Umgang mit dem Hotspot-Effekt in Photovoltaikmodulen
Der Hotspot-Effekt bei Photovoltaikmodulen ist ein häufiges Problem, das durch mehrere Faktoren verursacht wird. Es gibt entsprechende vorbeugende Maßnahmen, die ergriffen werden können:
Ursachen des Hot-Spot-Effekts
- Schattierung: Wenn Teile der Zellen eines Photovoltaikmoduls beschattet werden (durch Blätter, Staub, Vogelkot usw.), können diese Zellen in Sperrrichtung vorgespannt werden, was zu Stromverbrauch und lokalen Temperaturanstiegen führt. Diese angestaute Wärme kann zu Hotspots führen und Zellen oder Verkapselungsmaterialien beschädigen.1118
- Interne Defekte: Qualitätsprobleme in den Zellen, wie z. B. interne Defekte oder schlechte Lötstellen, können ebenfalls zum Hotspot-Effekt führen. Diese Probleme führen während des Betriebs zu einem ungewöhnlich hohen Widerstand, was zu erhöhtem Stromverbrauch und lokaler Erwärmung führt.4
- Schlechtes Moduldesign: Bei unzureichender Konstruktion von Photovoltaikmodulen, wie beispielsweise eng beieinander liegenden Zellen oder falscher Anordnung, kann es zu Verschattung und der Entstehung von Hotspots kommen.111819
Auswirkungen des Hotspot-Effekts
- Verringerte Modulleistung: Der Hotspot-Effekt reduziert die Leistungsabgabe beschatteter Zellen erheblich und beeinträchtigt die Gesamtleistung des Photovoltaikmoduls. Experimentelle Daten zeigen, dass Hotspot-Effekte die Spitzenleistung um etwa 10% reduzieren können.2
- Sicherheitsrisiken: Länger anhaltende Hotspot-Effekte beschleunigen die Modulalterung und können Brände auslösen, was ein Sicherheitsrisiko für Photovoltaikkraftwerke darstellt.19
Vorbeugende Maßnahmen
- Bypass-Dioden installieren
- Funktionsprinzip: An beiden Enden jedes Zellstrangs ist eine Bypass-Diode parallel geschaltet. Wenn eine abgeschattete Zelle in Sperrrichtung vorgespannt wird, leitet die Diode, schließt den abgeschatteten Teil kurz und reduziert den durchfließenden Strom, wodurch die Wärmeentwicklung verringert wird.123
- WirkungsüberprüfungSimulationen und Praxistests zeigen, dass der Einbau von Bypassdioden die Spannung auf beiden Seiten der beschatteten Zellen deutlich reduzieren kann. Dadurch wird ein übermäßiger Stromfluss verhindert und Hotspot-Effekte effektiv kontrolliert. Experimentelle Daten zeigen, dass mit eingebauten Bypassdioden die Stromreduzierung signifikant ist und die maximale Leistungsminderung 5% nicht überschreitet.2
- Photovoltaikanlagen durchdacht planen
- Abstand zwischen Arrays: Bei der Planung von Photovoltaikanlagen ist es wichtig, auf entsprechende Abstände zwischen den Feldern zu achten, um eine gegenseitige Verschattung zu vermeiden.23
- Stützhöhe: Die Höhe der Stützrahmen muss, insbesondere in bewachsenen Bereichen, entsprechend ausgelegt werden. Regelmäßige Pflege ist notwendig, um übermäßiges Wachstum und damit Schattenbildung zu vermeiden.3
- Umgebung: Berücksichtigen Sie bei der Planung und dem Bau von Photovoltaikanlagen die Umgebung, um zu verhindern, dass Gebäude die Solaranlagen beschatten.2
- Betriebs- und Wartungsmanagement
- Regelmäßige Reinigung: Reinigen Sie die Oberflächen von Photovoltaikmodulen regelmäßig, um Staub und Schmutz zu entfernen und so die Entstehung von Hotspots zu verringern.23
- Fehlererkennung: Nutzen Sie Infrarot-Erkennung und elektrische Messungen, um den Betriebszustand von Photovoltaikmodulen regelmäßig zu überprüfen und Hotspot-Probleme umgehend zu erkennen und zu beheben. Die Infrarot-Erkennung ermöglicht die präzise Erkennung von Hotspots und die automatische Berichterstellung, was die Entscheidungsfindung des Wartungspersonals erleichtert.
- Innovative Präventionsstrategien
- In-Serie-Widerstände: Durch den Einbau von Widerständen in Zellstränge kann die Sperrspannung der Hotspot-Zellen aufgeteilt werden, wodurch sowohl Leistungsverlust als auch Temperatur reduziert werden. Die entwickelte Schutzschaltung umfasst Spannungskomparatoren, Leistungs-MOSFETs, Dioden und Spannungsteilerwiderstände zur effektiven Kontrolle von Hotspot-Effekten.7
- Optimieren Sie die Topologie von Photovoltaikanlagen: Durch die Optimierung der Topologie von Photovoltaikanlagen, beispielsweise durch die Reihenschaltung kompatibler Solarmodule oder die Umstrukturierung des Anlagenlayouts über Schaltkreise, können Verschattungs-Hotspot-Effekte gemildert werden.4
Abschluss
Um den Hotspot-Effekt effektiv zu verhindern und zu kontrollieren, ist ein vielschichtiger Ansatz erforderlich. Hersteller sollten ihre Produktionsprozesse streng steuern, um qualitativ hochwertige Zellen und Module sicherzustellen. Anwender sollten bei der Beschaffung zuverlässige Zellhersteller wählen. Die Anlagenplanung sollte eine sinnvolle Anordnung zur Vermeidung von Verschattungen vorsehen. Regelmäßige Reinigung und Überwachung im Rahmen des Wartungsmanagements sollten durchgeführt werden, um Störungen umgehend zu beheben.
Innovative Strategien wie Reihenwiderstände und optimierte Topologien für Photovoltaikanlagen sind zwar teurer, können Hotspot-Effekte jedoch wirksamer kontrollieren und so die Stromerzeugungseffizienz und Zuverlässigkeit von Photovoltaiksystemen verbessern.
