Im Zuge der geplanten Energiewende untersuchen Institute immer wieder diverse Risikofaktoren für PV-Anlagen. So gab es erst kürzlich eine Untersuchung zur Brandhäufigkeit von PV-Anlagen, die aufschlussreiche Ergebnisse liefert. Dieses Mal hat sich das Fraunhofer ISE mit einem Risiko beschäftigt, dem PV-Anlagen täglich zwangsweise ausgesetzt sind: UV-Strahlen.
Studie warnt: UV-indizierte Degradation bei PV-Anlage
Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE untersuchten die Stabilität der drei gängigsten Solarzellentechnologien. Darunter zählen passivierte Tunneloxidkontakte (Topcon), passivierte Emitter- und Rückseitenzelle (Perc) sowie Heterojunction. All diese drei Arten von Solarzellen setzten die Wissenschaftler dabei einer UV-Bestrahlung aus. Zum Vergleich bedeckten sie dabei einen Teil der Solarmodule mit einer Abdeckung, sodass die UV-Strahlung nur einen definierten Bereich erreichte. Die Studie kam zu dem Ergebnis, dass jede von ihnen unter einer starken Verschlechterung der impliziten Spannung leiden könnte. Damit warnt die Studie vor einer Gefahr, die bisher im Zusammenhang mit PV-Anlagen unterschätzt wurde. Die UV-induzierte Degradation (UVID) könnte zukünftig zu unerwarteten Spannungs- und Effizienzverlusten in den Modulen führen. Insbesondere bei großen Mengen an UV-Licht, dem Bestandteile ausgesetzt werden.
„Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die licht- und hochtemperaturinduzierte Degradation (LeTID), die bei Perc-Modulen im Feld zu unvorhergesehenen Verlusten geführt hat“, sagen die Forscher. „Jüngste Berichte deuten darauf hin, dass sich ein ähnliches Szenario aufgrund von UVID für alle drei modernen Zellarchitekturen wiederholen könnte.“ Dabei werden die schädlichen Auswirkungen der UV-Strahlung bei Solarmodulen sowohl mit den weitgehend UV-transparenten Modulverkapselungen als auch der Alterung der Modulverpackungsmaterialien in Verbindung gebracht. Anzeichen für eine solche UV-verschuldete Degradation finden sich in Verfärbungen der Verkapselung sowie Rissen in der Rückwandfolie.
UV-Licht kann Essigsäure auf Solarmodulen entstehen lassen
Vor allem jedoch kann UV-Licht zur Bildung von Essigsäure auf der Modulverkapselung beitragen, was wiederum die Kontaktgitter der Zelle korrodiert. Im Laufe der Zeit verlieren die Solarzellen durch die UV-Strahlung damit an Effizienz. Oberflächendefekte können über die Jahre hinweg auftreten. Bei Silizium-Solarzellen können UV-Strahlen zudem die Passivierungsschichten, das darunter liegende Silizium selbst sowie Grenzflächen zwischen beiden Schichten beschädigen. Für PV-Anlagen ergibt sich daraus eine nicht zu unterschätzende Schwierigkeit: Denn dank des Sonnenlichts, das UV-Strahlung enthält, kommen sie unweigerlich in Kontakt mit den Strahlen.
Weitere Untersuchungen werden somit nötig sein, um zu bestimmen, wie schnell es zu Spannungs- und Ertragsverlusten bei PV-Modulen durch die UV-Strahlung kommt. So ließe sich die Alterung verschiedener Solarzellen besser vorhersagen und die Effizienz der Modularten auf Lebenszeit miteinander vergleichen. Insbesondere bei der Suche nach neuen und effizienten Zusammensetzungen für Solarzellen könnte die Forschung einen wichtigen Meilenstein bilden. Denn je beständiger die Materialien gegen das UV-Licht ausfallen, desto länger können die Solarzellen zur Energiegewinnung verwendet werden. Erste Rückschlüsse können durch die Studienergebnisse bereits gezogen werden. Ein Beispiel ist der etwa Brechungsindex sowie die Dicke der Siliziumnitridschichten, die die effektive UV-Dosis bestimmen, die das Silizium erreicht.
