Neue Forschungsergebnisse zeigen: Weniger Solarmodule pro String minimieren Hotspot-Risiken

Ein Forscherteam der Universität Surabaya in Indonesien hat eine umfassende Studie zu den Betriebsstörungen im Frühstadium eines 24,9-MW-Photovoltaikkraftwerks (PV) auf der Insel Sumatra im Westen Indonesiens durchgeführt.

Die Forschung begann im August 2022, zeitgleich mit der Inbetriebnahme des Kraftwerks, und endete im August 2024.

Elieser Tarigan, der Hauptautor, erläuterte: „Die relativ kurze Betriebsdauer stellt sicher, dass die festgestellten Defekte hauptsächlich auf Faktoren in der frühen Betriebsphase und nicht auf langfristige Abnutzung zurückzuführen sind. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Klassifizierung und Quantifizierung der verschiedenen Arten von Defekten, die wir beobachtet haben, wie z. B. Hotspot-Effekte, Glasbrüche, Fehlfunktionen von Anschlusskästen und beschlagenes oder verfärbtes Glas, um zu verstehen, wie sich diese auf die Leistung des Systems auswirken.“

Insgesamt umfasst die Solaranlage auf Sumatra 64.140 PV-Module mit einer Leistung von jeweils 390 Watt. Alle Module sind bodenmontiert und in Reihe zu Strings verbunden. Jeder String besteht aus 30 sequenziell verbundenen Modulen.

Der Forscher erläuterte: „Während der Vor-Ort-Beobachtungen haben wir Betriebsspannung und -strom genau überwacht und mit den technischen Daten der Module verglichen, um mögliche Unregelmäßigkeiten aufzudecken. Unser Fokus lag dabei auf der Erkennung von Anomalien in der Leistungsabgabe bestimmter Modulstränge. Ein Strang wurde als anormal gekennzeichnet, wenn die vom Wechselrichter angezeigte Leistungsabgabe deutlich unter den unter den gegebenen Umgebungsbedingungen für diesen Strang berechneten theoretischen Werten lag. Diese Anomalien wurden anschließend weiter untersucht, um festzustellen, ob die Module defekt waren.“

Anschließend erfolgte die Untersuchung einzelner Module durch Sichtprüfungen und direkte Messungen. Die detailliertere Analyse umfasste detaillierte Messungen und Wärmebildverfahren. Die aus den Sichtprüfungen und Messungen gesammelten Daten wurden sorgfältig ausgewertet, um die Häufigkeit und das Ausmaß der Auswirkungen der einzelnen Defektarten zu ermitteln.

Die Wissenschaftler führten aus: „Die Beobachtungsergebnisse zeigen, dass innerhalb der ersten zweijährigen Betriebszeit bei insgesamt 64.400 installierten PV-Modulen rund 678 Module aufgrund der oben genannten Defekte Betriebsunregelmäßigkeiten aufwiesen. Die beobachtete Ausfallrate von etwa 1,05 % unterstreicht die entscheidende Bedeutung frühzeitiger Überwachung und Wartung für die Sicherung der Zuverlässigkeit und langfristigen Rentabilität von PV-Systemen.“

Den Ergebnissen zufolge standen die meisten Probleme im Zusammenhang mit der Bildung von Hotspots. Konkret wurden 350 Defekte an Anschlussdosen festgestellt, 282 Fälle von Glasrissen, 42 Fälle von aufgequollenen Anschlussdosen und sieben Fälle von trübem oder verfärbtem Glas. Darüber hinaus wurden Verschattungen durch umliegende Objekte wie Bäume, Masten und Gebäude sowie Selbstverschattungen von PV-Anlagen festgestellt.

Professor Tarigan fasste zusammen: „Unsere Analyse hat ergeben, dass Halbzellenmodule bei der Reduzierung von Hotspot-Effekten besser abschneiden als Vollzellenmodule. Dies ist auf den geringeren Strom pro Zelle und die verbesserte Bypass-Dioden-Konfiguration zurückzuführen, die zu geringerer Wärmeableitung und Leistungsverlusten führen. Darüber hinaus senkt die Reduzierung der Modulanzahl in einem Strang effektiv Spannung und Stromstärke und minimiert so die Schwere von Hotspots.“