Solarzellen: Härtetest in Wüste und Schnee

Solarmodule müssen einiges aushalten: UV-Strahlung, Regen, Schnee, sommerliche Temperaturen. Wo sich die Schwachstellen der Module verstecken, sollen nun Tests in extremen Klimagebieten zeigen: in den Tropen, auf der Zugspitze sowie in der Wüste.

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Auf Solarmodule geben Hersteller üblicherweise eine Garantie von 20 oder 25 Jahren. Doch bislang gibt es wenig gesicherte Erkenntnisse darüber, wie lange neu entwickelte Module halten. Wie resistent sind sie gegenüber Schnee, salziger Meeresluft, Wüstenklima oder hoher tropischer Luftfeuchtigkeit?

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg haben verschiedene Außenbewitterungsanlagen aufgebaut, in denen Solarzellen extreme Klimabedingungen aushalten müssen: hohe Temperaturen mit großen Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht in der israelischen Wüste Negev; Schnee, Wind und extreme UV-Strahlung auf der Zugspitze; hohe Luftfeuchtigkeit bei warmen Temperaturen im indonesischen Serpong und salzige Meeresluft auf Gran Canaria.

„Dort testen wir unter anderem neue Materialien für Photovoltaikmodule, etwa andere Verkapselungen der Halbleiter oder Rückseitenfolien“, sagt Michael Köhl, Leiter des Testzentrums für Photovoltaik. „Da die Garantiedauer für die Module sehr lang ist, haben die Anbieter bei neuen Materialien eine große Hemmschwelle. Beschleunigte Bewitterungstests könnten für mehr Innovationsfreude sorgen.“ Komplizierte Messtechnik ermittelt, welcher UV-Strahlung, welchen Temperaturen und Feuchtigkeiten die Module ausgesetzt sind.

Mathematisches Modell im Einsatz

„Die Kunst liegt vor allem darin, gut messbare Größen zu finden, bei denen schon nach zwei oder drei Jahren deutliche Veränderungen auftreten können. Etwa die UV-Durchlässigkeit der Verkapselungsmaterialien: Sie ändert sich, lange bevor ein Leistungsabfall messbar ist“, sagt Köhl. Mit einem mathematischen Modell berechnen die Forscher die mittlere Belastung aus allen gemessenen Größen für verschiedene Klimata.

Zudem sollen die Außenanlagen die Resultate aus einer bisher einmaligen Umweltsimulationskammer bestätigen, die derzeit in Freiburg entsteht. Ab dem Frühjahr 2008 sollen hier Solarmodule getestet werden. Die Kammer verschärft die Klimabedingungen und zeigt Schwachstellen der Module schneller. Basis sind Fluoreszenzlampen: Sie simulieren die UV-Strahlung der Sonne, strahlen aber kaum Wärme ab wie die üblichen Xenonlampen.

„Damit lösen wir das Hauptproblem der UV-Prüfung: Denn bei herkömmlichen Klimakammern erwärmen sich die zu testenden Module durch die Lampen. Dies hat wiederum einen Einfluss auf die Lebensdauer – das Resultat wird verfälscht.“ Nicht so bei der neuen Klimakammer. Hier kann die Temperatur des Moduls auf einen konstanten Wert geregelt und gleichzeitig auch die Luftfeuchtigkeit auf hohem Niveau eingestellt werden.

(idw – Fraunhofer-Gesellschaft, 02.10.2007 – DLO)