerkung 1: Die begutachteten PV Anlagen sind mit weit überwiegender Anzahl aus dem Zeitraum zwischen 2007 und 2015 Anmerkung 2: In der Regel liegt ein (begründeter) Verdacht für eine Begutachtung vor. Es ist daher davon auszugehen, die begutachten PV Anlagen deutlich mehr auffällige Module aufweisen als der Durchschnitt der installierten PV Anlagen. F007 / V

15 Lebensdauer von PV-Modulen Zwischenfazit 1 PV Module vor 2007 Kristalline PV Module sind auf Basis der vorhandenen Langzeiterfahrungen bei richtiger Verarbeitung in der Lage 20 Jahre und länger (in moderaten Klimabedingungen) zu funktionieren. Die durchschnittliche Degradation beträgt ca. 0,1% bis 0,5% pro Jahr. Die Ausfallquote in den betrachteten Zeiträumen beträgt zwischen 0,1% und 10%. Als Hauptursachen für Modulausfälle können folgende Gründe genannt werden: EVA Degradation Korrosionseffekte Defekte Anschlussdosen / Bypass Dioden F007 / V

16 Lebensdauer von PV-Modulen Zwischenfazit 2 PV Module ab 2007 Die Ergebnisse der Expertenbefragung lassen für PV Module, die ab 2007 installiert wurden die Vermutung zu, dass die Quote auffälliger PV Module langfristig über der Quote für PV Module vor 2007 liegen könnte. Als mögliche Gründe hierfür können ein zwischen 2007 und 2015 stark gestiegener Kostendruck sowie ein starkes Marktwachstum mit temporären Lieferengpässen und der Verwendung minderwertiger Materialien zur Deckung der Nachfrage als Folge genannt werden. F007 / V

17 Lebensdauer von PV-Modulen eine Annäherung über die Bewertung der Modulbestandteile Backsheet Anschlussdose / Dioden Anschlusskabel EVA Steckverbinder Zellverbinder / Lötverbindungen Zelle Rahmen Versiegelung Glas F007 / V

18 Lebensdauer von PV-Modulen eine Annäherung über die Bewertung der Modulbestandteile Anschlussdose / Dioden EVA Kritische Komponenten gemäß vorliegender Langzeiterfahrungen Zellverbinder / Lötverbindungen (Korrosion) F007 / V

19 Lebensdauer von PV-Modulen Kritische Modulbestandteile: EVA (Einkapselungsmaterial) EVA (Etylen Vinylacetat) stellt bis heute das mit Abstand am häufigsten verwendete Einkapselungsmaterial dar. Ohne Additive ist EVA für die Verwendung in PV Modulen aufgrund der schlechten UV Beständigkeit nicht geeignet. Additive geben EVA die benötigten Funktionseigenschaften. Alterungseffekte können zu Delamination, Vergilbung (Yellowing / Browning) und Eintrübung führen. F007 / V

20 Lebensdauer von PV-Modulen Kritische Modulbestandteile: EVA (Einkapselungsmaterial) Alternative Materialien, bspw. auf Silikonbasis, zeigen in Pilotprojekten und Kleinserien eine deutliche bessere Langzeitstabilität bei gleichzeitig besserem Schutz der Zelle. Auf Basis des aktuellen Kenntnisstandes wird von einer Haltbarkeit von ca. 40 Jahren ausgegangen. Herausforderungen: Wenig Praxiserfahrungen vorhanden, gegenwärtig noch höhere Herstellungskosten. Quelle Bildmaterial: Momentive Performance Materials Inc., 12. Workshop Photovoltaik Modultechnik (2015) F007 / V

21 Lebensdauer von PV-Modulen Kritische Modulbestandteile: Zellverbinder / Lötverbindungen Verarbeitungs und Materialfehler führen zu erhöhten Übergangswiderständen und ggf. Schädigung durch Hitzeentwicklung. Neue Zellkonzepte basieren auf Vielfach Kontakten / mehreren Bus Bars. Das Risiko eines Totalausfalls sinkt. Metallische Verbindungen innerhalb von PV Modulen können unter Einwirkung von Feuchte korrodieren und infolge dessen versagen. Durch Verwendung neuer Einkapselungsmaterialien (Silikon) und Rückseitenabdeckungen (bspw. Glas Glas Module) geringeres Korrosionsrisiko. F007 / V

22 Lebensdauer von PV-Modulen Kritische Modulbestandteile: Anschlussdose / Bypass Dioden Anschlussdosen sind das Bauteil mit der höchsten Stromdichte und thermischen Belastung eines PV Moduls. Bypass Dioden erfahren im Regelbetrieb und verstärkt im Fehlerfall hohe thermische Belastungen. In Bezug auf eine Laufzeit von >> 20 Jahren sind die in der Regel verbauten Schottky Dioden als Verschleißteil zu betrachten. Anschlussdosen sollten so designt sein, dass ein unkomplizierter Tausch der Dioden möglich ist. Alternativ sind neue Diodenkonzepte (aktive Dioden mit verringerten Verlusten und höherer Spannungsfestigkeit) zu integrieren. F007 / V

23 Fazit & Ausblick F007 / V

24 Fazit & Ausblick PV Anlagen sind grundsätzlich in der Lage 20 Jahre und länger wirtschaftlich betrieben zu werden. Wechselrichter sind im statistischen Mittel ca. ein Mal im Rahmen einer 20 jährigen Laufzeit zu ersetzen. Aufgrund des nach wie vor hohen Kostendrucks und der dadurch bedingt unterschiedlichen Modulqualitäten am Markt wird empfohlen, im Rahmen der Projektierung detaillierte Modulprüfungen und Wareneingangskontrollen durchzuführen. Die Haltbarkeit von PV Modulen kann perspektivisch durch Optimierung neuralgischer Punkte deutlich verbessert werden. Eine Lebensdauer von 40 Jahren (in moderatem Klima) wird als realistischer Wert eingeschätzt. Aber: Welche Motivation haben Hersteller PV Module zu bauen, die besonders lange halten? F007 / V

25 Fazit & Ausblick getreu dem Motto: Ein guter Esel springt nur so hoch wie er muss. F007 / V

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! ADLER Solar Services GmbH Sönke Jäger Ingolstädter Str Bremen Telefon: +49 (0) Fax: +49 (0) Mobile: +49 (0) Web: jaeger@adlersolar.de F007 / V