Testverfahren für PV-Komponenten
Umweltsimulation als Beitrag zur Qualitätssicherung
Die Umweltsimulation spielt bei der Qualitätsverbesserung von Photovoltaik-Anlagen eine zentrale Rolle. Denn bestimmte Umwelteinflüsse können die Lebensdauer der Komponenten massiv beeinflussen.
Für viele Anwendungsbedingungen gibt es bereits normative Vorgaben, die die Testabläufe beschreiben. Im Einzelfall werden die Testbedingungen hinsichtlich ihrer Abläufe und ihrer Prüfschärfe jedoch angepasst. Hierzu müssen zunächst die zu erwartenden Anforderungen und Belastungen erkannt und erfasst werden! Das sind neben der Betriebsdauer auch der mögliche geografische Einsatzort mit seinen klimatischen und umweltspezifischen Belastungen, der Transport der Komponenten zum Einsatzort sowie die Montage der Photovoltaik-Komponenten - und natürlich weitere kritische Betriebsbedingungen.
In den vergangenen Jahren haben sich ganz typische Testverfahren für PV-Komponenten durchgesetzt, die die wesentlichen Risikofaktoren berücksichtigen.
Schadgase
»Der Schadgastest ist ein Oberbergriff für eine Gruppe von Prüfverfahren; er wird anwendungsspezifisch mit unterschiedlichen Parametern durchgeführt«, erklärt Lutz Bruderreck, Leiter der Analytik des Prüflabors TechnoLab. »In der Versuchsdurchführung kommen verschiedene Gase, Kombinationen von Gasen und angepasste Konzentrationen der Gase zum Einsatz.« Eine Anpassung an die realen Belastungen ergibt sich über die Modifizierung von Temperatur und Feuchte. Bei Prüfobjekten, die im späteren Einsatz auch mit elektrischen Lasten konfrontiert werden, ist eine Überlagerung mit elektrischen Spannungen sinnvoll.
In den etablierten Prüfverfahren nach IEC 60068 werden die Schadgase Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid, Schwefelwasserstoff, Stickoxide und Chlor angewendet. Der Ozon-Test wird in erster Linie zur Bewertung von Polymeren in Dichtungen und Isolierstoffen herangezogen. Weil in der Photovoltaik der Trend zur Nutzung von Dachflächen von landwirtschaftlichen Einrichtungen anhält, kommt auch dem Ammoniak heute eine spezielle Bedeutung zu.
»Der Einsatz von Ammoniak als Schadgas war bisher auf wenige Ausnahmefälle wie die Prüfung von Kupferlegierungen nach DIN 50916-1 beschränkt, um das Spannungsrisiko zu bewerten«, berichtet Lutz Bruderreck. »In den letzten Jahren hat jedoch die Nachfrage von Testabläufen an PV-Komponenten mit ammoniakhaltigen Schadgasen insbesondere in Verbindung mit Feuchte stark zugenommen.«
Sand und Staub
Der Staubtest wird durch eine Vielzahl von Parametern beschrieben:
- Bewegung der Partikel, zum Beispiel mit hohem Druck wie in einem Sandstrahl oder leichter Flugstaub
- Staubdichte und Staubart
- mineralische, organische oder metallische Zusammensetzung des Staubs (z.B. Ruß, Zement,Asche, Holzstaub)
- Auswirkungen auf die Oberflächen der Proben (abrasiv, korossionsfördernd, elektrisch leitend, verbackend)
- Korn-Größe und -Verteilung
- Zusammensetzung einer Staubsorte oder auch die Kombination mehrerer Staubsorten
- Art und Richtung der Einwirkung
- Temperatur und Feuchte
- Überlagerung mit elektrischer oder mechanischer Belastung während der Testdurchführung
»Es gibt keinen Staubtest, der sich für alle Komponenten einer PV-Anlage gleichermaßen eignet«, schickt Lutz Bruderreck voraus: »In der Laborpraxis wird der Test nach IEC 60068 an die Besonderheiten und Erfordernisse der Probe angepasst. Die Anforderungen reichen dabei von der Bewertung der Eigenschaften einer Beschichtung, wie Härte und Kratzfestigkeit, bis hin zur Dichtigkeit von Gehäusen oder der Belastbarkeit von Stellantrieben.«
Typische Prüfobjekte sind unter anderem:
- Glasplatten mit Beschichtungen zur Abdeckung der Solarmodule: Die Forderung nach einem möglichst geringen Wartungsaufwand der Solaranlage stellt auch hohe Anforderungen an die Fähigkeit der Oberfläche zur Selbstreinigung. Eine ideal glatte Glasoberfläche bietet nur wenig Haftungsmöglichkeit für Verschmutzungen. Durch Beschichtungen lässt sich dieser Effekt noch verbessern. Durch Regenwasser wird ein großer Teil der Verschmutzung abgewaschen, jedoch setzt diese natürliche Reinigung eine intakte Oberfläche voraus. Durch Einwirkungen beim Transport und der Montage der Module wird die Oberfläche belastet. Aber auch abrutschender Schnee und Eiskrusten haben eine abrasive Wirkung auf die Oberflächen.
- Dichtungssysteme: Der Test zielt in erster Linie auf die Dichtungssysteme von Steckverbindern und Durchführungen in Gehäusen ab. Der Staubtest wird auch als Bestandteil der Schutzartenprüfung durchgeführt (Test nach DIN EN 60529 IP 5K und 6k). Um die Wirksamkeit und das Alterungsverhalten von Dichtungssystemen zu bewerten, erfolgt der Test sowohl an Proben im Anlieferzustand als auch nach weiteren Alterungsverfahren wie beispielsweise Sonnensimulation.
Der Test an den bewegten Teilen von Antriebsmechanismen stellt eine eigene Kategorie dar. Das betrifft insbesondere Stäube, die während der Bewegung abgestreift werden müssen. Hierbei werden auch durch das Anhaften von Staub Gefahren aus solchen Dichtungssystemen erkannt, die unter Betriebsbedingungen zu einem Ausbluten des Dichtungsmaterials neigen.
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