Wo treten Mikrorisse auf?

Mikrorisse und Zellbrüche treten bei kristallinen waferbasierten Silizium-Solarmodulen auf. Diese bestehen aus hauchdünnen Silizium-Solarzellen, die bei der Herstellung zu Strings in Reihe miteinander verlötet und dann zwischen Einbettungsfolien, einem Frontglas und einer Rückseitenfolie laminiert werden. Es gibt aber auch Solarmodule, bei denen auch auf der Rückseite ein Glas genutzt wird. Da die Solarzellen eine Dicke von nur etwa 0,2 Millimeter haben, sind sie anfällig für haarfeine Risse, sowohl während der Produktion als auch beim Transport oder bei der Installation. Selbst danach können Zellbrüche aufgrund von mechanischen Belastungen auftreten. Diese werden als Mikrorisse oder Microcracks bezeichnet.

Wie kann man Mikrorisse und Zellbruch im Modul erkennen?

Mikrorisse sind mit bloßem Auge nicht zu erkennen. Selbst ein echter Zellbruch ist nur zu erkennen, wenn das Modul heftigen mechanischen Belastungen ausgesetzt wurde. In der Regel ist aber eine Untersuchung mit einem bildgebenden Verfahren wie Thermografie oder Elektrolumineszenz notwendig. Bei der Thermografie werden Temperaturunterschiede auf dem Frontglas des Moduls gemessen. Da Solarzellen bei der Stromproduktion warm werden, äußert sich das in einem wärmeren Bereich auf der Moduloberfläche. Bleiben Bereiche der Moduloberfläche kalt, sind diese inaktiv. Dies kann ein Hinweis auf einen Zellbruch sein. Genau erkennt man es mit der Elektrolumineszenz. Dabei wird das Modul an eine Spannungsquelle angeschlossen und bestromt. Dadurch kehrt sich der photovoltaische Effekt um und die Zellen senden Licht aus. Dadurch sind selbst kleinste Risse und vor allem inaktive Bereiche der Zellen sichtbar.

Was ist die Ursache von Mikrorissen und Zellbruch?

Die Ursachen für Mikrorisse und Zellbrüche sind mechanische Belastungen entweder bei der Produktion, beim Transport, bei der Installation oder beim Betrieb der Solarmodule. Anhand des Aussehens des Fehlers können sogar Rückschlüsse auf die Ursache gezogen werden. So können Risse, die vom Zellverbinder ausgehen, durch die Eigenspannung beim Lötprozess in der Produktion entstehen. Diese Risse befinden sich häufig am End- oder Anfangspunkt des Verbinders, da dort die höchste Eigenspannung herrscht. Ein Kreuzriss kann durch Nadeln verursacht werden, die während der Produktion auf den Wafer drücken. Gehen die Risse vom Rand der Zelle aus, kann das ein Hinweis sein, dass ein harter Gegenstand auf die Zelle gefallen ist. In Elektrolumineszenzaufnahmen können aber auch Risse sichtbar werden, die bei der Installation entstehen, etwa wenn das Modul betreten wurde. Auch Hageleinschläge verursachen eine ganz bestimmte Form von Rissen und Zellbrüchen.

Welche Gefahr besteht bei Mikrorissen und Zellbruch?

Mikrorisse sind nicht notwendigerweise gleich ein Modulfehler. Wichtig ist, dass die gesamte Zelle weiterhin mit dem Zellgrid, den Busbars oder dem Zellverbinder weiterhin kontaktiert ist. Solche Mikrorisse können allerdings dann relevant werden, wenn Bereiche der Zelle von der Kontaktierung abreißen. Dies kann auch im Laufe der Zeit passieren. Denn thermische Bewegungen und weitere mechanische Belastungen können dazu führen, dass bisher unproblematische Mikrorisse größer werden und dann Teile der Zelle keinen elektrischen Kontakt mehr haben. Durch eine regelmäßige Prüfung der betroffenen Module können Veränderungen der Mikrorisse erkannt werden.

Wie kann man Mikrorissen und Zellbruch vorbeugen und ist der Fehler reparabel?

Mikrorisse, die in der Produktion entstehen, können kaum verhindert werden. Genauso wenig wie Risse aufgrund von Witterungseinflüssen wie Hagel. Doch beim Transport und bei der Installation ist das Modul mit Vorsicht zu handhaben, vor allem wenn die Module mit einer Folienrückseite versehen sind. Auch dürfen Module nicht betreten werden – es sei denn der Hersteller gibt dies explizit frei. Da kleine Mikrorisse nicht zwangsläufig die Leistung des Moduls beeinträchtigen, ist ein Austausch nicht zwingend erforderlich. Dies kann aber sinnvoll sein, wenn das Modul im Vergleich zu den anderen Modulen übermäßig an Leistung verliert. Vorher sollte ein Fachmann zu Rate gezogen werden. Dieser kann die Risse und Brüche in den Zellen mittels Elektrolumineszenz sichtbar machen, das Ausmaß des Leistungsverlusts einschätzen und genau beurteilen, ob sich ein Austausch der betroffenen Module lohnt. Hier ist vor allem darauf zu achten, dass ein Ersatzmodul zu den anderen Paneelen im String und in der Anlage passt. Passende Ersatzmodule finden Sie auf dem Onlinemarktplatz von SecondSol.