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Neuentwicklungen aus und für die Industrie

fraunhofer10132Solarmodule sind diversen Umwelteinflüssen ausgesetzt, die über die Jahre das Material ermüden. Fraunhofer Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die Wirkung dieser Einflüsse langfristig berechnen lässt. Dies erlaubt zuverlässige Lebensdauerprognosen. Sensoren messen dabei die Dehnungen, die an Solarmodulen entstehen. Aus diesen Daten lässt sich dann deren Lebensdauer errechnen. Bei dem zweigleisigen Prinzip werden reale Messdaten mit einer numerischen Simulation kombiniert.

Dazu untersuchen die Freiburger Forscher 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.

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 stellte man 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. Wie sich diese Einflüsse langfristig auf die Lebensdauer der Komponenten auswirken, ermittelt nun ein Simulationstool.

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. 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. Das Verfahren ist ab sofort einsatzbereit.


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