Bewertung von Elektrolumineszenz(EL)-Aufnahmen 1
Zur Person Thilo Scharf Elektrotechnikmeister HWK Europäischer Solartechniker HWK Blitzschutzfachkraft nach DIN VDE 0185-305 TÜV geprüfter Gutachter/Sachverständiger für PV-Anlagen Seid 2005 in der PV-Branche in verschiedenen Positionen Geschäftsführer Photovoltaik Sachverständigen Büro Geschäftsführer EEB GmbH 2
Grundlagen der Elektrolumineszenz(EL)-Aufnahmen Bei der EL-Aufnahme, kann die elektrische Aktivität eines Modul-oder Zellbereich sichtbar gemacht werden. Bei diesem Verfahren wird der photovoltaische Effekt umgekehrt Ein Modul oder String wird über ein dafür vorgesehenes Netzteil bestromt, dieses wird dadurch im nahen Infrarotbereich Sichtbar gemacht. Der angelegte Strom beträgt in etwa das 1-1,5 fache des Modulkurzschlussstroms. Verschiedene elektrisch aktive Bereiche der Zelle leuchten unterschiedlich stark. 3
Was passiert bei EL-Aufnahmen Die EL-Aufnahme ist ein Bildgebendes Messergebnis Der Photovoltaischeffekt wird umgekehrt Es werden spezielle Kameras benötigt 4
Bewerten von EL-Aufnahmen Möglichkeiten von EL-Aufnahmen Prüflabor Im installierten Zustand Mobile Teststationen 5
Aufnahme eines Prüflabors 6
Aufnahme im installierten Zustand bei Nacht 7
Aufnahme einer Mobile Teststation 8
Auffälligkeiten die durch EL-Messungen erfasst werden können Mikrorisse Photovoltaisch inaktive Zellbereiche oder Zellen Schlechte Zellsortierung Auffälligkeiten bedingt durch Fehler im Produktionsprozess 9
Mikrorisse Es wird zwischen inaktiven und aktiven Mikrorissen unterschieden. Inaktive Mikrorisse haben keinen oder nur einen sehr geringen Einfluss auf die Leistung der Zellen. Bei aktiven Mikrorissen sind Zellbereiche elektrisch teilweise oder gänzlich isoliert. Auf EL-Aufnahmen erscheint deshalb eine Bruchseite etwas dunkler als die andere Seite. Ursachen sind z.b schlechter Transport; Hagelschlag; unsachgemäßes Handling 10
Multiple Risse 11
Multiple Risse In vorhergegangen Bild konnte ein Multipler Zellriss detektiert werden. Ursprung des Risses ist vermutlich ein Einschlag eines Hagelkorns (gelber Pfeil) Die Risse bilden sich vom Einschlagszentrum strahlenförmig aus. Auswertung, dunkle Bereiche sind noch nicht erkennbar, daher dürfte auch noch kein nennenswerter Leistungsverlust eingetreten sein. Die Einschätzung dieses Fehlerbildes ist nicht Eindeutig, ein Vorschlag wäre hierbei, eine spätere turnusgemäße Leistungsprüfung bei z.b jährlicher Wartung. 12
Mikrorisse Aktiver Mikroriss 13
Microrisse aktiv Der aktive Microriss ist als kritisches Fehlerbild zu betrachten. Dieser Zellriss hat bereits einen elektrischen Einfluss, es kommt hierbei zu einem elektrischen Abtrennen einzelner Zellbereiche. Diese Bereiche erscheinen im EL-Bild dunkler bis hin zu schwarz. Zellrisse mit elektrischen Einflüssen entstehen meist zwischen Busbars und Zellrand, oder zwischen zwei Busbars wie in vorhergehenden Bild. Bei diesem Fehlerbild kommt es zu Leistungsverlusten in der Zelle. 14
Mikrorisse Inaktiver Mikroriss 15
Microrisse inaktiv Der Inaktive Microriss aus ist als auffälliges Fehlerbild zu betrachten Der durch den Riss und des Busbars begrenzte Zellbereich ist in diesem Bild noch elektrisch aktiv. Dieser kann aber durch z.b thermische Zyklen ebenfalls inaktiv werden. 16
Inaktive Zellbereiche oder Zellen Durch Zellbrüche können Bereiche auf der Zelle isoliert werden. Diese Zellbereiche leisten keinen oder nur einen geringen Beitrag zur Gesamtleistung des Moduls Sie erscheinen auf der EL-Aufnahme als dunkle Zellbereiche. Auch ganze Zellen können z.b. durch einen Kurzschluss innerhalb der Zelle photovoltaisch inaktiv werden Der resultierende Strom wird aus der Zellfläche bestimmt daher wird durch inaktive Zellbereiche der gesamte Zell-String beeinflusst 17
Inaktiver Zellbereich Inaktiver Zellbereich 18
Inaktiver Zellbereich In vorhergehender Aufnahme konnte mittels der EL-Aufnahme ein inaktiver Zellbereich sowie Mehrfachrisse detektiert werden. Auswertung des vorhergehenden Bildes Mehrfachriss in vorhandener Zelle welcher zum Teil bereits inaktiv ist. (dunkler Bereich) Dies geht mit einem Leistungsverlust umher Prognose des Mehrfachrisses Durch thermische Zyklen, können sich vorgefunden Risse, welche hier noch keinen Einfluss auf die Leistung haben vertiefen und zum weiteren Abtrennen von Zellbereich führen, dies kann bis hin zum Totalausfall der Zelle führen. Dieses Fehlerbild ist als kritisch zu bewerten es kommt zu Leistungsverlusten im Modul. 19
Kurzgeschlossene Zelle Kurzgeschlossene Zelle 20
Kurzgeschlossene Zelle In vorhergehender Aufnahme konnte mittels der EL-Aufnahme eine kurzgeschlossene Zelle detektiert werden. Diese Zelle trägt nicht mehr zur Leistungsproduktion des Moduls bei. 21
Schlechte Zellsortierung Im Regelfall werden jeweils Zellen mit gleichem Zellwirkungsgrad in den einzelnen Modulen verbaut. Wenn einzelne Zellen im Modul auf der EL-Aufnahme unterschiedlich hell erscheinen, ist dies ein Indiz für eine schlechte Zellsortierung während der Produktion. Dies bedeutet Minderleistung. 22
Inhomogene Zellen Inhomogene Zelle 23
Inhomogene Zelle Dieser Fehler ist als kritisch zu betrachten da diese eine Leistungsminderung des Moduls zur Folge hat. Als weiteres Vorgehen wäre in diesem Falle eine Leistungsmessung als sinnvoll zu erachten. Da dieser Fehler bereits beim Hersteller aufgetreten sein könnte und in der Leistungs-Klassifizierung des Moduls berücksichtigt wurde. 24
Fehler im Produktionsprozess Fingerdefekte Ringstrukturen bei monokristallinen Zellen Panzerkettenmuster die durch eine inhomogene Temperaturverteilung im Temperofen entstehen 25
Fingerdefekte Fingerdefekte 26
Fingerdefekte Hierbei handelt es sich um einen produktionsbedingten Fehler Diese Fehler können aufgrund von unvollständiger Kontaktierung der Finger auf der Oberfläche entstehen. Dieses Fehlerbild ist als unkritisch zu betrachten, eine Ausweitung oder weitere Ausbildung des Fehlers ist nicht zu erwarten. 27
Ringstrukturen Ringstrukturen aufgrund Fehler in Zellproduktion 28
Ringstrukturen Auch als Czochralski-Effekt bekannt. Dieser Effekt ist nur bei monokristallinen Zellen vorzufinden. Er entsteht, bei unzureichender Steuerung des Prozesses beim Ziehen des Einkristalls aus der Schmelze. Gegebenenfalls ist der Zellwirkungsgrad unwesentlich herabgesetzt. Dieser Fehler ist als unkritisch zu bewerten, da dieser ebenfalls bei der Leistungsklassifizierung des Herstellers bereits berücksichtigt wurde 29
Panzerkettenmuster Panzerkettenmuster 30
Panzerkettenmuster In vorhergegangen Bild ist das sogenannte Panzerkettenmuster zu erkennen. Dieses Fehlerbild entsteht im Temperofen beim Verfestigen der im Siebdruck-verfahren aufgebrachten Zellfinger. Dieses Fehlerbild ist als unkritisch anzusehen, ein Einfluss auf das Verhalten der Zelle ist nicht bekannt. 31
Diagonalverlaufendes Muster 32
Diagonalverlaufendes Muster In vorhergegangen Bild konnte ein Diagonalverlaufendes Muster festgestellt werden. Es handelt sich hierbei nicht um kritisch zu bewertende Zellrisse Dieses Muster kann beim Sägen der Wafer entstehen und ist als unkritisch zu bewerten. 33
Punktförmige Auffäligkeiten 34
Punktförmige Auffälligkeiten Die punktförmigen Auffälligkeiten können aus unterschiedlichen Gründen auftreten z.b. resultierende Kurzschlüsse basierend auf Verunreinigungen beim laminieren. Die punktförmigen Auffälligkeiten sind meist als unkritisch zu betrachten. Sie können allerdings durch z.b. punktuelle Erwärmung zu Zellrissen führen. 35
Fazit Fehler treten oftmals nur in einzelnen Zellen auf. Die meisten Module bestehen aus mehreren Zellen z.b. 60 Zeller. Bei einzelnen Fehlern ist oftmals nur ein kleiner Teil eines Moduls betroffen, der Einfluss auf die Modulleistung ist dementsprechend gering. Die Leistung des gesamten Moduls kann deshalb noch durchaus im Bereich der Herstellertoleranz liegen. 36
VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT 37