Die Liste der 5 häufigsten Fehler an Photovoltaikmodulen

Ein Gastbeitrag der Envaris GmbH, Service-Dienstleister für Photovoltaik-Anlagen (Update vom 17.02.2022)

Seit der Einführung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) boomt die Photovoltaik-Branche. Dieser Boom hat die Installation von mittlerweile mehr als 2 Millionen Photovoltaikanlagen auf deutschen Dächern und Freiflächen sowie einer Vielzahl an unterschiedlichen Photovoltaikmodulen zur Folge. Wurden diese Photovoltaik-Anlagen anfangs noch als wartungsfrei und mit Aussagen wie „Einmal installiert läuft die Anlage 20 Jahre und mehr ohne Probleme“ verkauft, werden Serviceunternehmen inzwischen des Öfteren mit Problemen an Photovoltaik-Modulen konfrontiert.

Fehler an Photovoltaikmodulen

ENVARIS hat die 5 häufigsten Probleme an Photovoltaikmodulen erfasst und aufgelistet.

Aber zuerst machen wir dich mit dem Aufbau eines Photovoltaik-Moduls vertraut. Jedes Modul besteht aus mehreren Schichten, die im Herstellungsprozess mit Wärme und Druck miteinander verbunden werden – diesen Prozess nennt man laminieren.

Auf dem Dach werden die einzelnen Module dann zu sogenannten Strings verbunden. Mehrere miteinander verbundene Strings bezeichnet der Fachmann als PV- oder Photovoltaikanlage bzw. Solargenerator.

Welche Fehler treten häufig auf?

1. Zellbrüche

Zellbrüche können als sichtbare Beschädigung oder als nahezu unsichtbare Mikrorisse auftreten. Mit dem menschlichen Auge sind die Mikrorisse meist nicht zu erkennen. Sie können sich jedoch im Laufe des Anlagenbetriebes zu sichtbaren und schädlichen Zellbrüchen ausweiten. Einen negativen Einfluss auf die Leistung der Module haben Zellbrüche immer dann, wenn Teile der Zelle elektrisch vom Rest der Zelle getrennt werden. In diesem Fall produziert die betroffene Zelle proportional zur fehlenden Fläche weniger Strom. Diese Reaktion beeinflusst die Leistung des gesamten Strings. Je nach Größe des abgetrennten Bereichs kann es zum Abschalten eines Modulteilstrings führen.

Als String bezeichnet man in der Photovoltaik einen Strang von mehreren Solarzellen innerhalb eines Moduls oder mehrere Module, die in Reihe geschaltet sind.

Zellbrüche können bereits in der Produktion, aber auch beim Transport der Photovoltaikmodule oder durch unsachgemäße Handhabung bei der Montage auftreten. In modernen Produktionsanlagen werden Zellbrüche mit Hilfe moderner Prüfmethoden wie Elektrolumineszenz erkannt. Defekte Module werden aussortiert und nicht an den Kunden ausgeliefert.

Bei Photovoltaikanlagen, die vorgegebene Leistungsparameter nicht erreichen, können Fachleute etwaige Zellbrüche durch Infrarotanalyse, Kennlinienmessung oder mit Hilfe einer Elektrolumineszenzkamera aufspüren.

Für eine Untersuchung der Module nach dem Elektrolumineszenz Verfahren wird ein Strom an die Module angelegt und so das Prinzip der Photovoltaik praktisch umgekehrt. Die Solarzellen fangen an, im Infrarotbereich zu leuchten, wie eine LED. Eine spezielle Kamera kann dieses Leuchten einfangen. Defekte Zellen lassen sich mit diesem Verfahren erkennen, da sie, im Unterschied zu intakten Zellen, nicht leuchten.

2. Isolationsfehler der PV-Module

Wenn die Isolierung der stromführenden Teile des Zellstrings im Photovoltaikmodul beschädigt ist, kommt es zu einem Isolationsfehler. Durch eintretende Feuchtigkeit oder direkten Kontakt entsteht so eine leitende Verbindung zum Erdpotential. Der Wechselrichter erkennt diesen Fehler in der Regel, schaltet sich ab und der Stromertrag sinkt. Zusätzlich kann ein solcher Fehler durch einen elektrischen Schlag auch zu Personenschäden führen. Tritt ein solcher Fehler an der PV-Anlage auf, sollte ein Fachmann sie sofort überprüfen.

Isolationsfehler treten auch durch Beschädigungen der Rückseitenfolie während der Installation auf, können aber auch in der Produktion verursacht werden. Sie werden meist bei feuchtem Wetter erkannt und können mit einem Isolationsmessgerät festgestellt werden.

3. Hotspots – Fehlerhafte Lötverbindungen

Hotspots oder fehlerhafte Lötverbindungen können sowohl bei der Verlötung der Zellen untereinander, als auch bei der Verlötung der Substrings mit dem Hauptzellverbinder auftreten. Die letztgenannte Verbindung wird auch in modernen Produktionsanlagen häufig noch von Hand ausgeführt, sodass es hier zu einzelnen Fehlern kommen kann. In der Regel wird dieser Fehler aber durch moderne Prüfmethoden erkannt.

Weitere Gründe für das Entstehen von Hotspots:

• dauerhafte Belastung mangelhafter Lötstellen in Photovoltaikmodulen
• Temperaturschwankungen innerhalb eines Moduls, zum Beispiel aufgrund lokaler Verschattungen (Bäume, Blätter, Schmutz, Vogelkot)
• thermische und mechanische Belastung der gelöteten Verbindungen der Photovoltaikmodule

Diese Fehler bedingen in jedem Fall einen geringeren Stromertrag und sollten vom Fachmann behoben werden. Sie können durch Infrarotaufnahmen oder Kennlinienmessungen vor Ort erkannt werden.

4. Delamination

Zur Herstellung von kristallinen Photovoltaikmodulen werden die Zellen samt der elektrischen Verschaltung zwischen zwei EVA-Folien (Ethylenvinylacetat-Folien) gebettet. Im Produktionsprozess werden diese Folien unter Druck- und Wärmeeinwirkung laminiert. Ist dieser Prozess fehlerfrei abgelaufen, sind die Zellen jetzt dauerhaft in dem Laminat verkapselt und so über die gesamte Lebensdauer der Module vor Umwelteinflüssen geschützt.

Sind Zellen, beispielsweise durch Rückstände vom Lötflussmittel, verunreinigt, haftet die EVA-Folie an diesen Stellen nicht optimal und es kann zu Ablösungserscheinungen kommen. Diese Delaminationen werden als graue Stellen im Modul sichtbar, haben aber nicht unbedingt einen Einfluss auf den Betrieb des Moduls.

Wesentlich kritischer sind Delaminationen, die aufgrund von Materialfehlern im EVA oder Fehlern im Laminationsprozess auftreten. Diese können sich über die gesamte Modulfläche ausdehnen und im schlimmsten Fall zu Isolationsfehlern führen. In diesem Fall müssen die betroffenen Module zu ersetzen, wenn die PV-Anlage ihre Nennleistung erreichen soll.

5. Verfärbung der Solarzellen

Solarzellen auf Siliziumbasis sind ursprünglich grau. Erst durch das Aufbringen einer Antireflexionsschicht zur Steigerung des Wirkungsgrads erhält die Zelle ihre charakteristische blaue Farbe. Die Farbe ist von der Schichtdicke der Antireflexschicht abhängig und lässt sich darüber auch beeinflussen. Es sind verschiedene Farben möglich, die beste Wirkung erzielt die Schicht jedoch in der blauen Färbung. Da die Farbe schon bei sehr geringen Schwankungen in der Schichtdicke abweicht, gibt es immer geringfügige Farbunterschiede zwischen den einzelnen Zellen. Diese sind jedoch von Anfang an vorhanden und verändern sich mit der Zeit nicht.

Verfärbungen, die erst nach einiger Zeit auftreten, finden in der Regel im Einbettungsmaterial statt. Fett- oder Flussmittelrückstände in der EVA-Folie können unter Einfluss von UV-Strahlung zu bräunlichen Verfärbungen führen. In einigen Fällen können diese leicht mit Hotspots verwechselt werden. Derartige Verfärbungen sind jedoch ebenfalls unschädlich.

Fazit

Die Hersteller und Dienstleistungsunternehmen der Branche haben in den vergangenen Jahren eine große Anzahl von Photovoltaikmodulen produziert und installiert. Verschiedene Fehler können an PV-Modulen immer wieder auftreten. Ob es sich um einen Mangel oder einen Schaden handelt, können nur Fachleute oder Sachverständige beurteilen. Daher ist es ratsam, die Module untersuchen zu lassen, damit sie möglichst lange die gewünschte saubere Energie liefern können.

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