Ein neu entwickeltes, nicht-invasives Verfahren ermöglicht die quantitative Bestimmung von Wasserintritt in Photovoltaik-Modulen, ohne dass die Module demontiert oder deren Materialien verändert werden müssen. Diese Methode verbessert die Inspektion, die Fehleranalyse und die Lebensdauerprognose von PV-Modulen – zentrale Faktoren für die Effizienz und Zuverlässigkeit der solarbasierten Energieerzeugung.
Entwicklung einer nicht-invasiven Methode zur Messung von Wasserintritt
Ein deutsches Forschungsteam hat eine on-site Technik auf Basis der Nahinfrarot-Absorptionsspektroskopie (NIRA) entwickelt, die mit Kalibrierdaten der Karl-Fischer-Titration (KFT) kombiniert wird. Die wichtigsten Merkmale der Methode sind:
- nicht-destruktiv und ohne Öffnen der Module
- keine zusätzlichen Sensoren oder Materialmodifikationen erforderlich
- direkte Anwendung mit einem handgehaltenen NIRA-Gerät nach Kalibrierung
Im Kalibrierungsprozess wurden Polymermaterialien wie EVA, POE, TPO, TPU sowie verschiedene Backsheets (PET, PP, AAA, PVDF, fluorbeschichtetes PET) Feuchtigkeit ausgesetzt und sowohl per NIRA-Signal als auch per KFT gemessen. Die daraus abgeleiteten Kalibrierkurven erlauben die Umrechnung des relativen NIRA-Signals in absolute Feuchtigkeitsgehalte.
Ergebnisse aus Labor- und Feldtests zeigen:
- Module mit defekten Rückseiten enthalten bis zu 50 % mehr Wasser als intakte Module.
- Module mit geknackten AAA-Backsheets absorbieren Wasser bis zu zehnmal schneller als Referenzmodule.
- PET-basierte Backsheets nehmen mehr Wasser auf als PP-basierte Backsheets.
- Langfristige Außenexposition führt zu einer nicht-homogenen Wasserverteilung, wobei Feuchtigkeitsansammlungen an Stellen mit Zell-Mikrorissen besonders stark ausgeprägt sind.
Die Methode liefert somit präzisere Daten für die Modellierung von Feuchtigkeitsintritt, unterstützt die Optimierung von Moduldesigns gegen Feuchtigkeit-induzierte Degradation (MID, PID) und stärkt die technische Basis für Garantie– und Reklamationsprozesse.
Marktbedarf an fortschrittlichen Inspektionstechnologien
Die Nachfrage nach präzisen Inspektionstechnologien in der Solarbranche wächst rasant. Betreiber streben danach, die Lebensdauer ihrer Anlagen zu maximieren und kostspielige Ausfälle durch Feuchtigkeitsschäden zu vermeiden. Frühzeitige Erkennung von Feuchtigkeitsschäden kann signifikante Kosteneinsparungen ermöglichen.
- Haupttreiber: Verlängerung der Anlagenlebensdauer, Minimierung von Ausfällen, wirtschaftlicher Nutzen präziser Prüfmethoden
Die vorgestellte Methode adressiert genau diese Marktbedürfnisse, indem sie eine schnelle, nicht-invasive und materialunabhängige Messung ermöglicht.
Wissenschaftliche Validierung der NIRA-Spektroskopie
Die Kalibrierung gegen die Karl-Fischer-Titration erlaubt es, das NIRA-Signal in absolute Feuchtigkeitsgehalte umzurechnen. Wie genau das Verfahren im breiten Feldeinsatz arbeitet, müssen weitere Messungen zeigen.
- Kalibrierung gegen Karl-Fischer-Titration
- Labor- und Feldtests an verschiedenen Polymermaterialien
Bedeutung für den PV-Modulbestand
Weltweit sind Milliarden PV-Module installiert, und Feuchtigkeit ist eine bekannte Ursache für Degradation und Schäden. Eine verbesserte Feuchtigkeitsinspektion hat damit großes Potenzial für einen erheblichen Teil des globalen PV-Marktes.
Herausforderungen und Kostenaspekte
Obwohl die Methode zahlreiche Vorteile bietet, können hohe Anfangsinvestitionen für die Implementierung neuer Inspektionsverfahren ein Hindernis darstellen, insbesondere für kleinere Anbieter. Die potenziellen Kosten für die Anschaffung und Kalibrierung von NIRA-Geräten könnten die breite Adoption verzögern.
- Hohe Anfangsinvestitionen könnten kleinere Unternehmen abschrecken
- Notwendigkeit von Schulungen und Kalibrierungsprotokollen
- Industrie muss Wege finden, die Technologie für alle Betreiber zugänglich zu machen
Wie funktioniert die NIRA-Spektroskopie zur Feuchtigkeitsmessung?
NIRA-Spektroskopie basiert auf der Absorption von Infrarotlicht durch Wassermoleküle, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt präzise bestimmt werden kann.
Fazit
Die vorgestellte, nicht-invasive Methode zur quantitativen Messung von Wasserintritt in Photovoltaik-Modulen kombiniert NIRA-Spektroskopie mit Kalibrierdaten der Karl-Fischer-Titration und liefert genaue, vor Ort verfügbare Feuchtigkeitswerte. Sie adressiert den wachsenden Marktbedarf nach fortschrittlichen Inspektionstechnologien, beruht auf einer Kalibrierung gegen die Karl-Fischer-Titration und bietet klare Vorteile für die Lebensdauerprognose und die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen. Trotz möglicher Kostenhürden stellt die Methode einen bedeutenden Fortschritt dar, der die Zuverlässigkeit und Bankability von PV-Projekten nachhaltig erhöhen kann.
