Spannungsinduzierte Degradation (auch potentialinduzierte Degradation; englisch potential induced degradation; PID) ist eine spannungsbedingte Leistungsdegradation bei kristallinen Photovoltaik(PV)-Modulen, hervorgerufen durch sogenannte Leckströme. Dieser negative Effekt kann Leistungsverluste von bis zu 30 % verursachen.

Ursache für die schädlichen Leckströme ist neben dem Aufbau der Solarzelle die Spannungslage der einzelnen PV-Module gegenüber dem Erdpotential – bei den meisten ungeerdeten PV-Systemen sind die PV-Module einer positiven oder negativen Spannung ausgesetzt. PID tritt meistens bei negativen Spannung gegenüber Erdpotential auf (Ausnahme: gewisse kristalline Hochleistungsmodule) und wird durch hohe Systemspannungen, hohe Temperaturen und hohe Luftfeuchtigkeit beschleunigt.

PID ist als Effekt seit mehreren Jahren bekannt. Erste Veröffentlichungen zu dem Thema aus dem Jahr 2006 (Photon 4/2006, 6/2006 und 4/2007) betrafen damals nur die kristallinen Hochleistungsmodule von SunPower. 2007 wurde PID auch bei manchen Solarmodulen von Evergreen Solar (Photon 1/2008 und 8/2008) registriert. Mittlerweile ist PID auch bei gewöhnlichen kristallinen Modulen ein Problem (Photon 12/2010, Vortrag vom Solarenergieunternehmen Solon SE auf der PVSEC in Valencia 2010): Aussage des Solarmodulherstellers Solon SE: „Bei 1000 V, einer inzwischen durchaus üblichen Spannung bei größeren PV-Anlagen, kann es für jede Modultechnologie kritisch werden“.

Der negative PID-Effekt kann gänzlich verhindert werden, indem ein Wechselrichter mit der Möglichkeit zur Erdung des positiven oder negativen Poles verwendet wird. Welcher Generatorpol geerdet werden muss, ist mit dem Solarmodulhersteller abzuklären.

Quelle: Wikipedia

LID (Light Induced Degradation) ist ein bei kristallinen Siliziummodulen in den ersten Stunden der Sonneneinstrahlung auftretender Leistungsverlust. Der Effekt wirkt sich insbesondere dahingehend aus, dass die tatsächlich erbrachten Leistungswerte im Vergleich zu den Flashdaten des PV-Modul-Herstellers niedriger ausfallen.

Der LID-Effekt hat seinen Ursprung im ungeplanten Vorhandensein von Spuren von Sauerstoff im geschmolzenen Silizium während der Produktion der Silizium-Ingots. Unter Lichteinwirkung können sich diese positiv geladenen Sauerstoffdimere über das Siliziumgitter ausbreiten und Verbindungen mit Bor-dotierten Akzeptorstrukturen eingehen. Die Bor-Sauerstoff-Verbindungen bilden ihre eigenen Energieniveaus im Siliziumgitter aus und können Elektronen wie auch Elektronenlöcher einfangen, die dann für den Photoeffekt nicht mehr zur Verfügung stehen.

Der LID-Verlust hängt von der Qualität der Wafer-Produktion ab, d. h., wie gut die Photovoltaik-Kristalle weiterverarbeitet werden, und liegt in der Größenordnung zwischen 1% und 3% (oder sogar darüber). Der LID-Effekt tritt nur bei konventionellen bordotierten Wafern vom P-Typ auf.

Es ist sehr schwer, Daten über den LID-Effekt einer bestimmten Modul-Stichprobe zu erhalten. Da es hierfür keine Vorschriften gibt, machen die c-Si-Modul-Hersteller auf dem Modul-Datenblatt keine entsprechenden Angaben. Das Ausmaß des LID-Effekts hängt von der Herkunft des Silizium-Wafers ab und kann von Produkt zu Produkt abweichen. Die Tragweite des LID-Effekts kann aber auch von den Chargen einer bestimmten Produktion abhängen, ein weiterer Grund für dessen schwierige Quantifizierung. LID ist jedoch ein bekanntes und weit verbreitetes Phänomen.

Schneckenspuren sind ein Phänomen, das ausschließlich bei kristallinen Silizium-Modulen auftreten kann.

Man kann drei verschiedene Typen unterscheiden:

• Verfärbung der Silber-(Ag)Paste quer über die c-Si-Zelle – dies gab dem Phänomen seinen Namen – „Schneckenspuren“
• Verfärbung entlang der Zellkante (Bildung eines „Rahmens“ – „framing“)
• Verfärbungen die von den Zellverbindungen ausgehen (sog. „Fingerabdrücke“ oder „finger prints“)

Umfangreiche und noch andauernde Untersuchungen wurden angestoßen, um Ursache, Auswirkungen und vor allem langfristige negative Einflüsse auf Zelleffizienz und somit Energieproduktion zu ergründen. Im Dezember 2013 schließlich gelang es dem Fraunhofer-Zentrum für Silizium-Photovoltaik (CSP), Gründe und Eigenschaften zu entschlüsseln: die dunklen Verfärbungen werden durch nanometerkleine Silberpartikel verursacht, die sich im EVA-Laminat ansammeln. Gründe hierfür sind komplexe Reaktionen von Feuchtigkeit und gewissen Zusätzen der Modulrückseitenfolie, wie z.B. Antioxidantien, die sich in Folge an den Zellrändern oder sich ausbildenden Mikrorissen entlang zur Modulvorderseite ausbreiten, wodurch die besagten Silber-Nanopartikel aus den Silberionen der Frontgitterstruktur ausgefällt werden.

Somit sind Schneckenspuren zwar nicht selbst die Ursache von Reduzierungen der Zelleffizienz, sehr wohl aber Indikatoren für Mikrorisse in den Modulen. Diese wiederum können schon während der Zell- bzw. Modulproduktion auftreten, zu einem nicht unerheblichen Teil entstehen sie aber auch während des Transportes oder durch unsachgemäße Lagerung, Installation oder Wartung, was durch mechanischen, chemischen oder thermischen Streß hervorgerufen werden kann. Auf lange Sicht werden sich diese Mikrorisse vermehren bzw. vergrößern und somit die Energieproduktion kontinuierlich absenken.

Was sind Microcracks?

Microcracks (Cracks=Risse) sind feine Risse in der Zelle, die mit dem Auge nicht erkennbar sind. Meist wird die Zelle noch von den Kontaktfingern und der Rückseitenmetallisierung elektrisch zusammengehalten, da Silber und Aluminium flexibler sind als Silizium. Im Laufe der Zeit, durch Wärmedehnung und Wind- oder Schneelasten werden die Zellen belastet und die Risse können sich durch den gesamten Zellaufbau ausdehnen. Dann entstehen elektrisch inaktive Gebiete in der Zelle.

Warum sind Microcracks schlimm?

Zunächst verhält sich ein Modul mit Microcracks in vielen Fällen normal. Nach einer gewissen Zeit können sich elektrisch inaktive Gebiete durch die Microrisse bilden. Diese Gebiete können dann einen ähnlichen Effekt auslösen wie eine Verschattung. Ab einer bestimmten Größe dieses toten Gebietes wird die Zelle zum Verbraucher und kann sogar einen großen Teil der Leistung eines Substrings des Moduls absorbieren oder gar die Diode zum Durchschalten bringen. Wenn die betroffene Zelle anfällig dafür ist, kann es auch zu Hotspots kommen.

Wie entstehen Microcracks?

In den meisten Fällen entstehen Microcracks bei Transport oder Montage. Solarmodule sind auf der Rückseite sehr empfindlich. Stützt ein Monteur auf dem Dach das Modul mit der Rückseite auf dem Knie ab, so kann das schon zu Microcracks in der Zelle führen. Ein kräftiger Druck mit einem Werkzeug auf die Rückseite oder aneinander gelehnte Module, bei denen die Folie von einer Modulecke berührt wird, können auch zu Cracks führen. Grundsätzlich muss die Rückseite der Solarmodule auf dem Transport und während der Montage extrem vorsichtig behandelt werden. Erst wenn das Modul montiert ist zeigt die stabile Vorderseite aus gehärtetem Glas nach vorne. Microcracks können auch dadurch entstehen, dass Monteure bei der Montage auf den Rahmen laufen.

(Bill of Material) Aus der BOM ist das bei der Produktion verwendet Material ersichtlich.

(Constructual Declaration Form) Bei der CDF handelt es sich um die Stückliste des zu verwendenden Materiales bei der Produktion. Diese Liste ist auch immer ein Bestandteil des gültigen IEC Tests / Zertifikates.

Die BOM muss immer mit der CDF identisch sein. Ist dies nicht der Fall, so ist das IEC Zertifikat ungültig, weil nicht das geprüfte Material bei der Herstellung der PV Module verwendet wurde.