Helio Tech Energy

Photovoltaikmodul

Ein Photovoltaikmodul (PV-Modul) besteht aus mehreren Schichten, die gemeinsam dafür sorgen, dass die Solarzellen optimal funktionieren, geschützt sind und langfristig Strom produzieren. Die wichtigsten Bestandteile eines PV-Moduls sind:

Abbildung 1: Solarzellenaufbau

  • Rahmen

Funktion:

Gibt dem Modul mechanische Stabilität. Erleichtert die Montage auf Dach- oder Freiflächenanlagen. Verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit und schützt die Modulkanten.

Material:

Meist eloxiertes Aluminium (leicht, rostfrei und langlebig). Alternativ: Rahmenlose Module (Doppelglas-Module), die durch Glasverklebung stabil bleiben.

  • Glasschicht (Frontglas)

Funktion:

Schützt die empfindlichen Solarzellen vor mechanischen Einwirkungen (z. B. Hagel, Wind, Schnee) und bietet Schutz vor Witterungseinflüssen wie Regen und UV-Strahlung. Muss eine hohe Lichtdurchlässigkeit haben, um Reflexionsverluste zu minimieren.

Material:

Gehärtetes, hochtransparentes Solarglas (1,5–4 mm dick). Oft mit Antireflexbeschichtung, um mehr Licht in das Modul eindringen zu lassen. Kann als strukturiertes Glas ausgeführt sein, um eine bessere Lichtstreuung zu ermöglichen.

  • Antireflexionsbeschichtung (ARC – Anti-Reflective Coating)

Funktion:

Reduziert die Lichtreflexion auf der Oberfläche der Solarzellen. Erhöht die Menge des einfallenden Lichts, das von der Zelle absorbiert werden kann. Trägt zu einer höheren Effizienz des Moduls bei.

Material:

Dünne Siliziumnitrid- (SiNₓ) oder Titanoxid-Schicht auf der Zelloberfläche. Die Beschichtung hat zusätzlich eine optische Funktion und beeinflusst die typische blaue Farbe vieler Solarzellen.

  • Einkapselung (Encapsulation Layer)

Funktion:

Sorgt für die mechanische Stabilität der Solarzellen. Schützt die Solarzellen vor Feuchtigkeit, Sauerstoff und mechanischem Druck. Muss eine gute Lichtdurchlässigkeit haben, um die Energieausbeute nicht zu verringern.

Material:

Meist EVA (Ethylen-Vinylacetat) – ein transparentes, elastisches Material. Alternativen: POE (Polyolefin-Elastomer) für verbesserte Langzeitstabilität und geringere Feuchtigkeitsaufnahme. Wird in einem Laminationsprozess erhitzt und vernetzt, um eine feste Verbindung zwischen Glas, Solarzellen und Rückseitenfolie herzustellen.

  • Solarzellen (Photovoltaische Zellen)

Funktion:

Sind das Herzstück des Moduls und erzeugen durch den photovoltaischen Effekt elektrische Energie aus Sonnenlicht. Bestehen aus Halbleitermaterialien, meist Silizium, das Photonen absorbiert und Elektronen freisetzt. Die einzelnen Solarzellen werden in Reihe geschaltet, um eine höhere Spannung zu erzielen.

  • Busbars (Leiterbahnen)

Funktion:

Transportieren die erzeugte elektrische Energie innerhalb der Solarzelle. Verbinden einzelne Zellen miteinander, um eine höhere Modulspannung zu erreichen.

Material:

Meist aus Silberlegierungen (hochleitfähig). Neuere Technologien nutzen Schindelzellen oder Multi-Busbar-Technologien, um Widerstandsverluste zu verringern.

  • Rückseitenfolie (Backsheet)

Funktion:

Sorgt für die elektrische Isolation und schützt die Solarzellen vor Feuchtigkeit, UV-Strahlung und chemischen Einflüssen. Trägt zur mechanischen Stabilität des Moduls bei. Hält die Module langlebig und minimiert Korrosion an den Leiterbahnen.

Material:

Besteht meist aus mehrschichtigen Kunststofffolien (z. B. Tedlar-PET-Tedlar, TPT). In bifazialen (zweiseitigen) Modulen wird stattdessen Glas auf der Rückseite verwendet (Doppelglas-Module), um Licht auch von der Modulrückseite zu nutzen.

  • Anschlussdose (Junction Box)

Funktion:

Dient als elektrischer Anschluss des Moduls. Enthält die Bypass-Dioden zur Verschattungsminimierung. Bietet wasserdichten Schutz für die elektrischen Kontakte.

Eigenschaften:

Wird auf der Rückseite des Moduls angebracht. Meist mit IP67- oder IP68-Schutzklasse gegen Feuchtigkeit und Staub versehen. MC4-Stecker ermöglichen eine schnelle Verbindung zwischen Modulen.

  • Bypass-Dioden

Funktion:

Verhindern Leistungsabfälle, wenn einzelne Zellen oder Zellgruppen durch Verschattung oder Defekte beeinträchtigt sind. Leiten den Strom an den betroffenen Zellen vorbei, um den Gesamtenergieertrag zu maximieren.

Positionierung:

Meist in der Anschlussdose des Moduls integriert. Normalerweise eine Bypass-Diode pro 20–24 Zellen (bei 60-Zellen-Modulen also 3 Dioden).

Modularten und ihre Technologien

Konventionelle PV-Module basieren auf mono- oder polykristallinen Silizium-Solarzellen. Sie bestehen aus einer p-n-Halbleiterschicht, die durch Lichtbestrahlung Elektronen freisetzt und somit elektrischen Strom erzeugt. Der typische Zellwirkungsgrad liegt zwischen 15 % und 22 %. Die Zellen bestehen aus n-dotiertem und p-dotiertem Silizium, wobei die n-Schicht als Elektronenquelle und die p-Schicht als Elektronenakzeptor fungiert.

Vorteile

  • Bewährte, kostengünstige Technologie
  • Hohe Verfügbarkeit und lange Lebensdauer (> 25 Jahre)
  • Geringe Produktionskomplexität

Nachteile

  • Höherer Temperaturkoeffizient, d. h. Leistungsverlust bei hohen Temperaturen
  • Reflexionsverluste durch nicht absorbiertes Licht

PERC (Passivated Emitter and Rear Cell)

PERC-Module verbessern die Standard-Silizium-Technologie durch eine zusätzliche dielektrische Passivierungsschicht auf der Rückseite der Zelle.

Abbildung 2: Schematische Darstellung PERC-Solarzelle

Diese reduziert Rekombinationsverluste und reflektiert nicht absorbiertes Licht zurück in die Zelle. Die Halbleiterschicht besteht ebenfalls aus n-dotiertem und p-dotiertem Silizium, ergänzt durch eine zusätzliche Passivierungsschicht aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Siliziumnitrid (SiNx).

Vorteile

  • Höherer Wirkungsgrad (bis zu 22 %)
  • Bessere Leistung bei schwachem Licht
  • Höhere Erträge in heißen Klimazonen

Nachteile

  • Anfälligkeit für Lichtinduzierte Degradation (LeTID)
  • Komplexere Fertigung als konventionelle Module

Shingle-Module Shingle-Module bestehen aus in Reihen angeordneten, überlappenden Siliziumzellen, die anstelle von Metallbändern miteinander verbunden sind.

Abbildung 3: Shingle-Solarmodul

Dadurch werden Reihenverluste reduziert, und es entstehen flexible Module mit hoher Effizienz. Die Zellen bestehen ebenfalls aus p-n-dotiertem monokristallinem Silizium, wobei die Kontakte über leitfähige Klebstoffe verbunden werden.

Vorteile

  • Höhere Modulflexibilität und mechanische Belastbarkeit
  • Bessere Verschattungstoleranz
  • Höhere Modulwirkungsgrade (> 22 %)

Nachteile

  • Komplexere Fertigung
  • Potenzielle Degradationsprobleme an den Kontaktstellen

TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact)

TOPCon-Module verbessern PERC-Module durch eine ultradünne Tunneloxidschicht und dotierte Polysiliziumkontakte auf der Rückseite.

Abbildung 4: Schematische Darstellung TOPCon-Solarzelle

Diese Technologie minimiert Ladungsträgerverluste und optimiert die Effizienz. Die Zellstruktur nutzt eine Kombination aus n-dotiertem Silizium, einer Oxidschicht (SiO₂) und einer Schicht aus dotiertem Polysilizium (Poly-Si).

Vorteile

  • Höherer Wirkungsgrad (bis zu 24 %)
  • Bessere Temperaturstabilität als PERC-Module
  • Geringere Degradation und längere Lebensdauer

Nachteile

  • Höhere Produktionskosten
  • Erhöhte Komplexität in der Zellfertigung

Heterojunction-Technologie (HJT)

Heterojunction-Technologie kombiniert amorphes Silizium (a-Si) mit monokristallinem Silizium (c-Si), wodurch eine bessere Passivierung der Zelloberflächen und geringere Rekombinationsverluste erzielt werden.

Abbildung 5: Schematischer Aufbau einer HTJ-Solarzelle

Die Zelle besteht aus intrinsischem amorphem Silizium (i-a-Si), p-dotiertem amorphem Silizium (p-a-Si) und einem n-dotierten kristallinen Silizium-Wafer.

Vorteile

  • Höchster Wirkungsgrad unter Siliziumtechnologien (bis zu 26 %)
  • Sehr niedriger Temperaturkoeffizient (ideal für heiße Standorte)
  • Hervorragende Langzeitstabilität

Nachteile

  • Sehr komplexe Herstellung
  • Hohe Produktionskosten

ABC-Zellen (All-Back-Contact)

Bei ABC-Solarzellen befinden sich alle Kontakte auf der Rückseite der Zelle. Dadurch werden Verschattungsverluste minimiert, da auf der Vorderseite keine metallischen Kontakte Licht blockieren. Diese Technik ermöglicht eine optimierte Lichtabsorption und höhere Wirkungsgrade.

Tandem-Solarzellen

Tandem-Solarzellen, auch als Stapel- oder Mehrfachsolarzellen bekannt (engl. multi-junction solar cells), bestehen aus mehreren übereinander geschichteten Solarzellen unterschiedlicher Halbleitermaterialien.

Abbildung 6: Schnittdarstellung durch eine Tandem-Solarzelle (a) und Frequenzbereiche der Absorption der einzelnen Schichten (b)

Diese Struktur ermöglicht eine optimierte Nutzung des Sonnenlichts und führt zu einem höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen Einfachsolarzellen.

Funktionsweise
Die oberste Teil-Solarzelle einer Tandem-Struktur absorbiert hochenergetisches Licht im kurzwelligen Spektralbereich, während langwelliges Licht ungehindert in die darunterliegenden Solarzellen dringt. Jede Schicht ist auf einen spezifischen Spektralbereich optimiert, wodurch der Absorptionsbereich erweitert und die Gesamtumwandlungseffizienz gesteigert wird. Die Anordnung der Teil-Solarzellen kann mechanisch gestapelt oder monolithisch integriert erfolgen.

Materialien und Architektur
Zur Realisierung von Tandem-Solarzellen kommen verschiedene Materialkombinationen zum Einsatz:

  • III-V-Halbleiterverbindungen: Die höchsten Wirkungsgrade werden mit Kombinationen aus Galliumindiumphosphid (GaInP), Galliumarsenid (GaAs) und Germanium (Ge) erzielt. Diese Technologie wird bevorzugt in Raumfahrtanwendungen und Konzentrator-Photovoltaikanlagen eingesetzt.
  • Perowskit-Silizium-Kombinationen: Die Kombination einer Silizium-Bottomzelle mit einer Perowskit-Topzelle bietet ein hohes Potenzial zur Steigerung der Effizienz bei vergleichsweise geringen Produktionskosten.
  • Amorphe und mikrokristalline Silizium-Zellen: Diese Technologie nutzt eine Kombination aus amorphem (a-Si) und mikrokristallinem Silizium (µc-Si), um eine breitere spektrale Abdeckung zu ermöglichen.

Vorteile der Tandem-Solarzellen
Im Vergleich zu herkömmlichen Einfachsolarzellen bieten Tandem-Solarzellen folgende Vorteile:

  • Höherer Wirkungsgrad: Durch eine gezielte Absorption spezifischer Spektralbereiche werden Umwandlungseffizienzen von über 40 % unter konzentriertem Sonnenlicht erreicht.
  • Geringerer Energieverlust: Durch die Vermeidung von Wärmeverlusten (Thermalisation) wird ein größerer Anteil der Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt.
  • Flexibilität in der Materialwahl: Je nach Anwendungsbereich können unterschiedliche Materialkombinationen verwendet werden, um die Effizienz weiter zu optimieren.

Forschung und Produktion
Die Entwicklung von Tandem-Solarzellen verzeichnet kontinuierliche Fortschritte. Forschungseinrichtungen wie das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und führende Unternehmen arbeiten an der Weiterentwicklung von Perowskit-Silizium-Tandemzellen, die 2022 einen neuen Effizienzrekord von 32,5 % erreichten. Auch in den USA, Japan und Deutschland treiben Unternehmen die Industrialisierung dieser Technologie voran.

Anwendungsbereiche
Ursprünglich wurden Tandem-Solarzellen aufgrund hoher Herstellungskosten vor allem in der Raumfahrt eingesetzt. Mit der Weiterentwicklung der Produktionsverfahren eröffnen sich jedoch zunehmend terrestrische Anwendungen, darunter:

  • Hochleistungs-Photovoltaik: Konzentrator-Systeme zur Solarstromerzeugung mit optischen Linsensystemen zur Lichtbündelung.
  • Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV): Einsatz von Tandem-Zellen in Fassaden- und Dachkonstruktionen.
  • Tragbare Energieversorgung: Effiziente Energiequellen für mobile Geräte und Elektrofahrzeuge.

Fazit
Tandem-Solarzellen repräsentieren eine Schlüsseltechnologie zur Steigerung der Effizienz in der Photovoltaik. Durch fortschreitende Materialentwicklungen und optimierte Herstellungsverfahren wird diese Technologie zunehmend wettbewerbsfähig und könnte einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung der Zukunft leisten.

Perowskit-Solarzellen

Perowskit-Solarzellen gelten aufgrund ihrer kostengünstigen Herstellung und vielversprechenden Effizienz als eine der vielversprechendsten Technologien in der Photovoltaik. Im Vergleich zu klassischen Siliziumzellen können sie wesentlich dünner gefertigt werden, was Material- und Produktionskosten reduziert. Zudem nutzen Perowskitzellen auch grünes und blaues Licht effizient, während Siliziumzellen hauptsächlich den roten und infraroten Spektralbereich verwerten. Dies macht sie zu idealen Kandidaten für Tandem-Solarzellen, die beide Technologien kombinieren und somit höhere Wirkungsgrade erzielen könnten. Allerdings bestehen weiterhin Herausforderungen hinsichtlich der Langzeitstabilität, des Schutzes vor Feuchtigkeit und der Umweltverträglichkeit, insbesondere aufgrund des oft notwendigen Bleianteils, der durch die RoHS-Richtlinie reguliert wird.

Alternative Materialien zur Bleifreiheit

Theoretisch kann Blei durch Elemente wie Zinn ersetzt werden. Bislang waren diese Versuche jedoch wenig erfolgreich, da Zinn zur Oxidation neigt und dadurch die Kristallstruktur des Perowskits destabilisiert. Fortschritte wurden jedoch 2017 mit Bismutiodidoxid erzielt, einem Material, das eine stabile, bleifreie Alternative bieten könnte. Weitere Alternativen wie Germanium, Kupfer, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel werden erforscht, wobei ihre Wirkungsgrade bislang noch deutlich niedriger sind. So erreichte eine auf CH3NH3SnI3 basierende bleifreie Perowskitzelle im Jahr 2014 lediglich 6 % Wirkungsgrad. Ein entscheidender Faktor für den Erfolg bleifreier Perowskitzellen ist die Verhinderung der Oxidation von Zinn, um die Langzeitstabilität zu gewährleisten. Falls dieser Durchbruch gelingt, könnte die Entwicklung von effizienten, ungiftigen Perowskitzellen bereits in wenigen Jahren realisiert werden.

Wirkungsgradsteigerungen und neue Rekorde

Die Forschung zu Perowskit-Solarzellen hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte erzielt. Ein 2015 in Energy and Environmental Science erschienener Review zeigte, dass der Wirkungsgrad dieser Technologie innerhalb von nur fünf Jahren von 3,8 % auf 20,1 % gestiegen ist. Der derzeitige zertifizierte Weltrekord liegt bei 26,1 %, aufgestellt von einem Team der University of Science and Technology of China. Damit erreichen Perowskit-Solarzellen inzwischen Wirkungsgrade, die mit denen konventioneller Siliziumzellen vergleichbar sind. Besonders bemerkenswert ist die hohe Leerlaufspannung von 1,2 V, die fast doppelt so hoch ist wie die von Siliziumzellen (0,73 V). Zudem weisen Perowskitmodule bereits heute die kürzeste Energierücklaufzeit aller Solartechnologien auf, wobei Werte von nur 0,22 Jahren (rund drei Monate) dokumentiert wurden. Perspektivisch könnten sie zur umweltfreundlichsten Photovoltaiktechnologie avancieren, sofern ihre Stabilität weiter verbessert wird.

Serienreife und industrielle Umsetzung

Anfang 2022 gaben mehrere Hersteller bekannt, dass sie kurz vor der Serienfertigung von Perowskit-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad zwischen 27 und 28 % stehen. Allerdings bleibt die Lebensdauer mit rund drei Jahren bislang ein limitierender Faktor.

Parallel dazu konzentriert sich die Forschung auf die Entwicklung von Tandem-Solarzellen, bei denen Siliziumzellen mit einer dünnen Perowskitschicht kombiniert werden. Dies ermöglichte es einem Team um Professor Steve Albrecht in Berlin, in Labortests einen Wirkungsgrad von mehr als 29 % zu erzielen. Der aktuelle Weltrekord, aufgestellt im Oktober 2024 von der Firma LONGi, liegt bei einem zertifizierten Wirkungsgrad von 34,6 % auf einem Quadratzentimeter. Damit haben Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen die Wirkungsgrade herkömmlicher anorganischer Solarzellen übertroffen. Experten halten eine weitere Steigerung auf bis zu 35 % für möglich.

Zusätzlich gelang es Forschern des Lichttechnischen Instituts am Karlsruher Institut für Technologie im Jahr 2022, skalierbare Tandemsolarmodule auf reiner Perowskit-Basis mit einem Wirkungsgrad von 19,1 % herzustellen. Diese Technologie ist besonders zukunftsträchtig, da sie die energieintensive Siliziumproduktion umgeht und so die Amortisationszeit der Module erheblich reduziert.

Fazit

Perowskit-Solarzellen haben in den letzten Jahren einen beispiellosen Entwicklungssprung gemacht. Trotz bestehender Herausforderungen wie Haltbarkeit und Materialzusammensetzung zeigen sie enormes Potenzial als nachhaltige und effiziente Photovoltaiktechnologie. Die Fortschritte bei Tandem-Solarzellen und bleifreien Alternativen lassen darauf hoffen, dass Perowskit-basierte Module in naher Zukunft einen entscheidenden Beitrag zur Energiewende leisten können.

Technische Daten von PV-Modulen

Leistungsangaben In den technischen Datenblättern von PV-Modulen sind die Nennleistungen unter den sogenannten Standard Test Conditions (STC) angegeben. Diese Standard-Testbedingungen umfassen eine Air Mass von 1,5, eine Modultemperatur von T=25°C sowie eine Einstrahlungsintensität von G=1.000 W/m². Die unter diesen Bedingungen ermittelte Leistung dient als Referenzwert für den Vergleich und die Bewertung verschiedener Module.

Abbildung: Definition Air-Mass

Diese Standardbedingungen ermöglichen den Vergleich unterschiedlicher Module, können jedoch auch irreführend sein, da die unter STC ermittelte Nennleistung in Deutschland selten erreicht wird, da die erforderlichen Bedingungen meist nicht gegeben sind. Dennoch sind die STC-Kenndaten in jedem Datenblatt von PV-Modulen enthalten.

Einige Datenblätter enthalten zusätzlich Angaben zu den NMOT-Bedingungen (Nominal Module Operating Temperature), die eine realistischere Einschätzung der Leistung ermöglichen. Diese Bedingungen sind mit einer Air Mass von 1,5, einer Temperatur von T=20°C und einer Bestrahlungsintensität von G=800 W/m² definiert.

Zudem enthalten manche Datenblätter Kennlinien für verschiedene Strahlungsintensitäten, die das Verhalten des Moduls bei Schwachlicht veranschaulichen. Die jeweiligen MPP-Werte (Maximum Power Point) müssen in diesem Fall direkt aus den Diagrammen abgelesen werden.

Temperaturkoeffizienten von PV-Modulen

Die elektrische Ausgangsleistung von Solarmodulen wird durch Temperaturveränderungen beeinflusst, wobei Stromstärke und Spannung unterschiedlich darauf reagieren. Während die Stromstärke mit steigender Temperatur leicht zunimmt, nimmt die Modulspannung deutlich ab, was wiederum zu einer spürbaren Reduktion der Ausgangsleistung führt. Die Leerlaufspannung verringert sich in Abhängigkeit der Modultyp um etwa 0,2–0,5 % pro °C, während die maximale Ausgangsleistung in einem ähnlichen Bereich sinkt. Diese Temperaturabhängigkeiten sind in den technischen Datenblättern unter den Temperaturcharakteristiken aufgeführt.

Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad eines PV-Moduls gibt das Verhältnis der in elektrische Energie umgewandelten Sonnenstrahlung zur eingestrahlten Sonnenenergie an. Er wird als Prozentsatz angegeben und berechnet sich nach folgender Formel:

Dabei ist:

  • η der Wirkungsgrad des PV-Moduls,
  • Pel​ die erzeugte elektrische Leistung (gemessen in Watt),
  • Psol​ die auf das Modul auftreffende Strahlungsleistung, berechnet als Produkt der Einstrahlungsintensität G (in W/m²) und der Modulfläche A (in m²):

Dementsprechend lässt sich dieser Wert anhand der Definition der STC (G=1.000 W/m²), der im Datenblatt angegebenen Nennleistung sowie der aufgeführten Modulabmessungen eigenständig berechnen, ist aber in jedem Datenblatt aufgeführt.

Bifazialitätsfaktor

Dieser Faktor beschreibt den Anteil der rückseitigen Einstrahlung, den ein Solarmodul zur Stromerzeugung nutzen kann. Bei konventionellen monofazialen Modulen (Glas-Folienmodule) beträgt dieser Wert 0, da die Rückseite nicht aktiv ist. Bifaziale Module hingegen erreichen in der Regel Werte zwischen 70 und 90 %. Allerdings handelt es sich dabei um einen theoretischen Wert. Ein bifaziales Modul mit einer Leistung von 400 Wp und einem Bifazialitätsfaktor von 80 % könnte unter Standard-Testbedingungen auf der Rückseite zusätzlich bis zu 360 W erzeugen – vorausgesetzt, es wird vollständig ausgeleuchtet. In der Praxis ist die Einstrahlung auf die Rückseite jedoch meist deutlich geringer, da sie typischerweise zum Boden hin ausgerichtet ist. Die tatsächliche Leistung hängt daher maßgeblich vom Albedo-Wert des Untergrunds (Reflexionsgrad) und der Eigenverschattung durch den Abstand zum Boden ab. Bei Freiflächenanlagen können je nach Untergrund bis zu 10 % der Nennleistung zusätzlich generiert werden, während bei Dachanlagen die Farbe des Untergrunds eine Rolle spielt und maximal 5 % Mehrleistung erzielt werden können.

Vorder- und Rückseite

Die Frontseite eines PV-Moduls (Glas-Glas Modul oder Glas-Folien Modul) besteht stets aus Glas, wobei insbesondere bei Glas-Glas-Modulen die Glasdicke eine entscheidende Rolle spielt. Im Zuge technischer Weiterentwicklungen wurden PV-Module nicht nur leistungsfähiger, sondern auch größer. Gleichzeitig nahm jedoch die Glas- und Rahmendicke stetig ab. Dadurch wurde einerseits das Modulgewicht reduziert und die Montage erleichtert. Andererseits führte diese Materialeinsparung jedoch zu einer geringeren Stabilität der Module im Betrieb.

In Freiflächenanlagen ist in den letzten Jahren vermehrt das Phänomen des spontanen Glasbruchs bei Glas-Glas-Modulen aufgetreten – ein Defekt, der vor der Einführung dieser Modultechnologie nicht bekannt war. In manchen Großprojekten wurden spontane Glasbrüche bei bis zu 10 % der installierten Module festgestellt. Die Ursachen hierfür sind vielfältig. Zum einen entstehen durch Temperaturunterschiede zwischen der Vorder- und Rückseite des Moduls mechanische Spannungen, die zu Materialbelastungen führen. Zum anderen sind die Module immer größer geworden, während die Glasdicke reduziert wurde, sodass die strukturelle Stabilität beeinträchtigt ist. Interessanterweise wurden diese Effekte bislang nicht bei Modulen mit einer Glasdicke von ≥ 2,5 mm beobachtet.

Steckverbindungen

Ein häufiger Fehler in Photovoltaikanlagen ist die unsachgemäße Kombination von Steckverbindungen zwischen Solarkabeln und Modulkabeln. Sind die verwendeten Komponenten nicht vollständig kompatibel, entsteht ein erhöhter Übergangswiderstand, der bei hohen Strömen zu einer starken Erwärmung führen kann. Dies kann im schlimmsten Fall dazu führen, dass die Steckverbindungen thermisch beschädigt werden. Um solche Risiken zu vermeiden, ist es essenziell, ausschließlich einheitliche Steckverbindungen zu verwenden – und nicht lediglich Kombinationen aus „MC4-Steckern mit MC4-kompatiblen Buchsen“. Nur so kann eine sichere und langlebige elektrische Verbindung gewährleistet werden.

Zertifikate

Die sichere und zuverlässige Nutzung von Photovoltaik-Modulen erfordert Prüfungen durch unabhängige Institutionen wie z.B. den TÜV Rheinland. Diese Prüfstellen zertifizieren Module anhand internationaler Standards, um ihre Qualität, Sicherheit und Langlebigkeit sicherzustellen. Im Folgenden sind einige der wichtigsten Zertifikate aufgeführt, die in Deutschland vergeben werden und je nach Einsatzgebiet von Bedeutung sind:

  • CE-Kennzeichnung
    Die CE-Kennzeichnung bestätigt die Einhaltung der europäischen Sicherheits-, Gesundheits- und Umweltvorschriften. Sie ist für den Vertrieb innerhalb der Europäischen Union verpflichtend und weist nach, dass ein Produkt den gesetzlichen Anforderungen entspricht.
  • IEC 60068-2-68
    Diese Norm spezifiziert Umweltprüfungen mit Fokus auf Staub- und Sandresistenz. Sie ist besonders relevant für Solarmodule, die in stark staub- oder sandbelasteten Umgebungen zum Einsatz kommen, beispielsweise in Wüstenregionen, auf Baustellen oder entlang von Autobahnen.
  • IEC 61215
    Diese Norm legt die Designqualifikation und Typprüfung für kristalline Silizium-Solarmodule fest. Sie gewährleistet die langfristige Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit der Module und ist eine grundlegende Voraussetzung für die Marktzulassung in nahezu allen Ländern.
  • IEC 61701
    Die IEC 61701-Zertifizierung bestätigt die Widerstandsfähigkeit von PV-Modulen gegenüber Salznebelkorrosion. Sie ist essenziell für den Einsatz in küstennahen oder salzhaltigen Umgebungen, um die Langlebigkeit der Module unter solchen Bedingungen sicherzustellen.
  • IEC 61730
    Diese internationale Sicherheitsnorm definiert Anforderungen an die Konstruktion und Prüfung von PV-Modulen. Sie ist für alle Solarmodule verpflichtend, um internationale Sicherheitsstandards zu erfüllen – ohne diese Zertifizierung ist ein Vertrieb nicht möglich.

IEC 62716
Diese Prüfung bescheinigt die Ammoniakbeständigkeit von PV-Modulen und ist besonders für landwirtschaftliche Betriebe von Bedeutung. Module, die in der Nähe von Tierhaltungsanlagen, Klärwerken oder anderen ammoniakhaltigen Umgebungen eingesetzt werden, sollten diese Beständigkeit nachweisen.

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