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Potenzialinduzierte Degradation

Ertragsverlust durch schleichende Leistungseinbuße aufgrund PID

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Anbieter zum Thema

SMA Solar Technology AG
ET System electronic GmbH
MES Electronic Connect GmbH & Co. KG
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Ausführliche Untersuchung des Phänomens PID

Warum die elektrische Aufladung des PV-Moduls so kritisch ist, erklärt sich aus der Funktionsweise der Solarzellen. Der photovoltaische Effekt beruht ja darauf, dass dort zwei unterschiedliche Halbleitermaterialien zusammen kommen und durch Ladungsaustausch ein internes elektrisches Feld aufbauen.

Erst dieses Feld führt dazu, dass durch Lichtenergie frei gewordene Elektronen von ihrem Platz weggezogen werden und als elektrischer Strom über die Kontakte abfließen. Zusätzliche Ladungsträger können diesen Effekt empfindlich stören und so einen deutlichen Leistungsverlust verursachen. Allerdings hat sich herausgestellt, dass solche Polarisationen in den meisten Fällen umkehrbar sind. Deswegen unterscheidet man sie von irreversiblen Effekten wie Korrosionen und der normalen altersbedingten Degradation.

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Die heute hierfür allgemein verwendete Bezeichnung „Potential Induced Degradation“ wurde erstmals in der 2010 veröffentlichten Publikation des Modulherstellers Solon verwendet, in der das Phänomen ausführlich untersucht wurde (J. Berghold et.al, Potential Induced Degradation of solar cells and panels, proceedings of the 25th EU PVSEC, 2010).

Einflussfaktoren für eine PID-Anfälligkeit

Auf PID zurückzuführende Leistungsverluste waren in der Vergangenheit auf Einzelfälle beschränkt. Neuerdings gibt es jedoch vermehrt Anzeichen dafür, dass viele Zell- typen dieses Fehlerbild zeigen, ohne dass der Hersteller sich dessen bewusst ist. In der zuvor erwähnten Publikation der Firma Solon werden die wesentlichen Einflussfaktoren für eine PID-Anfälligkeit identifiziert:

  • Solarzelle: Der Aufbau der Solarzelle hat über die Ladungsträgerdichte des verwendeten Siliziums und über die chemische Zusammensetzung der Antireflexschicht einen Einfluss auf die PID.
  • PV-Modul: Auch die verwendeten Materialien des PV-Moduls spielen eine Rolle, z.B. die direkt mit der Solarzelle in Kontakt stehende Laminierfolie (meist EVA).
  • Systemkonfiguration: Wie beschrieben ist das maximale negative Potenzial der PV-Module von Bedeutung. Dieses hängt von der Länge der Modulstrings, dem Wechselrichter-Typ und der eventuellen Erdung des PV-Generators ab.
  • Zeit: Die PID und der daraus folgende Leistungsverlust sind nicht sofort erkennbar, sondern entwickeln sich in Zeiträumen von einigen Monaten bis wenigen Jahren.

Prüfgerät erkennt PID-Effekt auf der Zellenebene

Mit dem vom Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Freiburg entwickelten Prüfgerät PIDcon lässt sich die Potenzial-induzierte Degradation (PID) schon auf Solarzellenebene nachweisen und damit schneller als bisher.

Laut Fraunhofer tritt der Effekt vor allem dann auf, wenn Solarmodule bei hohen Systemspannungen und in feuchter Umgebung betrieben werden.

In den letzten Jahren ist bei PV-Installationen mit hoher Systemspannung und trafolosen Wechselrichtern vermehrt die Degradation von Solarmodulen, deren Zellen hohe negative Spannung gegenüber Erde aufweisen, aufgetreten.

Mit zunehmender zulässiger Systemspannung bis zu 1500 V und der Erschließung tropischer Standorte für die solare Stromgewinnung ist davon auszugehen, dass dieser Effekt an Bedeutung gewinnt.

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