PV-DETECT – Beschleunigte Produktentwicklung für unkonventionelle PV-Anwendungen durch fortschrittliche Zuverlässigkeitsprüfungen in Verbindung mit frühzeitiger Erkennung von Degradation

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502484
• Projekttitel Englisch: PV-DETECT – Accelerated product development for unconventional PV-applications through advanced reliability testing combined with early degradation detection

Schlüsselwörter (Englisch)

alpine photovoltaics; early failure detection; accelerated product development; reliability

Kurzbeschreibung (Deutsch)

In den Gebirgsländern Schweiz und Österreich ist die Verfügbarkeit von Freiflächen für PV-Anlagen begrenzt, weshalb PV-Anlagen auch als integrierte Lösungen in Gebäuden, Infrastrukturen, Mehrzweckanwendungen und alpinen Regionen installiert werden müssen. PV-Anlagen, die in solchen "unkonventionellen" Umgebungen betrieben werden, müssen anderen und stärkeren Belastungen standhalten als solche, die für großflächige Feldinstallationen in gemäßigten Klimazonen entwickelt wurden. Je nach Anwendung und Umgebungsbedingungen können zusätzliche Belastungen, die über die Grenzen der IEC-Normtests hinausgehen (höhere UV-Belastungen für die alpine Umgebung oder erhöhte thermische Belastungen für BIPV usw.), die Degradation von PV-Modulen beschleunigen. Um die Verbreitung von PV-Systemen in anspruchsvollen Umgebungen zu beschleunigen, müssen belastungsoptimierte Materialien, Komponenten und eine Modularchitektur ausgewählt werden, die den erhöhten Belastungen standhalten und frühzeitige Modulausfälle und unerwartete Leistungsverluste verhindern. Um eine effiziente und schnelle Produktentwicklung zu ermöglichen, sind fortschrittliche Werkzeuge zur frühzeitigen quantitativen Erkennung potenzieller Ausfälle/Degradationsmodi (ausgelöst durch erhöhte Stresseinwirkung) erforderlich. PV-DETECT zielt darauf ab, eine Methode zur frühzeitigen Erkennung von Ausfällen durch fortschrittliche Zuverlässigkeitstests in Kombination mit einer empfindlichen Degradationserkennung zu entwickeln. Diese fortschrittliche Methodik gibt den Herstellern von PV-Modulen ein Werkzeug an die Hand, mit dem sie die Entwicklung von PV-Modulen, die für bestimmte Umweltbedingungen oder Anwendungen ausgelegt sind, um einen Faktor > 3 beschleunigen können (zuverlässigere Ergebnisse in viel kürzerer Testzeit). Die vergleichende Bewertung wird es ermöglichen, die Schwächen spezifischer Modularchitekturen und Stücklistenansätze in einem sehr frühen Stadium (wenige Wochen) der Entwicklungsphase zu identifizieren. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird es möglich sein, die Möglichkeiten des Einsatzes neuer Konstruktionen und Materialien zusammenzufassen, um die Widerstandsfähigkeit des Systems gegenüber extremen Stressbedingungen zu erhöhen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

In the mountainous countries of Switzerland and Austria, the availability of open spaces for ground-based PV systems is limited, which is why PV systems also have to be installed as integrated solutions in buildings, infrastructures, multi-purpose applications and alpine regions. PV systems operating in such “unconventional” environments must withstand different and enhanced stresses than those developed for large-area field installations in moderate climates. Depending on the application and environmental conditions, additional loads beyond the limits of IEC standard tests (higher UV loads for the alpine environment or increased thermal loads for BIPV etc.) can accelerate the degradation of PV modules. In order to accelerate the spread of PV systems in demanding environments, it is necessary to select stress-optimised materials, components and a module architecture that can withstand the increased loads and prevent early/premature module failures and unexpected performance losses. To enable efficient and fast product development, advanced tools for early quantitative detection of potential failures/degradation modes (induced by increased stress impact) are required. PV-DETECT aims to develop a method for early detection of failures through advanced reliability testing combined with sensitive degradation detection. This advanced methodology provides PV module manufacturers with a tool to accelerate the development of PV modules designed for specific environmental conditions or applications by a factor > 3 (more reliable results in much shorter testing times). The comparative assessment will allow to identify the weaknesses of specific module architectures and bill-of-material approaches at a very early stage (few weeks) of the development phase. Based on these results, it will be possible to summarise the possibilities of using new designs and materials to increase the system´s resilience to extreme stress conditions.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Dans les pays montagneux comme la Suisse et l'Autriche, la disponibilité d'espaces ouverts pour les systèmes PV au sol est limitée. C'est pourquoi les systèmes PV doivent également être installés en tant que solutions intégrées dans les bâtiments, les infrastructures, les applications polyvalentes et les régions alpines. Les systèmes PV fonctionnant dans ces environnements "non conventionnels" doivent résister à des contraintes différentes et plus importantes que celles développées pour les installations de terrain sur de grandes surfaces dans des climats modérés. Selon l'application et les conditions environnementales, des charges supplémentaires dépassant les limites des essais normalisés de la CEI (charges UV plus élevées pour l'environnement alpin ou charges thermiques accrues pour le BIPV, etc.) peuvent accélérer la dégradation des modules PV. ) peuvent accélérer la dégradation des modules photovoltaïques. Afin d'accélérer la diffusion des systèmes photovoltaïques dans des environnements exigeants, il est nécessaire de sélectionner des matériaux, des composants et une architecture de module optimisés en fonction des contraintes, capables de résister aux charges accrues et de prévenir les défaillances précoces/prématurées des modules et les pertes de performance inattendues. Pour permettre un développement efficace et rapide des produits, des outils avancés pour la détection quantitative précoce des défaillances potentielles et des modes de dégradation (induits par l'impact des contraintes accrues) sont nécessaires. PV-DETECT vise à développer une méthode de détection précoce des défaillances grâce à des tests de fiabilité avancés combinés à une détection sensible de la dégradation. Cette méthodologie avancée fournit aux fabricants de modules PV un outil permettant d'accélérer le développement de modules PV conçus pour des conditions environnementales ou des applications spécifiques par un facteur > 3 (résultats plus fiables dans des temps d'essai beaucoup plus courts). L'évaluation comparative permettra d'identifier les faiblesses des architectures de modules spécifiques et des approches de nomenclature à un stade très précoce (quelques semaines) de la phase de développement. Sur la base de ces résultats, il sera possible de résumer les possibilités d'utiliser de nouvelles conceptions et de nouveaux matériaux pour augmenter la résilience du système à des conditions de stress extrêmes.