Onze website maakt gebruik van cookies en dergelijke tecnieken om de gebruikersvriendelijkheid te verbeteren.

OK

Meer informatie over de cookies of informatie hoe u uw instellingen kunt wijzigen leest u in onze Cookie Policy. You U kunt te allen tijde uw acceptatie intrekken.

Verbeterd testprotocol maakt grote kwaliteitsverschillen tussen pv-panelen inzichtelijk

02.10.2020
Verbeterd testprotocol maakt grote kwaliteitsverschillen tussen pv-panelen inzichtelijk

Testmethoden die pv-panelen blootstellen aan fysieke druk en temperatuurwisselingen helpen fabrikanten de kwaliteit van pv-panelen te waarborgen. In de praktijk geven deze tests echter geen zekerheid over het efficiëntiebehoud van de panelen op de lange termijn, blijkt uit onderzoek van de Universiteit van Florida. De onderzoekers legden vier typen panelen op de pijnbank met behulp van een aangepast testprotocol, wat een opmerkelijk resultaat oplevert.

Uiteenlopende fysieke invloeden kunnen volgens Eric Schneller, als onderzoeker verbonden aan het Florida Solar Energy Center van de University of Central Florida, 'cracks' veroorzaken in pv-panelen. "Het gaat daarbij om menselijke handelen, onder meer tijdens het transport en de installatie. Weersomstandigheden zijn echter eveneens van invloed, zoals sneeuwval, wind en extreme temperatuurwisselingen", legt Schneller uit. "Ze zorgen voor teruglopende prestaties en het ontstaan van 'dead area's' op panelen. Deze leiden tot spanningsverschillen, die de prestaties verder verminderen. Ook kunnen cracks soms zogeheten 'hot spots' veroorzaken. Deze vormen in het ergste geval een veiligheidsrisico en kunnen tot brand leiden."

 

Fabrikanten voeren tests uit die helpen te bepalen hoe en wanneer cracks ontstaan. Schneller stelt dat deze tests in de praktijk echter niet voldoen. Vooral doordat zij voorbijgaan aan het feit dat cracks die eerder zijn ontstaan in een later stadium tot extra problemen kunnen leiden. Als voorbeeld noemt Schneller microcracks die ontstaan door het gewicht van een sneeuwpakket dat op een paneel ligt. Zodra de sneeuw smelt neemt de gewichtsdruk af en kunnen deze microcracks vanzelf weer sluiten. Wordt hetzelfde paneel later echter blootgesteld aan bijvoorbeeld een hoge piektemperatuur of vibraties door harde wind? Dan kunnen dezelfde microcracks weer openen en verder groeien, wat tot vermogensverlies kan leiden.

Nieuw testprotocol met vier stappen

Om de consequenties van elkaar opvolgende momenten met fysieke en thermische druk te simuleren, introduceert Schneller het nieuwe testprotocol 'Mechanical Evaluation'. Een paneel doorloopt hierbij achtereenvolgens vier test. In de eerste test wordt het paneel een uur lang blootgesteld aan een fysieke druk van 5.400 Pa. Dit simuleert een situatie waarbij het paneel is bedekt met een flinke laag sneeuw.

Bij de tweede test wordt ditzelfde paneel duizend keer achter elkaar kortstondig blootgesteld aan een druk van 1.000 Pa. Deze test simuleert langdurig terugkerende windstoten. Dit kan er in de praktijk onder meer toe leiden dat cellen elektrisch geïsoleerd raken, wat tot capaciteitsverlies leidt. Tijdens de derde test wordt het paneel blootgesteld aan een vijftigtal cycli met wisselende temperatuursverhogingen, gevolgd door tien cycli met vorst en vochtigheid. De test simuleert hiermee sterk wisselende weeromstandigheden. Niet alleen kunnen hierdoor nieuwe microcracks ontstaan, ook kunnen bestaande microcracks doorgroeien tot echte cracks. Daarnaast bestaat het risico dat de verschillende lagen waaruit een paneel is opgebouwd van elkaar loskomen.

Zowel test twee als drie vormen al langer onderdeel van gangbare testprocedures. Bij deze procedures worden de testen echter niet opeenvolgend uitgevoerd. Ook ontbreekt stap vier, waarbij test twee opnieuw wordt uitgevoerd.

Vier module-ontwerpen op de pijnbank

Vier bekende module-ontwerpen zijn door het team van Schneller aan het nieuwe testprotocol onderworpen: Mono-PERC, Multi-PERC, Mono-PERT en de fotovoltaïsche HIT®-module (*). Na iedere stap zijn de panelen onderzocht om de schade en het vermogensverlies te inventariseren. Het resultaat van de test is opmerkelijk: ieder module-type reageert anders op elk van de vier stress-testen. Zo bleek na afronden van de eerste test (een druk van 5.400 Pa) het HIT®-paneel geen schade te hebben opgeleverd. Bij het Mono-PERC-paneel ontstonden vier cracks en bij het Mono-PERT-paneel zeven. Het Multi-PERC-paneel telde er maar liefst 37.

Ook bij de tweede test (duizend keer een druk van 1.000 Pa) blijkt het Multi-PERC-paneel aanzienlijk slechter te presteren. Zo liepen het HIT®-, Mono-PERC- en Mono-PERT-paneel tijdens de test geen nieuwe schade op. Bij het Multi-PERC-paneel bleken microcracks die tijdens test 1 zijn ontstaan weer te zijn geopend en verder te zijn opengescheurd. Met zware schade tot gevolg.

De derde stap (blootstelling aan piektemperaturen, vorst en vocht) veroorzaakte nauwelijks extra schade. Het mono-PERT-paneel is een uitzondering en liep verschillende nieuwe cracks op. Tijdens test vier (opnieuw duizend keer een druk van 1.000 Pa) kreeg het Mono-PERC-paneel zes nieuwe cracks. Zowel het Mono-PERT- als Multi-PERC-paneel presteerden slechter en liepen 'talloze' nieuwe cracks op. Het HIT®-paneel wist de test opmerkelijk genoeg volledig ongeschonden te doorstaan. Schneller wijt dit aan het specifieke ontwerp van de verbindingen en het gebruikte foliemateriaal.

 

Eindstand

De eindstand van de test is als volgt:

Multi-PERC-paneel: 54 cracks

Mono-PERT-paneel: 45 cracks

Mono-PERC-paneel: 11 cracks

HIT®-paneel: 1 crack

Hierbij moet worden opgemerkt dat de crack in het HIT®-paneel volgens de onderzoekers niet mag worden meegeteld, aangezien deze crack is veroorzaakt door onjuist transport van het paneel.

Nog interessanter is de impact van de ontstane schade op het vermogen dat de panelen leveren. Ook hierbij zijn grote verschillen zichtbaar. Zo leverde het Multi-PERC-paneel 10% van zijn prestaties in, het Mono-PERT-paneel 3,6% en het Mono-PERC-paneel 2,5%. De grote winnaar is het HIT®-paneel, dat het doorlopen van alle vier de teststappen geen enkel vermogensverlies noteerde.

Strenge kwaliteitsprocedures en eigen testprotocol

De grote verschillen in de test zijn volgens Panasonic te wijten aan de strenge interne kwaliteitsprocedures die het bedrijf hanteert. Zo gebruikt de Japanse fabrikant een eigen testprotocol dat net als het protocol van Schneller aanzienlijk verder gaat dan het gangbare testprotocol en de richtlijnen van het IEC (International Electrotechnical Commission). Een voorbeeld is een 'koud/hitte'-shocktest in een klimaatkamer, waar temperatuurwisselingen van +85 naar -40 °C plaatsvinden. De richtlijnen van IEC stellen dat deze temperatuurwisseling 200 keer achter elkaar moet plaatsvinden. Panasonic gaat echter uit van 600 cycli om de betrouwbaarheid te waarborgen.

Panasonic test ook zelf concurrerende panelen. Andreas Thoma, business development bij Panasonic Duitsland, licht toe: “Daarbij bleek dat na die 600 cycli de HIT®-panelen slechts een paar procent vermogensverlies toonden, terwijl concurrerende panelen tot 23 procent inleverden.” Deze betere resultaten zijn volgens Thoma te wijten aan een productieproces waarbij onder meer een andere wijze wordt gebruikt om de tabs in het paneel vast te zetten. “Doordat er minder spanning op de tabs staat, zijn ze beter bestand tegen grote temperatuurverschillen en laten ze niet los. Bij andere panelen gebeurt dat soms wel, met aanzienlijk vermogensverlies als gevolg.” Dat het HIT®-paneel ook de fysieke stresstest feilloos doorstaat schrijft Thoma toe aan een geoptimaliseerd frame-ontwerp, het toepassing van kleinere en flexibelere cellen en het gebruik van een speciale laagtemperatuur-techniek om cellen aan elkaar te koppelen. 


 

 Wat is PERC, PERT en HIT®?


  • PERC staat voor Passivated Emitter and Rear Cell en wordt soms ook wel Passivated Emitter and Rear Contact genoemd. Bij PERC-technologie zijn aan de achterzijde van de cellen één of meerdere extra lagen toegevoegd. Deze kaatsen zonlicht terug dat niet door de cellen is geabsorbeerd, wat de kans creëert dat dit zonlicht alsnog wordt 'gevangen'.
  • PERT staat voor Passivated Emitter Rear Totally Diffused. PERT-cellen zijn aan de achterzijde voorzien van een efficiëntie-verhogend diffuse oppervlak. De productie van PERT-panelen vraagt om speciale productietechnieken, waardoor de productiekosten van PERT hoger zijn dan van PERC.
  • HIT® staat voor Heterojunction with Intrinsic Thin layer en is een geregistreerd handelsmerk van Panasonic. HIT®-cellen bestaan uit een monokristallijne silicium wafer, omhuld door een ultradunne siliciumlaag. De technologie combineert de hoge productie van kristallijne technologie met het gereduceerde elektronenverlies van amorfe technologie.

 

 

Downloads