Elektrolumineszenz als Diagnosetechnik in der Photovoltaik

Vor einigen Jahren tauchten in der Photovoltaikwelt erstmals Aufnahmen von Solarmodulen und Solarzellen auf, auf denen man kleinste Haarrisse auf den Solarzellen erkennen konnte. Inzwischen handelt es sich bereits um eine etablierte Diagnosetechnik, die nun auch Einzug in die Feldanwendung nimmt. Dieser Artikel beschreibt wie die Elektrolumineszenz funktioniert und welche Modulfehler man damit sichtbar machen kann.

Jedes Solarmodul besteht ja bekanntlich aus einer bestimmten Anzahl von Solarzellen, die in aller Regel in Serie zu einem Solarmodul verschaltet werden. Bei Bestrahlung mit Licht wandeln diese Zellen die Strahlungsenergie in elektrische Energie um. Schon in vorangegangenen Beiträgen hier im Blog war öfter vom Absorptionsspektrum verschiedener Zelltypen die Rede. Man versteht darunter, dass Solarzellen für verschiedene Lichtfarben unterschiedlich empfindlich sind. Würde ein konventionelles Solarmodul z.B. mit rotem Licht bestrahlt, würde dabei eine andere elektrische Energiemenge entstehen, als würde man das gleiche Modul mit blauem Licht gleicher Intensität bestrahlen. Dies hängt mit den Halbleitereigenschaften des jeweiligen Solarzellenmaterials zusammen. So hat eine Standardsolarzelle aus kristallinem Silizium ihre größte Empfindlichkeit nicht im sichtbaren Bereich des Lichtes, sondern bei Wellenlängen leicht darüber, im sogenannten Nahinfrarotbereich.

Spektrum einer S Solarzelle- Quelle Wikipedia

Von den Leuchtdioden kennt man das Phänomen, dass diese bei einem Stromfluss durch die Diode Lichtquanten aussenden und so als Leuchtmittel verwendet werden können. Auch eine Solarzelle ist nichts anderes als eine Diode. Schickt man nun, mit Hilfe einer externen Spannungsquelle, einen Strom durch eine abgedunkelte Solarzelle, so fängt auch die Solarzelle an zu leuchten. Das ausgesandte Licht ist allerdings nicht sichtbar. Die Wellenlänge liegt bei etwa 1100nm im Nahinfrarotbereich. Mit konventionellen Thermographiekameras ist diese Strahlung leider nicht sichtbar zu machen, da diese Kameras noch größere Wellenlängen zwischen 7.500nm und 13.000nm aufnehmen. Mit Thermographieaufnahmen kann man daher nur die Erwärmung und die damit verbundene Wärmeabstrahlung der Solarzellen aufzeichnen. Ich hatte in diesem Artikel bereits über unsere Dienstleistung der Anlagenthermographie zur Fehlersuche berichtet.

Die Abstrahlung er Solarzellen ist leider nur sehr schwach, so dass man die besten Resultate für Elektrolumineszenzaufnahmen im absolut abgedunkelten Labor erzielen kann. Die verwendeten Spezialkameras unterscheiden sich im Wesentlichen durch Ihre Empfindlichkeit im beschriebenen Spektralbereich. So können teure Spezialkameras (>20.000.-€) bereits eher kurze Belichtungszeiten von einigen Sekunden realisieren, während die preiswerteren Kameras Belichtungszeiten von mehreren Minuten benötigen, um eine ausreichende Menge der emittierten Strahlung aufzuzeichnen.

elektrolumineszenz_modul Quelle ISFH

Galt bisher noch die Devise, dass Elektrolumineszenzaufnahmen nur bei absoluter Dunkelheit im Labor aufgenommen werden können, gibt es seit Neustem auch ein Verfahren um Solarmodule Vorort in einer bestehenden Anlage zu prüfen. Hierbei wird das aufgenommene Spektrum mit Hilfe einer Software gefiltert. Dadurch wird der für die Untersuchungen interessante Infrarotanteil vom sichtbaren Restlicht getrennt. Die Aufnahmen müssen allerdings in der Nacht stattfinden.

Je heller eine Elektrolumineszenzaufnahme ist, desto größer ist die Emission der entsprechenden Stelle. Dunkle Stellen deuten hingegen auf Inaktivität der Zelle hin. Auf diese Weise lässt sich erkennen wenn Teile der Zelle durch Mikrohaarrisse vom Rest der Zelle getrennt wurden. Im Normalfall ist dies zunächst nicht schlimm, solange noch eine leitende Verbindung durch das Zellgitter besteht. In manchen Fällen sind allerdings auch diese hauchdünnen leitenden Verbindungen unterbrochen und ganze Zellabschnitte sind dadurch inaktiv, was zu entsprechenden Leistungsminderungen des Solarmoduls führt.

pv_elektrolumineszenz_mikrorisse-Quelle Fachhochschule-Münster

Link zu einer professionellen Elektrolumineszenzkamera.

Schreiben Sie einen Kommentar

Ihre E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Bitte geben Sie folgende Zeichen ein: *