RACONT2050 – Zuverlässigkeit und Vergleich neuer PV-Technologien in Anlagensystemen

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502264
• Projekttitel Englisch: RACONT2050 – Reliability and comparison of new pv technologies in systems

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Das Solarpotenzial auf Schweizer Dächern und Fassaden ist gross (67 TWh/Jahr, SFOE-2019). Neue PV-Technologien ermöglichen es, die architektonische Integration (BIPV) mit innovativen Produkten voranzutreiben. Allerdings müssen die Themen Zuverlässigkeit und Sicherheit angegangen werden, um das Risiko im Bausektor zu verringern. Zu diesem Zweck wird eine Reihe innovativer BIPV-Produkte, die sich noch in der frühen Markteinführungsphase befinden, unter Nenn- und beschleunigten Bedingungen im Innen- und Außenbereich an repräsentativen Modellen getestet. Die Untersuchung der Ausfallmodi und die Analyse der Ursachen werden es ermöglichen, die Zuverlässigkeit unter verschiedenen klimatischen Bedingungen vorherzusagen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Solar potential on Swiss roofs and façades is large (67TWh / y, SFOE-2019). New PV technologies allow to stimulate architectural integration (BIPV) with innovative products. However, it is necessary to face the thematics of reliability and safety in order to reduce the risk in the building sector. For this purpose, a set of innovative BIPV products at the early stages on the market, will be tested, in nominal and accelerated conditions, indoors and outdoors on representative mock-ups. The study of failure modes and the analysis of the causes will make it possible to predict reliability in different climatic conditions.

Schlussbericht (Deutsch)

Das Projekt RACONT2050 untersucht die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit marktüblicher kristalliner Silizium-Photovoltaik-(PV)-Technologien unter realen Betriebsbedingungen. Die rasche Innovation bei PV-Modulen, wie neue Zellarchitekturen (PERC, TOPCon, HJT) und der Einsatz neuer Materialien, hat zu höheren Wirkungsgraden geführt, gleichzeitig aber auch neue und bislang nicht vollständig verstandene Risiken hinsichtlich der Langzeitzuverlässigkeit eingeführt. Aufbauend auf dem Erbe der historischen TISO-10-Anlage etabliert das Projekt eine repräsentative experimentelle Plattform in der Schweiz, um diese Technologien systematisch zu vergleichen und Langzeitdaten bis 2050 zu generieren.

Zur Adressierung dieser Herausforderungen wurde eine 132 kWp PV-Anlage auf zwei Dächern des USI/SUPSI-Campus in Viganello installiert. Dabei kommen sieben moderne Modultechnologien von fünf Herstellern in zehn unabhängig überwachten Hochvolt-Strings (bis zu 1500 V) zum Einsatz. Ein ergänzendes Niedervolt-Referenzsystem wurde in Trevano neben der ursprünglichen TISO-Anlage von 1982 aufgebaut, wodurch sowohl technologische als auch historische Vergleiche ermöglicht werden. Das Projekt kombiniert detaillierte Labortests mit kontinuierlichem Feldmonitoring und entwickelt fortschrittliche Diagnosewerkzeuge, insbesondere ein innovatives Dark-I–V-Messsystem, das Fehler und Degradationsmechanismen auf String-Ebene erkennen kann. Dieser integrierte Ansatz ermöglicht die Demonstration moderner PV-Technologien, die Bewertung der Frühzuverlässigkeit, die Analyse von Systeme?ekten (z. B. Spannung und Verschattung) sowie den Aufbau einer langfristigen Monitoring-Plattform.

Die Ergebnisse zeigen, dass die meisten Technologien in der frühen Betriebsphase zuverlässig funktionieren, wobei die Degradationsraten im Allgemeinen innerhalb der Herstellergarantie liegen. Dennoch wurden klare Unterschiede zwischen den Technologien festgestellt. TOPCon-Module zeigten die beste Gesamtleistung und erzielten höhere Energieerträge als sowohl PERC- als auch HJT-Technologien. Im Gegensatz dazu wiesen HJT-Module eine deutlich höhere Frühdegradation sowie materialbedingte Probleme auf, was die Bedeutung unabhängiger Tests vor einer grossflächigen Einführung unterstreicht. Weitere Ergebnisse umfassen eine systematische Überschätzung der Modulleistung durch Hersteller, vereinzelte mechanische Ausfälle wie Glasbruch sowie betriebliche Herausforderungen im Zusammenhang mit 1500 V Komponenten. Insgesamt zeigte das System eine hohe Leistungsfähigkeit mit starken Performance Ratios über alle Technologien hinweg.

Schlussbericht (Englisch)

The RACONT2050 project investigates the performance and reliability of main-stream crystalline silicon photovoltaic (PV) technologies under real operating conditions. Rapid innovation in PV modules, such as new cell architectures (PERC, TOPCon, HJT) and the use of new materials, has led to higher efficiencies but also introduced new and not yet fully understood risks related to long-term reliability. Building on the legacy of the historic TISO-10 installation, the project establishes a large-scale experimental platform in Switzerland to systematically compare these technologies and generate long-term data up to 2050.

To address these challenges, a 132 kWp PV system was installed on two rooftops of the USI/SUPSI campus in Viganello, deploying seven state-of-the-art module technologies from five manufacturers across ten independently monitored high-voltage (up to 1500 V) strings. A complementary low-voltage reference system was built in Trevano alongside the original 1982 TISO installation, enabling both technological and historical comparisons. The project combines detailed laboratory testing with continuous field monitoring and develops advanced diagnostic tools, most notably a novel dark I–V measurement system capable of detecting faults and degradation mechanisms at string level. This integrated approach enables the demonstration of modern PV technologies, the evaluation of early-stage reliability, the assessment of system-level effects (e.g. voltage and shading), and the establishment of a long-term monitoring platform.

The results show that most technologies perform reliably in their early operational phase, with degradation rates generally within manufacturers’ warranty limits. However, clear differences between technologies were observed. TOPCon modules demonstrated the best overall performance, achieving higher energy yields than both PERC and HJT technologies. In contrast, HJT modules showed significantly higher early degradation and some material-related issues, highlighting the importance of independent testing before large-scale deployment. Additional findings include a systematic overestimation of module power ratings by manufacturers, occasional mechanical failures such as glass breakage, and operational challenges related to high-voltage system components. Overall system performance was high, with strong performance ratios across all technologies.

Take-Home Messages

1. TOPCon technology currently delivers the best overall performance, confirming the ongoing technological shift in photovoltaics, providing a robust basis for investment and support decisions within Switzerland’s Energy strategy 2050.
2. Some module technologies show higher early degradation and reliability risks - linked to issues such as glass breakage and cell interconnection failures - highlighting the importance of independent testing and early field testing to reduce risks in the large-scale expansion of PV capacity in Switzerland.
3. A novel string-level dark I–V diagnostic tool was developed and validated for high-voltage (1500 V) PV systems, demonstrating strong potential for early fault detection and improved system reliability, with future implementation planned in follow-up projects.
4. The RACONT2050PV demonstration system provides a high-resolution reference installation and dataset for long-term comparison, degradation analysis, benchmarking, and follow-up projects, supporting innovation, system design, quality assurance, and evidence-based decision-making in Switzerland’s energy transition.

Zugehörige Dokumente

• Final Report [PDF] 9'875 kB

Schlussbericht (Französisch)

Le projet RACONT2050 évalue les performances et la fiabilité des technologies photovoltaïques (PV) au silicium cristallin couramment disponibles sur le marché dans des conditions d'exploitation réelles. Les innovations rapides dans le domaine des modules photovoltaïques, telles que les nouvelles architectures de cellules (PERC, TOPCon, HJT) et l'utilisation de nouveaux matériaux, ont permis d'augmenter les rendements, mais ont également introduit de nouveaux risques, encore mal compris à ce jour, en matière de fiabilité à long terme. S'appuyant sur l'héritage de l'installation historique TISO-10, le projet met en place une plateforme expérimentale représentative en Suisse afin de comparer systématiquement ces technologies et de générer des données à long terme jusqu'en 2050.
Pour relever ces défis, une installation photovoltaïque de 132 kWc a été installée sur deux toits du campus USI/SUPSI à Viganello. Sept technologies de modules modernes provenant de cinq fabricants sont utilisées dans dix chaînes haute tension (jusqu'à 1 500 V) surveillées indépendamment. Un système de référence basse tension complémentaire a été mis en place à Trevano, à côté de l'installation TISO d'origine datant de 1982, ce qui permet d'effectuer des comparaisons tant technologiques qu'historiques. Le projet combine des tests de laboratoire détaillés avec une surveillance continue sur le terrain et développe des outils de diagnostic avancés, notamment un système innovant de mesure Dark-I–V capable de détecter les défauts et les mécanismes de dégradation au niveau des chaînes. Cette approche intégrée permet de démontrer les technologies photovoltaïques modernes, d'évaluer la fiabilité précoce, d'analyser les effets du système (par exemple, la tension et l'ombrage) et de mettre en place une plateforme de surveillance à long terme.
Les résultats montrent que la plupart des technologies fonctionnent de manière fiable au cours de la phase initiale d'exploitation, les taux de dégradation se situant généralement dans les limites de la garantie du fabricant. Des différences marquées ont toutefois été constatées entre les technologies. Les modules TOPCon ont affiché les meilleures performances globales et ont généré des rendements énergétiques supérieurs à ceux des technologies PERC et HJT. À l'inverse, les modules HJT ont présenté une dégradation précoce nettement plus importante ainsi que des problèmes liés aux matériaux, ce qui souligne l'importance de tests indépendants avant une mise en œuvre à grande échelle. D'autres résultats font état d'une surestimation systématique de la puissance des modules par les fabricants, de défaillances mécaniques isolées telles que des bris de verre, ainsi que de défis opérationnels liés aux composants de 1 500 V. Dans l'ensemble, le système a démontré une grande efficacité avec des ratios de performance élevés pour toutes les technologies.