Projekt 14671/01

Entwicklung und Erprobung von modulintegrierten Bypass-Dioden Konzepten für Photovoltaik-Großmodule

Projektträger

solarnova Produktions- und Vertriebsgesellschaft mbH
Am Marienhof 6
22880 Wedel
Telefon: 04103/91208-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei Photovoltaikanlagen im Fassaden- und Lichtdachbereich treten häufig Abschattungen durch Objekte in der Umgebung bzw. durch
Teile des Gebäudes selber auf. Als Folge der Abschattungen können sich einzelne Solarzellen lokal so stark erhitzen, dass irreversible Schäden (Hot Spot) an den Zellen und im Modulverbund entstehen können. Die Verwendung von rückseitigen Anschlussdosen zur Unterbringung der Dioden ist aufgrund der Einbindung im Kaltfassadenbereich oft nicht gegeben, im Warmfassadenbereich mit Modulen in Isolierglasaufbau ist sie gänzlich unmöglich.
Ziel des Vorhabens soll es daher sein, für den Großmodulbau geeignete Lösungen zur Umsetzung von Bypass-Diodenkonzepten zu erarbeiten, damit PV-Fassaden grundsätzlich gegen die Auswirkungen von Abschattungen resistent sind.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAuf Basis von ausgewerteten theoretischen Studien und Untersuchungen zu dieser Problematik werden einsetzbare Bypass-Diodenkonzepte definiert. Hierbei stehen modulintegrierte Lösungen, d.h. der Einbau von Folien- und sogenannter Chipdioden in den Modulverbund als die wirtschaftlichste Variante im Vordergrund. Wichtig ist, dass mit einer Integration von Dioden nicht die Zuverlässigkeit der Solarmodule sinkt.
Nach der Auswahl und Beschaffung geeigneter Bypass-Dioden hinsichtlich Spannungsfestigkeit, Strombelastung, thermischem Verhalten und Bauart werden Einbettungsversuche in Mustermodule durchgeführt. An den Mustern werden in einem Outdoor-Einsatz die Auswirkungen von UV Strahlung und thermischem als auch elektrischem Verhalten sowohl bei voller Sonnenbestrahlung als auch bei verschiedenen Abschattungszuständen untersucht. Weiterhin wird überprüft, inwieweit es innerhalb des Modulverbundes zu Ionenwanderungen zwischen den Dioden und dem Einbettmaterial kommt.
Da die Bypass-Dioden die Zuverlässigkeit des fertigen Moduls bestimmen, werden Test- und Prüfverfahren entwickelt, die bereits während des Fertigungsprozesses für einen fehlerfreien Einsatz sorgen.


Ergebnisse und Diskussion

Ergebnisse vom 28.05.99 bis 31.01.02Im abschließenden Berichtszeitraum konnte der Nachweis erbracht werden, dass sich Bypassdioden zuverlässig in Solarmodule integrieren lassen. Mit dem direkten Einbau von Diodenchips in dem Modulverbund wurde ein bisher neuartiges Fertigungsverfahren entwickelt und erprobt.
Die Beschaffung der Dioden war wegen der langen Lieferzeiten problematisch. Insbesondere bei den Chipdioden ergab sich zusätzlich noch das Problem der Lagerung gemäß Herstellerspezifikation. Eine Lagerung in Kunststoffbeuteln, die mit Stickstoff gefüllt sind, bedarf für einen Fertigungsbetrieb noch einer Optimierung. Der Einsatz des Testgerätes hat sich im Produktionsprozess bewährt. Es konnten sämtliche fehlerhafte bzw. falsch eingebauten Chipdioden erkannt werden.
Die Handhabung der Chipdioden muss besonders sorgfältig geschehen, da Hautkontakt mit den Chips wegen der Oxidation vermieden werden muss. Die für die Konfektionierung der Chipdioden entwickelte Haltevorrichtung ist lediglich für geringe Stückzahlen geeignet. Die Kontaktierung der Chipdiode wurde daher an eine externe Firma vergeben, die bereits eine große Stückzahl Chipdioden nach unseren Vorgaben und Prüfverfahren gefertigt hat.
Im Feldtest traten keine Ausfälle der mit Chipdioden ausgerüsteten Module auf.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse des Vorhabens wurden auf Workshops vorgestellt und diskutiert. Veröffentlichungen sind im Zusammenhang mit realisierten Projekten geplant.


Fazit

In diesem Fördervorhaben konnte gezeigt werden, dass der Einsatz modulintegrierter Chipdioden eine Alternative zu konventionellen Bypassdiodenkonzepten in Anschlussdosen oder Diodenkappen darstellt.
Die Fertigungsverfahren wurden für die zur Zeit auf dem Markt befindlichen Zellengrößen entwickelt. Für zukünftige, großflächigere Zellen oder solche mit noch höheren Wirkungsgraden, müssen neue Lösungsansätze entwickelt werden.