Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lebenserwartung von Solarmodulen vorhersagen

01.10.2013
Solarmodule sind diversen Umwelteinflüssen ausgesetzt, die über die Jahre das Material ermüden. Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die Wirkung dieser Einflüsse langfristig berechnen lässt. Dies erlaubt zuverlässige Lebensdauerprognosen.

Wer in eine eigene Solaranlage auf dem Dach investiert, möchte in der Regel langfristig davon profitieren – doch wie alt wird die Technik eigentlich? Obwohl die meisten Hersteller ihren Kunden bis zu 25 Jahre Garantie gewähren, können sie selbst keine verlässlichen Aussagen über die voraussichtliche Lebensdauer treffen.


Sensoren messen die Dehnungen, die an Solarmodulen entstehen. Aus diesen Daten lässt sich deren Lebensdauer errechnen.
© Fraunhofer IWM

Um zum Betrieb zugelassen zu werden, müssen die Module zwar bestimmte Normen erfüllen. Dazu werden sie in verschiedenen Versuchen hohen Temperaturen oder starken mechanischen Belastungen ausgesetzt. »Die Ergebnisse sagen aber lediglich etwas über die Robustheit eines fabrikneuen Exemplars gegenüber kurzzeitigen extremen Belastungen aus.

Für die tatsächliche Lebensdauer sind dagegen alterungsbedingte Effekte wie Materialermüdung relevant, die erst im Laufe der Zeit auftreten«, erklärt Alexander Fromm vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg.

Der Wissenschaftler arbeitet im Rahmen des vom BMU geförderten Projekts »Zuverlässigkeit von PV-Modulen II« an einem neuen Verfahren, das die Lebensdauer von Solarmodulen prognostiziert. »Bei unserem zweigleisigen Prinzip kombinieren wir reale Messdaten mit einer numerischen Simulation«, so Fromm. Dazu untersuchen die Freiburger zunächst im Feldtest, wie sich mechanische Belastungen auf die Anlage auswirken.

Denn Schneelasten, Temperaturschwankungen und Windböen erzeugen in den Modulen mechanische Spannungen beziehungsweise Dehnungen. Das führt langfristig zu einer Materialermüdung. Anfällig sind das Einbettmaterial aus Kunststoff und insbesondere die Zellverbinder – das sind dünne Bändchen aus Kupfer, über die die Solarzellen miteinander verknüpft sind. »Das ist, als würden sie eine Büroklammer immer auf und ab biegen. Irgendwann bricht sie«, erklärt Fromm.

Schon leichter Wind bewirkt Schwingung im Modul

Um die Einflüsse auf das Material erfassen zu können, haben die Forscher ein komplettes Solarmodul mit Sensoren ausgestattet, die über Widerstandsänderungen Dehnungen an der Oberfläche von Bauteilen messen. Daraus wiederum lassen sich mechanische Spannungen im Material berechnen. Bei der Auswertung stellten Fromm und sein Team fest, dass schon leichter Wind ausreicht, um im Modul eine Schwingung zu erzeugen. Diese Schwingung ist ausgeprägter, je höher die Umgebungstemperatur ist.

Darüber hinaus erhöht sich im Laufe der Zeit die Schwingungsfrequenz, da das Kunststoffmaterial durch UV-Strahlung steifer und spröder wird. »Die spannende Frage ist nun, wie sich diese Einflüsse langfristig auf die Lebensdauer der Komponenten auswirken. An dieser Stelle kommt unser Simulationstool ins Spiel«, so Fromm.

Dazu wird für das Solarmodul ein detailliertes 3D-Simulationsmodell erstellt. Auf Basis der Messergebnisse aus dem Feldtest lässt sich dann anhand von numerischen Berechnungen ableiten, wie umweltbedingte Einflüsse langfristig auf die Modulkomponenten wirken und welche mechanischen Spannungen im Material auftreten. »Wir haben anhand der Simulation beispielsweise herausgefunden, dass die UV-bedingte Versprödung eine weitaus größere Rolle bei der Materialermüdung spielt als bislang angenommen«, sagt Fromm. Um die Lebensdauer eines Moduls vorhersagen zu können, kombinieren die Forscher die Messwerte aus dem Feldversuch mit bekannten Festigkeits-Kennwerten der entsprechenden Materialien. Diese Zahlen sagen aus, ab welcher Belastung das Material voraussichtlich bricht oder sich ablöst.

Kein Massentest von der Stange

Das Verfahren ist ab sofort einsatzbereit. Um optimale und zuverlässige Prognosen zu erstellen, benötigen die Entwickler jedoch möglichst detaillierte Materialkenndaten und Informationen zur Geometrie des Moduls, das getestet werden soll. »Unser Verfahren bietet keinen Massentest von der Stange, sondern wird individuell auf den jeweiligen Kunden abgestimmt«, erklärt Fromm. Anhand ihrer Berechnungen können die Forscher dann nicht nur Aussagen zur voraussichtlichen Lebensdauer treffen. Es lassen sich auch Verbesserungspotenziale hinsichtlich Geometrie und Material aufzeigen oder die Auswirkungen von unterschiedlichen Materialien auf die mechanischen Spannungen im Modul vorhersagen.

Alexander Fromm | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2013/Oktober/lebenserwartung-von-solarmodulen-vorhersagen-7.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Nachhaltige Thermoprozesse
15.08.2018 | Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

nachricht CELEST: Neue Maßstäbe in der Energiespeicherforschung
15.08.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Im Focus: New interactive machine learning tool makes car designs more aerodynamic

Scientists develop first tool to use machine learning methods to compute flow around interactively designable 3D objects. Tool will be presented at this year’s prestigious SIGGRAPH conference.

When engineers or designers want to test the aerodynamic properties of the newly designed shape of a car, airplane, or other object, they would normally model...

Im Focus: Der Roboter als „Tankwart“: TU Graz entwickelt robotergesteuertes Schnellladesystem für E-Fahrzeuge

Eine Weltneuheit präsentieren Forschende der TU Graz gemeinsam mit Industriepartnern: Den Prototypen eines robotergesteuerten CCS-Schnellladesystems für Elektrofahrzeuge, das erstmals auch das serielle Laden von Fahrzeugen in unterschiedlichen Parkpositionen ermöglicht.

Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden weltweit hohe Wachstumsraten prognostiziert: 2025, so die Prognosen, wird es jährlich bereits 25 Millionen...

Im Focus: Robots as 'pump attendants': TU Graz develops robot-controlled rapid charging system for e-vehicles

Researchers from TU Graz and their industry partners have unveiled a world first: the prototype of a robot-controlled, high-speed combined charging system (CCS) for electric vehicles that enables series charging of cars in various parking positions.

Global demand for electric vehicles is forecast to rise sharply: by 2025, the number of new vehicle registrations is expected to reach 25 million per year....

Im Focus: Der „TRiC” bei der Aktinfaltung

Damit Proteine ihre Aufgaben in Zellen wahrnehmen können, müssen sie richtig gefaltet sein. Molekulare Assistenten, sogenannte Chaperone, unterstützen Proteine dabei, sich in ihre funktionsfähige, dreidimensionale Struktur zu falten. Während die meisten Proteine sich bis zu einem bestimmten Grad ohne Hilfe falten können, haben Forscher am Max-Planck-Institut für Biochemie nun gezeigt, dass Aktin komplett von den Chaperonen abhängig ist. Aktin ist das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen. Das Chaperon TRiC wendet einen bislang noch nicht beschriebenen Mechanismus für die Proteinfaltung an. Die Studie wurde im Fachfachjournal Cell publiziert.

Bei Aktin handelt es sich um das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen, das bei Prozessen wie Zellstabilisation, Zellteilung und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

EEA-ESEM Konferenz findet an der Uni Köln statt

13.08.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung in der chemischen Industrie

09.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kleine Helfer bei der Zellreinigung

14.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Oberflächeneigenschaften für holzbasierte Werkstoffe

14.08.2018 | Materialwissenschaften

Fraunhofer IPT unterstützt Zweitplatzierten bei SpaceX-Wettbewerb

14.08.2018 | Förderungen Preise

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics