Solartechnik, die dem „Klima-Schleudertrauma“ trotzt

Alle Anzeichen sprechen dafür, dass wir aufgrund der Klimaerwärmung häufiger sprunghafte Wechsel zwischen extremen Wetterlagen erleben werden. Forscher haben dafür den Begriff des „Klima-Schleudertraumas“ (Climate Whiplash) geprägt und sehen in der Erwärmung der Arktis und im Klimawandel die wahrscheinlichen Ursachen dafür.1 <a href="https://e360.yale.edu/features/climate-whiplash-wild-swings-in-extreme-weather-are-on-the-rise" target="_blank">https://e360.yale.edu/features/climate-whiplash-wild-swings-in-extreme-weather-are-on-the-rise</a>  Dies könnte zu einer Zunahme von extremen Schwankungen zwischen Frost und Tauwetter führen – und damit zu einem Bedarf an zuverlässigeren Solarmodulen. Nicht alle Solarmodule bieten bei heftigen Temperaturschwankungen und hoher Feuchtigkeit die gleiche Leistung. Eine Anlage mit mäßiger Leistung schränkt die Nachhaltigkeit und Ihren finanziellen Ertrag ein.

Die Erfahrung von 35 Jahren, die Herstellung von mehr als 30 Millionen Modulen und die branchenweit höchsten F&E-Investitionen2 Zahlen basierend auf kumulativen Investitionen von 2007 bis 2018. Osborne: „ R&D spending analysis of 21 PV manufacturers.“ PVTech.com 2019. haben die Solartechnik von SunPower so stark gemacht, dass sie selbst rauesten Bedingungen gewachsen ist. Unser Flaggschiff, die Maxeon-Module, bei denen die Leistung 2- bis 3-mal besser erhalten bleibt als bei herkömmlichen Modulen3 Jordan et al., Robust PV Degradation Methodology and Application. PVSC 2018. , ist durch die umfangreichste Garantie der Solarbranche abgesichert.4 Auf Grundlage eines im Januar 2019 durchgeführten Vergleichs der Garantiebestimmungen auf den Websites der 20 führenden Hersteller laut IHS (Stand: 2018).  Zudem weisen Maxeon-Module während der Garantiezeit eine sehr niedrige Retourenquote von gerade einmal 0,005 % auf (bezogen auf über 15 Mio. Module).5 „A Comparative Study: SunPower DC Solar Module Warranty Claim Rate vs. Conventional Panels.“ SunPower Corporation, 2019.

Mitarbeiter von SunPower legen letzte Hand an unsere Maxeon-Flaggschiffmodule an.

Zuverlässigkeit als Designkriterium

Extreme Temperaturschwankungen haben zur Folge, dass sich die Metallzellen und Bänder in den Solarmodulen unterschiedlich stark ausdehnen und wieder zusammenziehen. Im Laufe der Zeit kann dies bei Zellen ohne solides Metallfundament zum Bruch führen. Das patentierte Kupferfundament der SunPower^® Maxeon^®-Zellen erlaubt Biegungsgrade, bei denen andere Zellen brechen.

Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn durch Regen, Schnee oder Küstenluft bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt Feuchtigkeit in das Solarmodul eindringt. Das Wasser kann dann in der kalten Phase des Zyklus gefrieren. Das so entstandene Eis dehnt sich aus und kann im umliegenden Bereich Schäden verursachen.

Die Situation ist mit dem Gefrieren und Tauen von Straßen vergleichbar. Bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt sickert die Feuchtigkeit in jeden noch so kleinen Riss in der Straßendecke. Wenn die Temperaturen anschließend sinken, beginnt das Wasser zu gefrieren, dehnt sich in der rissigen Straßendecke aus und die Risse werden größer. Im gefrorenen Zustand dehnt sich Wasser um 10 % aus und kann dabei einen Druck von mehr als 2.000 bar ausüben. Gleichgültig, ob Straßen oder Solarmodule: Es lässt sich nicht vermeiden, dass gefrorenes Wasser Schäden von innen verursacht. Und wenn steigende Temperaturen das Eis wieder zum Schmelzen bringen, beginnt der folgenschwere Kreislauf von vorn.

Der gleiche Mechanismus, der im Winter Straßen zerstört, führt bei minderwertigen Solarmodulen zu Leistungsverlusten.

Doch das verzinnte Kupferfundament der Maxeon-Zellen schützt nicht nur vor Bruch, sondern auch vor Korrosion, einer weiteren Ursache für Degradation und Ausfälle bei herkömmlichen Modulen.

Außerdem baut SunPower seine Module ohne das Verkapselungsmaterial Ethylenvinylacetat (EVA), einem Werkstoff, der in mehr als 90 % der Solarmodule zum Einsatz kommt.6 International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) – März 2019.  Forschungen haben gezeigt, dass Module auf EVA-Basis bei niedrigen Temperaturen anfällig für physische Belastung sind7 „Effect of Encapsulation Modulus on the Response of PV Modules to Mechanical Stress“, Rafal Mickiewicz et al., Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems. , da das EVA steif wird und die Belastung auf die darunter liegenden Zellen überträgt. Sprödes Verkapselungsmaterial mit brüchigen Zellen führt mit größerer Wahrscheinlichkeit zu Rissen als das robuste, biegsame Design der Maxeon-Module, deren elektrischer Kontakt auch bei Rissen erhalten bleibt. Und das kann, wie das Video oben zeigt, ein ernstes Risiko sein.

Wir prüfen auf Herz und Nieren

Wir unterziehen die Maxeon-Module einem knallharten Test, dem sogenannten „Humidity Freeze Test“. Bei dieser Feuchte-Frost-Prüfung wird das „Schleudertrauma“ eines Frost-Tau-Zyklus nachgestellt. Bei dem Test werden täglich 5 Zyklen von Temperaturschwankungen zwischen -40 und +85 °C sowie einer Luftfeuchtigkeit von 85 % beim Temperaturmaximum des Zyklus durchlaufen. 

Techniker von SunPower laden ein Maxeon-Modul in eine Laborprüfkammer.

Die Prüfungen ergaben, dass diese Belastung praktisch keine Auswirkungen auf die SunPower-Module hat, und zwar auch nicht nach 380 Zyklen (was der 38-fachen Anzahl entspricht, die für die Zertifizierung erforderlich ist). Herkömmliche Module hingegen zeigen schon nach 10 bis 20 Zyklen Leistungseinbußen.

Extreme Wetterbedingungen könnten in Zukunft an der Tagesordnung sein. Doch wir bei SunPower verfolgen weiterhin unsere Mission „Neuer Antrieb für unsere Welt“. So wie sich unsere Kunden dem Klimawandel entgegenstellen, stellen sich unsere Module den rauesten Umweltbedingungen entgegen. Gemeinsam können wir im Kampf gegen die Erderwärmung etwas bewirken.