Mit Bassanlagen Solaranlagen verstehen lernen

Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Colorado forscht seit mehr als 40 Jahren an innovativen erneuerbaren Energietechnologien. Nun wollen sie mit der absichtlichen Zerstörung von Photovoltaik-Modulen die Entwicklung weiter vorantreiben.
Testverfahren für Photovoltaik-Module

Solarbetriebene Anlagen produzieren umweltfreundlich Grünstrom und helfen dabei, den CO2-Ausstoß zu minimieren. Vor allem punkten sie aber mit ihrer Lebensdauer. Schließlich können die Stromproduzenten unglaubliche 30 bis 40 Jahre lang Haushalte mit sauberer Energie versorgen. Abhängig ist die tatsächliche Lebensdauer aber freilich von der Qualität der einzelnen Komponenten. Und diese müssen einiges aushalten. Schließlich sind Solaranlagen 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche, 52 Wochen im Jahr der Natur und ihren Kräften ausgesetzt. Extreme Temperaturen, Starkregen, Hagel, Blitz und Donner sind dabei keine Seltenheit.

Doch welche Bedingungen setzen den Grünstromerzeugern am meisten zu? Dieser Frage gehen nun Forscher*innen des National Renewable Energy Laboratory in Amerika nach. Sie wollen herausfinden, wie und wann sich PV-Module verschlechtern, wenn sie jahrzehntelang im Freien installiert sind. PV-Entwickler*innen weltweit könnten von den Erkenntnissen dazu profitieren und noch bessere und vielleicht sogar langlebigere Module entwickeln. Wie sie das anstellen: Sie unterziehen Photovoltaik-Module einem ganz besonderen Testverfahren, indem sie sie absichtlich extremen Wetterbedingungen aussetzen. So könnte dem Team zufolge die präzise Vorhersage von Leistung und tatsächlicher Lebensdauer möglich gemacht werden.

Stress-Test für PV-Module

Die getesteten Module werden dabei allerdings nicht im Freien installiert, sondern in einer der unzähligen Umweltkammern des NREL. Schließlich könnte es eine Zeit dauern, bis die gewünschten Wetterbedingungen eintreten. Also: ab in die Kammer und frühzeitig Hinweise auf mögliche Ausfälle erhalten. Die Module werden dabei unter simulierten und beschleunigten Bedingungen getestet – sprich: Feuchtigkeit, Wärme, elektrische Vorspannung, weißes Licht, ultraviolettes (UV) Licht und extreme Windverhältnisse. Vor allem Letzteres kann zu deutlichen Ertragseinbußen führen. Daher stehen die Auswirkungen von starkem Windaufkommen auf die PV-Module derzeit ganz oben auf der Agenda der Forschungseinrichtung.

Neues Testverfahren: Beschallung für Photovoltaik-Module

Denn auch wenn es nicht immer zum Äußersten kommen muss und komplette Solaranlagen vom Dach oder Feld gefegt werden, so können stärkere Vibrationen sehr wohl erhebliche Schäden hinterlassen. Auch dann, wenn es nicht immer gleich auf den ersten Blick erkennbar ist. Das NREL-Team untersucht daher in Zusammenarbeit mit Kolleg*innen des Electric Power Research Institute (EPRI), wie bereits kleinste Risse in den Solarzellen die Grünstromproduktion einschränken und zu möglichen Leistungsverlusten führen. Hierfür wendet sich das Team einem ganz besonderen Testverfahren für Photovoltaik-Module zu.

Denn: Ansonsten gängige Zuverlässigkeitstests wurden bis dato mit Hilfe von Computermodellen ausgewertet. Allerdings stellte sich schnell heraus, dass diese Methode zur Simulation windbedingter Verformungen zu aggressiv war. Sprich: Sie entspricht kaum den realen Bedingungen in der Natur. Die Forscher*innen brauchten also ein neues Modell für die Prüfung derartiger Schäden und entschieden sich für ein ganz besonderes Forschungsinstrument: einen Subwoofer. Das ist ein Lautsprecher, der die Töne in tiefen Frequenzen verstärkt und der sonst eher im Wohnzimmer als im Labor zu finden ist.

Tiefe Töne, zuverlässige Testergebnisse

Die Solaranlagen werden für den Test in einen großen Holzrahmen eingespannt und mit leistungsfähigen Lautsprechern ausgestattet. Diese wiederum beschallen die PV-Module mit schnellen Impulsen von sogenannten Infraschallwellen. Die Frequenz von Infraschall liegt unterhalb von 16 Hertz und ist für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar. Infraschall kommt in der natürlichen Umgebung vor, wird aber eben auch künstlich erzeugt. So soll herausgefunden werden, wie die Solarzellen auf den äußeren Einfluss reagieren, wo und wann in einer Zelle Effizienzverluste auftreten. Das Beste: Laut dem Forscher*innenteam imitiert dieses Testverfahren der Photovoltaik-Module die Wirkung jahrelanger Außeneinwirkung – und zwar in nur wenigen Stunden oder Tagen.

Wie die Module tatsächlich auf die Beschallung reagiert haben, wurde bis jetzt noch nicht mitgeteilt. Laut dem NREL-Forscher*innenteam sollen die Ergebnisse allerdings schon bald veröffentlich werden. In Hinblick auf die Zunahme heftiger Wetterereignisse wie Sommergewitter und Winterstürme sind solch wetteroptimierten Solaranlagen jedoch sicherlich eine wichtige Entwicklung.

✅ TEXT: SANDRA RAINER
✅ FOTOS: UNSPLASH / Raphael Cruz
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