LONGis Shading Optimizer begrenzt Leistungsverluste durch zellbasierte Verschattungsbehandlung

Teilweise Verschattung ist bei vielen Solarinstallationen unvermeidlich. Der Shading Optimizer von LONGi nutzt das Weak Conduction Design seiner Rückkontakt-Technologie HPBC 2.0, um die elektrische Reaktion einzelner Zellen bei Verschattung zu verändern. Dies reduziert Leistungsverluste und lokale Erwärmung. TÜV Rheinland-Tests verzeichneten um bis zu 60°C niedrigere Hot-Spot-Temperaturen als bei den getesteten TOPCon-Modulen, während der TÜV Rheinland für verschiedene Hi-MO X10-Modulserien eine Verschattungsresistenz der Klasse A und A+ bestätigte. Die Ergebnisse zeigen, was dies für den Energieertrag, die Modultemperaturen und den langfristigen Betrieb auf dem Dach bedeutet.

Teilverschattung ist ein elektrisches und ein physikalisches Problem

Blätter, Staub, Schnee und Vogelkot können einzelne Zellen vorübergehend bedecken, während Schornsteine, Bäume, Lüftungssysteme und andere Dachstrukturen feste oder bewegliche Schatten werfen. Die verschattete Fläche selbst mag klein sein, aber ihre elektrische Auswirkung kann beträchtlich größer sein.

Solarzellen innerhalb eines Moduls sind miteinander verschaltet. Wenn eine Zelle oder ein Teil einer Zelle weniger Sonnenlicht erhält, erzeugt sie weniger Strom als die beleuchteten Zellen um sie herum. Diese Fehlanpassung kann den Ertrag stärker reduzieren als die physisch verschattete Fläche. Unter bestimmten Bedingungen kann die betroffene Zelle auch in den Sperrbetrieb getrieben werden und elektrische Energie als Wärme abgeben, wodurch ein Hot-Spot entsteht.

Die Rückkontakt-Architektur von HPBC 2.0 liefert die elektrische Grundlage für den Shading Optimizer von LONGi. Da sich sowohl die positiven als auch die negativen Kontakte auf der Rückseite der Zelle befinden, ermöglicht die Architektur eine Stromführung über alternative Pfade. LONGi integriert sein Weak Conduction Design und Soft Breakdown Design in die HPBC 2.0-Zellstruktur, wodurch einzelne Zellen eine Funktion ähnlich einer Bypass-Diode erhalten. Bei herkömmlichen Modulen kann eine Bypass-Diode den Stromfluss um eine ganze Gruppe von miteinander verbundenen Zellen umleiten, wenn eine Zelle verschattet ist und den Stromfluss einschränkt. Infolgedessen können selbst Zellen, die vollständig dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, vorübergehend keine Energie mehr erzeugen. Der Shading Optimizer von LONGi adressiert dieses Problem auf Zellebene. Anstatt eine ganze Gruppe von Zellen zu umgehen, bietet er einen alternativen Weg für den Strom, die betroffene Zelle zu durchlaufen, selbst wenn diese Zelle weniger Sonnenlicht erhält. Dies ermöglicht es den umliegenden, nicht verschatteten Zellen, weiterhin Strom zu erzeugen, wodurch der Gesamtleistungsverlust reduziert wird. Gleichzeitig begrenzt der alternative Leitweg den Aufbau von Wärme in der verschatteten Zelle und reduziert so das Risiko von Hot-Spots.

TÜV Rheinland bestätigt Klasse A und A+ Verschattungsresistenz für Hi-MO X10 Module

Der TÜV Rheinland hat für zwei Hi-MO X10 Modulserien nach der Prüfspezifikation 2 PfG 2926/01.23 eine Verschattungsresistenz der Klasse A bestätigt. Eine weitere Modulserie, LR7-54HJBB, erreichte nach der aktualisierten Spezifikation 2 PfG 2926/05.25 die Klasse A+. Diese unabhängigen Bewertungen verifizieren die Verschattungsresistenz der jeweiligen Moduldesigns unter definierten Testbedingungen.

In vergleichenden Tests unter identischen Verschattungsbedingungen untersuchte der TÜV Rheinland auch das thermische und elektrische Verhalten von HPBC 2.0 und TOPCon Modulen. Lokale Temperaturen überschritten bei den getesteten TOPCon-Modulen 160°C, während HPBC 2.0 bei etwa 100°C blieb, mit Hot-Spot-Temperaturen um bis zu 60°C niedriger. HPBC 2.0 zeigte unter den gleichen Bedingungen auch eine signifikant geringere Leistungsdämpfung.

CPVT-Tests zeigen 72% geringeren Leistungsverlust bei Hi-MO X10 unter einseitiger Zellverschattung

Separate Tests des China National Center of Supervision and Inspection on Solar Photovoltaic Product Quality (CPVT) quantifizierten die Auswirkungen auf die Modulleistung. Bei 50% Verschattung einer einzelnen Zelle verzeichnete Hi-MO X10 einen durchschnittlichen Leistungsverlust von 10,15%, verglichen mit 36,48% bei den getesteten TOPCon-Modulen. Dies entspricht einem etwa 72% geringeren Leistungsverlust unter der getesteten Verschattungsbedingung.

Der Vergleich verdeutlicht einen wichtigen Unterschied. Ein gewisser Energieverlust ist unvermeidlich, wenn ein Teil einer Zelle kein Sonnenlicht mehr erhält. Die durch die verschattete Zelle verursachte elektrische Fehlanpassung kann jedoch den Ertrag über die physisch verschattete Fläche hinaus reduzieren.

Der Shading Optimizer wurde entwickelt, um diese weiterreichenden elektrischen Auswirkungen zu begrenzen und mehr von dem unverschatteten Teil des Moduls weiterhin zur Stromerzeugung beizutragen.

Shading Optimizer reduziert auch thermischen Stress bei Teilverschattung

Über die Reduzierung von Leistungsverlusten hinaus adressiert der Shading Optimizer auch die thermischen Folgen von Teilverschattungen. Anhaltende oder starke Hot-Spots können zusätzliche Belastungen für die Modulmaterialien bedeuten, den Abbau beschleunigen und die langfristige Zuverlässigkeit beeinträchtigen.

Vergleichende Freilandversuche liefern ein greifbares Beispiel. In einem LONGi-Freilandvergleich in Xi'an wurden zwei Module nebeneinander installiert, wobei die Einstrahlung für Hi-MO X10 bei 871,7 W/m² und für die TOPCon-Referenz bei 867,0 W/m² gemessen wurde. Nach zehn Minuten gezielter Verschattung erreichte die gemessene Hot-Spot-Temperatur 67,5°C bei Hi-MO X10 und 161,2°C beim getesteten TOPCon-Modul, ein Unterschied von 93,7°C. Ein zweiter Vergleich ergab nach zehn Minuten 70,2°C für Hi-MO X10 gegenüber 161,2°C für TOPCon.

Diese Freilandvergleiche sind getrennt von den kontrollierten Tests des TÜV Rheinland, zeigen aber das gleiche Muster: HPBC 2.0 begrenzt den starken lokalen Temperaturanstieg, der auftreten kann, wenn ein Teil eines Moduls verschattet ist.

Niedrigere Hot-Spot-Temperaturen helfen, eine Brandrisikoquelle zu adressieren

Starke Hot-Spots sind nicht nur ein Problem für Leistung und Zuverlässigkeit. Wenn lokale Temperaturen übermäßig ansteigen, können sie Modulmaterialien beschädigen und Bedingungen fördern, die das Brandrisiko erhöhen. Durch die Begrenzung des Temperaturanstiegs bei Teilverschattung hilft der Shading Optimizer von LONGi, eine potenzielle Quelle für Überhitzung innerhalb des Moduls zu adressieren.

Diese präventive Funktion ist unabhängig von der Feuerwiderstandsfähigkeit eines Moduls, die von seinen Materialien, seiner Konstruktion und seiner Leistung in speziellen Brandtests abhängt. LONGi kombiniert beide Ansätze in seinem Hi-MO X10 Guardian Fire-Resistant Modul. Neben der Hot-Spot-Kontrolle von HPBC 2.0 verfügt das Modul über feuerbeständiges Glas und flammhemmende Materialien.

Seine Brandleistung wurde nach mehreren internationalen und europäischen Normen bewertet und erreichte in verschiedenen Aspekten der Brandsicherheit hohe Klassifizierungen. Nach UL 790 erhielt das Modul vom TÜV Rheinland die zertifizierte Klasse A, die höchste Bewertung für Beständigkeit gegen externe Feuerbelastung. Das Modul wurde auch nach IEC 61730-2 MST 23 auf Brandverhalten geprüft. In Europa erreichte es die Klasse B nach EN 13501-1, was einen sehr begrenzten Beitrag zum Brand bedeutet. Klasse B gilt derzeit als die höchstmögliche praktisch erreichbare Bewertung für herkömmliche PV-Module. Das Modul hat auch Tests für B_ROOF(t4) nach EN 13501-5 bestanden, die höchste Klassifizierung nach der t4-Methode zur Bewertung der Leistung von Dachsystemen, die externer Feuerbelastung ausgesetzt sind. Die endgültige Klassifizierungsbescheinigung wird derzeit bearbeitet. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse eine starke Brandleistung über komplementäre Sicherheitsanforderungen hinweg.

Verschattungsleistung als Maß für die Modulresilienz

Mit der zunehmenden Verbreitung von Solaranlagen auf gewerblichen, industriellen und privaten Dächern bleibt Teilverschattung eine häufige Betriebsbedingung, die durch die Systemplanung nicht immer vermieden werden kann. Wie ein Modul unter diesen Bedingungen reagiert, ist daher für die Beurteilung seines erwarteten Energieertrags und seiner langfristigen Zuverlässigkeit von Bedeutung.

Der Shading Optimizer von LONGi zeigt, warum Verschattungsresistenz bei der Bewertung von Solartechnologien mehr Aufmerksamkeit verdient. Über die Nennleistung und Effizienz unter Standardtestbedingungen hinaus ist die Fähigkeit eines Moduls, auch unter weniger idealen Bedingungen Leistung zu erbringen, ein wichtiger Faktor für den langfristigen Wert einer PV-Anlage.

Mehr über die Hi-MO X10 Serie, die auf HPBC 2.0 und Shading Optimizer Technologie basiert.