UV Fluoreszenz an Photovoltaikmodulen

Die UV Fluoreszenz Untersuchung an Photovoltaikmodulen ist eine am ISFH in Hameln von Dr. Marc Köntges entwickelte Methode zum Aufspüren von Mikrorissen in Solarzellen. Die Methode ist noch relativ neu und wird derzeit vor allem im Labor angewandt. Kürzlich wurde auf dem PV-Symposium auf Kloster Banz auch eine Outdoor Methode vom ISFH vorgestellt. Da wir eh immer Nachts auf Achse sind, haben wir nun auch unsere ersten Erfahrungen mit der UV-Fluoreszenz gesammelt. In diesem Artikel wird die Methode beschrieben und es werden einige erste Aufnahmen gezeigt, die mit der neuen Methode gemacht wurden.

Zunächst soll jedoch einmal kurz erklärt werden wie diese Methode genau funktioniert.  Wenn man einen Stoff mit Strahlung einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt, so kommt es unter bestimmten Bedingungen zu einer Anregung der Moleküle bzw. Atome des Stoffes, die wiederum ebenfalls zu einer Emission führen. Diese Emission findet meist bei einer größeren Wellenlänge statt, als derjenigen der anregenden Strahlung.
Im Fall der UV Fluoreszenz geht es nun nicht um die Zellen selbst, sondern um die Einbettungsfolie aus EVA. Diese zeigt bei vielen Solarmodulen bei der Bestrahlung mit unsichtbarem UV-Licht eine Emission im sichtbaren Wellenlängenbereich, die sogenannte Fluoreszenz. Diese Fluoreszenz ist bei neuen Modulen zunächst schwach und steigt, je mehr Licht die Module im Verlauf des Betriebes gesehen haben. Das besondere an der Fluoreszenz ist, dass diese durch hohe Temperaturen verstärkt wird und durch Sauerstoffeinwirkung in Kombination mit Licht wieder abnimmt. Wenn ein Solarmodul nun über Jahre auf dem Dach oder im Freiland in Betrieb ist, so diffundiert ein wenig Sauerstoff durch die Rückseitenfolie ins Laminat und dringt durch die schmalen Spalten zwischen den Zellen auf die Zellvorderseite. Von dort wandern die Sauerstoffmoleküle dann langsam in Richtung Zellmitte. Dadurch verlieren die Zellen vom Rand her gesehen immer mehr Ihre Fluoreszenz. Man kann also sagen, dass die Breite der dunklen Streifen am Zellrand in Korrelation zu der Zeit steht, die die Zelle bereits Licht und Sauerstoff ausgesetzt war. In anderen Worten: Je länger das Modul montiert ist, desto breiter der nicht fluoreszierende Zellrand.

UV Floureszenz an Solarzellen. Man erkennt den breiten Streifen am Zellrand ohne Floureszenz.
UV Fluoreszenz an Solarzellen. Man erkennt den breiten Streifen am Zellrand ohne Fluoreszenz. Das Modul war bereits 13 Jahre auf dem Dach und zeigt eine entsprechend starke UV-Fluoreszenz.

Nun ist es so, dass die Sauerstoffmoleküle auch durch Mikrorisse in den Solarzellen diffundieren und damit über diesen Rissen ebenfalls einen dunklen Streifen erzeugen. Die Risse selbst kann man auch mit der Elektrolumineszenzmethode diagnostizieren. Mit der UV-Fluoreszenz erhält man nun aber auch einen Hinweis darauf, wie alt ein Mikroriss ist. Man darf hier nicht erwarten, dass dieses Alter sehr exakt bestimmt werden kann, man kann aber schon sagen, ob ein Riss vom Hagelereignis von vor 2 Monaten stammt oder ob der Riss bereits durch eine unsachgemäße Montage oder einen unsachgemäßen Transport entstanden ist. Man hat mit der Methode also ein weiteres Tool an der Hand, mit dem man zusätzliche Informationen über Schädigungen an den Modulen erhalten kann.

UV Floureszenz an Solarmodul mit mehreren Mikrorissen in den Solarzellen.
UV Fluoreszenz an Solarmodul mit mehreren Mikrorissen in den Solarzellen. Die Risse dürften schon bei der Montage entstanden sein.

Ein weiteres Indiz über eine Schädigung am Modul liefert die stärkere Fluoreszenz an Stellen die dauerhaft einer höheren Wärmebelastung ausgesetzt waren. Hiermit lassen sich dann einzelne Zellen lokalisieren, die im Schnitt wärmer geworden sind als andere. Unten kann man deutlich erkennen, dass ein Modul ausgetauscht wurde. Das Modul war noch nicht lange in der Sonne und zeigt nur eine schwache UV-Fluoreszenz.

Outdoor UV Floureszenz Untersuchung. Die Solarzellen zeigen vereinzelt schwarze Flecken an den Zellverbindern, die auf erhöhten thermischen Stress hinweisen.
Outdoor UV Fluoreszenz Untersuchung. Man erkennt ein Modul mit deutlich schwächerer UV-Fluoreszenz. Dieses Modul ist noch nicht lange in Betrieb. Es wurde wegen eines Defektes ausgetauscht.

UV Floureszenz Nahaufnahme

UV Fluoreszenz Nahaufnahme. Die Fluoreszenz verschwindet oft im Bereich der Frontkontakte, wenn bei der Lötung dort Risse entstanden sind.Bleibt noch zu erwähnen, dass bei Modulen mit einer Rückseite aus Glas, also bei Doppelglas Modulen keine Sauerstoff-Diffusion stattfindet, so dass dort nur die thermischen Effekte zur Erhöhung der UV Fluoreszenz beobachtet werden können.

Mehr Infos zum Thema findet man hier beim ISFH.

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