{"id":34978,"date":"2025-08-19T09:26:23","date_gmt":"2025-08-19T07:26:23","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hs-nordhausen.de\/science-blog\/?p=34978"},"modified":"2025-09-01T14:04:42","modified_gmt":"2025-09-01T12:04:42","slug":"wie-schnell-altern-solarmodule","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.hs-nordhausen.de\/science-blog\/en\/wie-schnell-altern-solarmodule\/","title":{"rendered":"Wie schnell altern Solarmodule?"},"content":{"rendered":"

In der Schriftenreihe der Hochschule Nordhausen ist die Dissertation von Esther Fokuhl zur Zuverl\u00e4ssigkeitspr\u00fcfung von Photovoltaikmodulen im Zusammenhang mit lichtinduzierter Degradation erschienen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die Solarenergie wird zusammen mit der Windkraft die zentrale S\u00e4ule eines zuk\u00fcnftigen Energiesystems darstellen. Die Photovoltaik war in den letzten zwanzig Jahren von st\u00fcrmischen technologischen Entwicklungen im Bereich des Zell- und Modulaufbaus sowie der Fertigung gepr\u00e4gt. Dies hat einerseits zu einem deutlichen Preisverfall gef\u00fchrt, andererseits liegen nur f\u00fcr wenige Technologien Langzeiterfahrungen im Feld vor. Wenngleich Photovoltaikmodule permanent der Witterung ausgesetzt sind, wird eine technische Lebensdauer von mindestens 20 Jahren erwartet. Diese ist auch Grundlage der von den Herstellern gew\u00e4hrten Leistungsgarantie oder f\u00fcr die Kalkulation einer kostendeckenden Einspeiseverg\u00fctung.<\/p>\n\n\n\n

Der lange Zeitraum sowie die Umwelteinfl\u00fcsse bewirken eine nat\u00fcrliche Alterung der eingesetzten Materialien. Hinzu kommen Degradationserscheinungen, die durch die Zelltechnologie induziert und durch Umgebungseinfl\u00fcsse verst\u00e4rkt werden. Diese Degradationserscheinungen sind ein vergleichsweise junges Forschungsgebiet, in dem ausgehend von einem elektrischen Verst\u00e4ndnis der Degradationsmechanismen ein Zustandsmodell des Degradationsverhaltens aufgestellt und daraus valide Modultest abgeleitet werden.<\/p>\n\n\n\n

Im Rahmen ihrer Arbeit, die durch eine Zusammenarbeit der Hochschule Nordhausen, der Technischen Universit\u00e4t Dresden und dem Fraunhofer Institut f\u00fcr Solar Energiesysteme in Freiburg m\u00f6glich wurde, hat sich Frau Dr.-Ing. Esther Fokuhl auf das lichtinduzierte Degradationsverhalten von kristallinen Silizium Solarzellen konzentriert. Es gelang ihr dabei ein grundlegendes Verst\u00e4ndnis f\u00fcr den Ablauf des Degradationsverhaltes zu entwickeln und experimentell zu verifizieren. Die Ergebnisse ihrer Arbeit flossen in die Gestaltung und Durchf\u00fchrung von Pr\u00fcfnormen ein.   <\/p>\n\n\n\n

Methodik<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Lichtinduzierte Degradation ist in der wissenschaftlichen Diskussion ein vergleichsweise neuer Forschungsgegenstand, die sich wie TCO-Korrosion oder die potentialinduzierte Degradation auf Zellebene manifestiert. Man unterscheidet neben einer Reihe weiterer Mechanismen insbesondere zwischen der lichtinduzierten Degradation durch Bor-Sauerstoff-Verbindungen (BO-LID |  boron-oxygen related light-induced degradation) und der licht- und temperaturinduzierten Degradation (LeTID | light and elevated temperature induced degradation). Sowohl bei BO-LID als auch LeTID laufen unterschiedliche Prozesse gleichzeitig ab. Beide Degenerationsmechanismen k\u00f6nnen durch Zustandsmodelle beschrieben werden, die den \u00dcbergang zwischen Degradation, Annealing- bzw. Recovery-Prozessen und Regeneration beschreiben. Die Herausforderung bei der Entwicklung valider Pr\u00fcfverfahren zur Bestimmung der Empfindlichkeit von Zelltechnologien auf die beiden Degradationsmechanismen liegt nun auf zwei Ebenen: Einerseits muss eine Pr\u00fcfsequenz bestimmte Zust\u00e4nde gezielt anregen um eine Degradation zuverl\u00e4ssig zu erkennen. Andererseits regen Pr\u00fcfsequenzen in der Regel sowohl BO-LID als auch LeTID gleicherma\u00dfen an, wodurch eine Separation des Einflusses beider Mechanismen notwendig ist.<\/p>\n\n\n\n

Die Arbeit von Esther Fokuhl greift beide Herausforderungen auf und zeigt, wie ein zuverl\u00e4ssiges Pr\u00fcfverfahren f\u00fcr licht- und temperaturinduzierten Degradation (LeTID) aussehen kann: So wurden geeignete Testbedingungen (Slow LeTID) in Verbindung mit einer Vorkonditionierung der Module identifiziert. Es wurde ferner gezeigt, dass eine weitere Beschleunigung des Pr\u00fcfverfahrens (Fast LeTID) zu einer Erh\u00f6hung der Ungenauigkeit in den Testergebnissen f\u00fchrt. F\u00fcr die Trennung des Effekts von BO-LID und LeTID von anderen Degradationsmechanismen wurde ein Stabilisierungsprozess f\u00fcr Zuverl\u00e4ssigkeitspr\u00fcfungen entwickelt, der zu einer tempor\u00e4ren BO-LID Regeneration f\u00fchrt und die LeTID-Degeneration vor\u00fcbergehend umkehrt. Die Verfahren wurden zun\u00e4chst theoretisch begr\u00fcndet und anschlie\u00dfend durch umfangreiche Testsequenzen auf Modulebene validiert. Auf Basis dieser Erkenntnisse untersucht Esther Fokuhl im letzten Teil ihrer Arbeit den Einfluss von LeTID und BO-LID auf Photovoltaikanlagen unter Freifeldbedingungen<\/p>\n\n\n\n

Ergebnisse<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Neben der Entwicklung eines effektiven Pr\u00fcfverfahrens erlaubt die Arbeit von Esther Fokuhl eine erste Bewertung der Empfindlichkeit von kristallinen Silizium-Solarmodulen im Feld: Unter realen Umweltbedingungen spielt die tempor\u00e4re Erholung eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Leistungsverlusten aufgrund von LeTID. An Standorten mit gem\u00e4\u00dfigtem Klima, wie z.B. in Deutschland, reduziert die tempor\u00e4re Erholung die Ertragsverluste von PV-Kraftwerken erheblich. Ferner kann die Zustands\u00e4nderung der tempor\u00e4ren Erholung angewandt werden, um LeTID in PV-Kraftwerken durch n\u00e4chtliche Stromeinpr\u00e4gung umzukehren. Ein solches Verfahren hat das Potenzial, die Ertragsverluste in PV-Kraftwerken aus den sp\u00e4ten 2010er Jahren erheblich zu reduzieren, da in diesem Zeitraum eine betr\u00e4chtliche Anzahl von LeTID-empfindlichen PERC-Modulen installiert wurde. Unter der Voraussetzung, dass geeignete Bedingungen gew\u00e4hrleistet werden k\u00f6nnen, ist eine wirtschaftlich tragf\u00e4hige Umsetzung eines solchen Verfahrens m\u00f6glich. Geeignete Bedingungen liegen vor, wenn (a) ein gepulster Strom anstelle eines konstanten Stroms verwendet wird; (b) ein Strom im Bereich des Label-Kurzschlussstroms verwendet wird; (c) das Verfahren in kalten Wintern\u00e4chten durchgef\u00fchrt wird. Es ist wahrscheinlich, dass eine periodische Wiederholung des Verfahrens erforderlich sein wird, wenn auch mit einem geringeren Energieaufwand.<\/p>\n\n\n\n

Esther Fokuhl verteidigte ihre Arbeit bereits im Februar 2025 an der TU Dresden und ver\u00f6ffentlichte diese nun in der Schriftenreihe der Hochschule Nordhausen. Die Dissertation erhielt das Pr\u00e4dikat summa cum laude.<\/p>\n\n\n\n

Esther Fokuhl<\/strong>: Photovoltaic Module Reliability Testing in the Context of Carrier-Induced Degradation. Nordh\u00e4user Hochschultexte | Schriftenreihe Ingenieurwissenschaften Band 7.<\/p>\n\n\n\n

ISBN 978-3-940820-23-5<\/p>\n\n\n\n

https:\/\/doi.org\/10.22032\/dbt.67201<\/a><\/p>\n\n\n\n

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