Mikrorisse in Solarmodulen sind winzige Brüche oder Risse, die innerhalb der photovoltaischen Zellen oder der Schutzschichten der Solarmodulstruktur entstehen können. Diese Brüche, obwohl oft mikroskopisch klein und mit bloßem Auge nicht erkennbar, spielen eine entscheidende Rolle bei der Beeinflussung der Gesamtleistung und Lebensdauer von Solarmodulen. Mikrorisse können die Leistung des Solarmoduls beeinträchtigen, was zu einem Leistungsverlust, einer deutlich kürzeren Lebensdauer oder sogar zur Beendigung der Energieproduktion des gesamten Solarmoduls führen kann. Dieser Artikel erklärt die Ursachen von Mikrorissen in Solarmodulen, wie sie erkannt werden, ihre Auswirkungen und welche Arten von Solarmodulen weniger anfällig für ihre Entstehung sind.
Inhaltsverzeichnis:
- Warum gibt es Mikrorisse auf meinen Solarmodulen?
- Welcher Schaden kann durch Mikrorisse verursacht werden?
- Wie inspiziert man Mikrorisse während der Installation und des Betriebs von Solarmodulen?
- Wählen Sie die richtigen Solarmodule aus, um Mikrorisse zu reduzieren
Warum gibt es Mikrorisse auf meinen Solarmodulen?
Die Ursachen für Mikrorisse können vielfältig und komplex sein:
Herstellungsfehler:
Ungeeignete Praktiken während des Herstellungsprozesses können maßgeblich zur Entstehung von Mikrorissen in Solarmodulen beitragen. Unzureichende Handhabung, suboptimale Materialauswahl oder Qualitätskontrollmängel schaffen ein Umfeld, in dem Schwachstellen eingeführt werden. Diese Schwachstellen, die aus der Herstellungsphase stammen, können potenzielle Auslöser für die Entstehung und Ausbreitung von Mikrorissen innerhalb der Struktur des Solarmoduls werden. Daher wird die kritische Notwendigkeit für sorgfältige Detailgenauigkeit, angemessene Schulung des Personals und strikte Einhaltung der Qualitätskontrollprotokolle während des gesamten Herstellungsprozesses betont, um das Risiko der Mikrorissentstehung zu minimieren.
Mechanische Belastung:
Mechanische Belastung ist ein wesentlicher Faktor, der zur Bildung von Mikrorissen in Solarmodulen beiträgt, und kann in verschiedene Phasen eingeteilt werden, darunter Transport, Installation und externe Umweltfaktoren.
Während des Transports kann mechanische Belastung Solarmodule erheblich beeinflussen, insbesondere im Hinblick auf Verpackung, Lagerung und Handhabung in der Lieferkette. Unangemessene Verpackungs- oder Lagerverfahren können Solarmodule übermäßigem Druck aussetzen und so potenziell zur Bildung von Mikrorissen führen. Ungeeignete Transportmethoden, einschließlich grober Handhabung oder falscher Stapelung, können Solarmodule Vibrationen und Stößen aussetzen, was zu mechanischer Belastung und einem erhöhten Risiko der Mikrorissentstehung führt.
Daher ist es entscheidend, Probleme im Zusammenhang mit Verpackung, Lagerung und Handhabung anzugehen, um das Potenzial für die Bildung von Mikrorissen während der Transportphase zu minimieren.
Durch die Installation verursachter mechanischer Stress ist ebenfalls ein kritisches Problem für Solarmodule. Praktiken wie unsachgemäßes Stapeln, das Ablegen von Ausrüstung auf den Modulen, versehentliche Stöße und die Installation auf unebenen Oberflächen können lokale Druckpunkte erzeugen und zur Bildung von Mikrorissen führen. Das Ziehen von Modulen während des Transports führt zu reibungsbedingtem Stress, während unsachgemäße Tragetechniken, wie das Tragen durch nur eine Person oder das Sitzen auf dem Modulrand, zu ungleichen Kräften führen können. Diese Praktiken bergen ein Risiko für die Effizienz und Langlebigkeit der Solarmodule und betonen die Notwendigkeit sorgfältiger Handhabungs- und Installationsverfahren, um mechanischen Stress zu mindern und eine optimale Leistung zu gewährleisten.
Wie in der untenstehenden Abbildung gezeigt, ergab eine Prüfung, dass das falsche Ablegen von Schultern und Kopf auf dem Modul während des Treppensteigens zu einem Leistungsverlust von 1 % führte. Der richtige Weg, das Modul zu tragen, besteht darin, das Gewicht in den Händen gegen den Rahmen des Moduls auszugleichen.
Beispiel für Leistungsabfall aufgrund unsachgemäßen Tragens eines Solarmoduls
Die richtige Art und Weise, ein Solarmodul zu tragen
Während des langfristigen Betriebs von Solarmodulen spielen externe Umweltfaktoren, einschließlich wetterbedingter Belastungen wie Wind, Hagel und extreme Temperaturschwankungen, eine bedeutende Rolle bei der Erzeugung mechanischer Belastungen auf Solarmodulen. Diese Umweltbelastungen können im Laufe der Zeit zur kumulativen Entwicklung von Mikrorissen beitragen. Daher erfordert ein umfassender Ansatz zur Minimierung des Risikos von Mikrorissbildung in Solarmodulen das Verständnis und die Minderung mechanischer Belastungen in verschiedenen Phasen, von Transport, Installation bis hin zum Betrieb. Durch die Berücksichtigung sowohl interner Handhabungspraktiken als auch externer Umweltfaktoren kann die Zuverlässigkeit und Leistung von Solarmodulen verbessert werden.
Thermische Zyklen:
Thermische Zyklen, die aus den täglichen und saisonalen Temperaturschwankungen resultieren, erweisen sich als ein entscheidender Faktor für die Entwicklung von Mikrorissen in Solarmodulen. Die ständige Ausdehnung und Kontraktion der Materialien innerhalb der Solarmodule, beeinflusst von wechselnden Sonnenlicht- und Wetterbedingungen, schaffen günstige Bedingungen für die Entstehung und Ausbreitung von Mikrorissen über längere Expositionszeiten. Die durch thermische Zyklen verursachte wiederholte Belastung unterstreicht die Wichtigkeit, Temperaturschwankungen bei der Gestaltung, Herstellung und Installation von Solarmodulen zu berücksichtigen, um deren Haltbarkeit und Lebensdauer zu erhöhen.
Welcher Schaden kann durch Mikrorisse verursacht werden?
Erhöhter Widerstand und thermische Schäden: Mikrorisse können zu einem Anstieg des elektrischen Widerstands führen, was zu höheren Temperaturen und der Bildung von Hotspots führt. Diese Zunahme an thermischen Schäden trägt weiter zur allgemeinen Verschlechterung der betroffenen Solarzelle bei. In bestimmten Fällen können sich Mikrorisse ausbreiten, was zur Isolierung eines bedeutenden Bereichs innerhalb einer einzelnen Zelle vom Schaltkreis führt. Diese Isolierung kann zu einer umgekehrten Spannung führen, wodurch die Temperaturen im verbundenen Zellabschnitt ansteigen. Mit steigenden Temperaturen besteht das Risiko, dauerhafte Schäden zu verursachen, die nicht nur die Energieproduktion verringern, sondern in extremen Fällen auch zu katastrophalem Versagen führen können, wie zum Beispiel Glasbruch oder, in unglücklichen Fällen, Brände aufgrund intensiver Hitze, die von einer Zelle in umgekehrter Spannung erzeugt wird.
Reduzierte Leistung: Der erhöhte elektrische Widerstand führt zu einer Abnahme der Stromerzeugung, was einen Rückgang der Gesamteffizienz des Solarmoduls zur Folge hat.
Rissausbreitung und Modulversagen: Wenn sich Mikrorisse verlängern, können sie zu größeren Rissen werden, die möglicherweise die Energieproduktion des gesamten Moduls stoppen oder beenden. Dieses Ergebnis erfordert einen Ersatz und beeinflusst die Gesamtlebensdauer des Solarmoduls erheblich.
Um diese schädlichen Auswirkungen zu mindern, ist eine frühzeitige Erkennung durch regelmäßige Inspektionen unerlässlich. Verschiedene Methoden, wie zuvor erwähnt, können eingesetzt werden, um Mikrorisse rechtzeitig zu identifizieren und zu adressieren, um die anhaltende Leistung und Langlebigkeit von Solarmodulen zu gewährleisten.
Wie inspiziert man Mikrorisse während der Installation und des Betriebs von Solarmodulen?
Die Erkennung von Mikrorissen in Solarmodulen ist ein entscheidender Prozess, der für die Gewährleistung optimaler Leistung und verlängerter Lebensdauer unerlässlich ist. Verschiedene Inspektionsmethoden sind für unterschiedliche Szenarien sowohl während der Installations- als auch der Betriebsphase geeignet:
EL (Elektrolumineszenz):
Elektrolumineszenz (EL) basiert auf dem Prinzip, Licht zu erzeugen, wenn ein elektrischer Strom durch ein Material fließt. Im Bereich der Solarzellen wird EL angewendet, um Defekte zu visualisieren und zu identifizieren, die durch alternative Methoden nicht leicht sichtbar sind. EL-Tests sind besonders effektiv bei der Erkennung von Mikrorissen, gebrochenen Zellen und anderen internen Defekten innerhalb von Solarzellen. Diese Methode bietet direkte Einblicke in die strukturelle Integrität der Zellen und deckt versteckte Probleme auf, die von anderen Testmethoden möglicherweise übersehen werden.
ELCD (Elektrolumineszenz-Rissdetektion):
ELCD nutzt Elektrolumineszenz, um effizient Mikrorisse in Solarmodulen zu erkennen. Das Anlegen eines elektrischen Stroms aktiviert elektrolumineszierende Materialien, die sichtbares Licht erzeugen, das durch Mikrorisse verändert wird, sodass diese visuell erkennbar werden. Diese zerstörungsfreie Methode ist entscheidend für die Qualitätskontrolle während der Herstellung und für die vorbeugende Wartung im Einsatzbereich. Im Gegensatz zur herkömmlichen Elektrolumineszenz (EL) ist ELCD speziell für die Erkennung von Mikrorissen konzipiert und bietet erhöhte Präzision bei der Lokalisierung und Visualisierung dieser winzigen strukturellen Defekte. Die Spezifität von ELCD macht es zu einem wertvollen Werkzeug, das die Zuverlässigkeit und Effizienz von Solarmodulinstallationen gewährleistet, indem es Probleme anspricht, die von anderen Testmethoden übersehen werden könnten.
Neben diesen beiden Methoden gibt es noch weitere:
Photolumineszenz-Bildgebung:
Am besten eingesetzt während der Installation und des Betriebs, identifiziert die Photolumineszenz-Bildgebung Mikrorisse, die die Effizienz der photovoltaischen Umwandlung beeinträchtigen. Diese Technik lässt sich nahtlos in regelmäßige Wartungsroutinen integrieren, um eine kontinuierliche Effizienz zu gewährleisten.
Infrarotbildgebung:
Die Infrarotbildgebung (IR) funktioniert durch das Erfassen der von einem Objekt emittierten Wärmestrahlung, wodurch Temperaturunterschiede erkennbar werden, die auf Defekte oder Unregelmäßigkeiten hinweisen. Speziell bei Solarzellen wird IR häufig für thermische Inspektionen eingesetzt, um Überhitzung zu erkennen, fehlerhafte Komponenten zu identifizieren und Unregelmäßigkeiten in Solarzellen und Photovoltaikmodulen zu finden. Diese Technik ist besonders effektiv bei der Identifizierung von Problemen im Zusammenhang mit elektrischen Verbindungen, wie z.B. lockere oder beschädigte Verkabelungen.
Visuelle Inspektion und mikroskopische Untersuchung:
Besonders anwendbar während der Installation und der routinemäßigen Wartung, beinhalten visuelle Inspektion und mikroskopische Untersuchung direkte Beobachtung und detaillierte strukturelle Überprüfung. Dieser praktische Ansatz identifiziert effektiv sichtbare Risse auf den Oberflächen von Solarmodulen.
In der Praxis können Fachleute diese Inspektionsmethoden einzeln oder in Kombination einsetzen, abhängig von den spezifischen Anforderungen und Umständen des Solarmodulsystems. Es ist unerlässlich, geschulte Experten einzubeziehen, insbesondere beim Einsatz von fortschrittlichem technischen Gerät, um eine präzise Erkennung und Analyse von Mikrorissen zu gewährleisten. Regelmäßige Überwachung und ein umfassender Ansatz tragen wesentlich zur Gesamtzuverlässigkeit und Langlebigkeit des Solarenergiesystems bei.
Wählen Sie die richtigen Solarmodule, um Mikrorisse zu reduzieren
Im Bereich der Solarmodule ist das Management von Mikrorissen entscheidend, um die Zuverlässigkeit und Leistung des Systems zu gewährleisten. Obwohl Mikrorisse eine häufige Herausforderung darstellen, haben innovative Technologien wie die IBC-Technologie und die HJT-Technologie den Einfluss von Mikrorissen auf die Leistung erheblich reduziert. Die Vorteile ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Mikrorisse werden in den folgenden Punkten erläutert:
HJT-Solarmodule:
Typ Monokristallines Siliziumsubstrat:
HJT-Solarzellen verwenden ein N-Typ-monokristallines Siliziumsubstrat, das für seine hohe Reinheit und Gleichmäßigkeit bekannt ist. Im Vergleich zu polykristallinem Silizium ist die monokristalline Struktur kompakter und konsistenter, was dazu beiträgt, durch Stresskonzentration verursachte Mikrorisse zu reduzieren.
Undotierte amorphe Siliziumschicht (i-a-Si:H):
Eine Schicht aus undotiertem amorphem Silizium wird auf das monokristalline Siliziumsubstrat aufgebracht und wirkt als „Pufferschicht“. Diese Schicht bietet zusätzliche Elastizität und Schutz, wenn die Zelle physischen Belastungen wie Biegen oder Druck während des Transports und der Installation ausgesetzt ist. Dies hilft, den Stress auf dem Substrat zu verringern und somit die Bildung von Mikrorissen zu reduzieren.
Vollständiges Halbzellen-Verarbeitungsverfahren:
HJT-Solarmodule verwenden ein einzigartiges vollständiges Halbzellen-Verarbeitungsverfahren, das Schnittschäden an den Solarzellen vollständig vermeidet. Dieser innovative Ansatz minimiert deutlich den Einfluss von Mikrorissen auf Solarmodule und geht proaktiv potenzielle Schäden während der Herstellung und Handhabung an.
Niedrigere Herstellungstemperatur:
Im Vergleich zu traditionellen kristallinen Silizium-Solarzellen werden HJT-Zellen bei niedrigeren Temperaturen hergestellt. Diese reduzierte Verarbeitungstemperatur bedeutet, dass die Materialien während der Produktion weniger thermischem Stress ausgesetzt sind, was zur Reduktion der Mikrorissbildung beiträgt.
Optimierte Gesamtstruktur:
Die Gesamtstruktur der HJT-Zellen wird während des Designs und der Herstellung optimiert, um ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber physischem Stress zu erhöhen. Zum Beispiel sind die Kanten und Ecken der Zellen glatter gestaltet, um Stresskonzentrationspunkte zu reduzieren.
Ultra-Multi-Busbar-Design:
HJT-Paneele verfügen über ein Design mit schmaleren Busbars, was die verwendete Menge an Silberpaste reduziert und dadurch Schatteneffekte verringert sowie die Stromübertragungsdistanzen verkürzt. Dieses Design verbessert nicht nur die elektrische Leistung der Paneele, sondern minimiert auch den Stromverlust, der durch Mikrorisse, beschädigte Busbars und Brüche verursacht wird, und erhöht somit die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Panels.
Verbesserte mechanische Festigkeit:
Durch die verschiedenen oben genannten Design- und Herstellungsoptimierungen wird die gesamte mechanische Festigkeit der HJT-Solarzellen verbessert. Diese erhöhte Festigkeit hilft, die Integrität der Zellen während des Transports und der Installation zu erhalten und reduziert das Risiko von Mikrorissen.
Maysun Solar nutzt die unvergleichlichen Vorteile der Heterojunktions-Technologie (HJT), was zu einer signifikanten Weiterentwicklung unserer HJT-Solarmodule in der Solarenergieerzeugung führt. Diese Module erreichen nicht nur einen Quantensprung in der Effizienz, sondern zeigen auch eine bemerkenswerte Verbesserung in der Widerstandsfähigkeit gegen Mikrorisse.
IBC-Solarmodule haben einen bedeutenden Vorteil in Bezug auf Wetterbeständigkeit. Das innovative All-Back-Contact-Design, das in IBC-Solarmodulen integriert ist, verhindert Zugbelastungen und Ablösungen, die auf die thermische Ausdehnung und Kontraktion des vorderen Schweißstreifens unter starkem Temperaturstress zurückzuführen sind. Dieses Designmerkmal garantiert eine konsistente und stabile Energieerzeugung der Solarmodule und mildert die nachteiligen Auswirkungen von thermischen Schwankungen auf die Integrität der Module.
Die neueste Generation von Interdigitated Back Contact (IBC) Solarmodulen von Maysun Solar integriert nahtlos Widerstandsfähigkeit gegen Mikrorisse, hohe Effizienz, ästhetischen Reiz und eine verlängerte Betriebslebensdauer. Die Wahl von Maysun Solars IBC-Solarmodulen stellt eine kluge Entscheidung für Personen dar, die sowohl Effizienz als auch Leistung maximieren möchten. Das untenstehende Bild zeigt die IBC 430W Full Black Solarmodule, die von einem deutschen Kunden von Maysun Solar auf einem Dach installiert wurden. Für weitere Informationen klicken Sie bitte auf den untenstehenden Button.
Maysun Solar ist seit 2008 auf die Herstellung hochwertiger Photovoltaikmodule spezialisiert. Wählen Sie aus unserer breiten Palette von vollschwarzen, schwarzen Rahmen, silbernen und Glas-Glas-Solarmodulen, die Halbschnitt-, MBB-, IBC-, HJT- und geschindelte Technologien nutzen. Diese Module bieten überlegene Leistung und stilvolle Designs, die sich nahtlos in jedes Gebäude einfügen. Maysun Solar hat erfolgreich Büros, Lager und langfristige Beziehungen zu ausgezeichneten Installateuren in zahlreichen Ländern etabliert! Bitte kontaktieren Sie uns für die neuesten Modulangebote oder jegliche PV-bezogene Anfragen. Wir freuen uns darauf, Ihnen behilflich zu sein.
Referenz:
Chang, T. (2023, July 31). How microcracks damage solar panels – WINAICO Australia. WINAICO Australia. https://www.winaico.com.au/blog/what-cause-microcracks
RenewSys India. (2023, February 3). Micro cracks in solar modules: Causes, detection and prevention. renewsysworld. https://www.renewsysworld.com/post/micro-cracks-in-solar-modules-causes-detection-and-prevention
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