1. Microcracks og hotspots i c-Si solcelle paneler, produktions fejl
eller skader der kan opstå senere ?
Forfatter:
Karl Andreassen, Senior Advisor i fornybar energi, specialiseret i solceller og kuldebros
frie konstruktioner med 20 års erfaring på området ikke kun teoretisk, men også fra det
praktiske liv fra talrige projekter både inden for alle typer solceller og passivhus byggeri.
”hands on” erfaringer fra det virkelige liv er vigtige og grundlaget for denne korte
gennemgang af emnet microcracks og hotspots.
Dette er et forsøg på at fremme forståelsen af et ellers overset emne som først inden for
de sidste par år er aktualiseret gennem ny forskning.
Emnet bliver behandlet så visuelt som muligt og understøttes af relevante rapporter på
området. Dette er ikke en videnskabelig gennemgang, men en let indføring i emnet.

2. Microcracks kendes kun i warfer baserede produkter , det som i daglig tale kaldes krystalinske solceller ( c-Si )
Produksjonsprosessen for tradisjonelle krystallinske solceller av silisium starter med kvarts som renses til såkalt
solcellekvalitet (eng. SOG-Si), dvs. Si>99,9999% . Dette materiale skæres i tynde skiver, benævnt warfers som har en
tykkelse på ca. 0,02 cm som placeres mellem en glas forside ( typisk 3-4 mm tyk ) og en tedlar (plastprodukt) bagside.
For 20 år siden da jeg som entusiast sad ved mit eget køkkenbord og lodede mine første warfere sammen for at få en
lille pære til at lyse, var tykkelsen på en warfer ca 4 gange så stor, moderne produktionsmetoder haar fået tykkelsen ned
og dermed også råstofforbruget. Dette har sammen med andre tiltag resulteret i langt billigere solceller, men det har
også gjort warferne meget mere sårbare.
I de seneste år er der kommet meget mere fokus på de skader som en warfer kan risikere at få ved transport, og
belastninger som tryk af forskellig art. Det er relativ ny forskning som viser at problemerne er større end først antaget og
man er efter de senere års store udbygning af solceller på verdensplan, hovedsageligt med c-Si paneler blevet mere
opmærksomme på både det tab i effektivitet som det forårsager og de potentielle følgeskader det kan medføre.
ISFH (Institute for Solar Energy Research Hamelin) og TÜV Rheinland har udført flere tests som med tryksensorer i
paller på lastbiler og belastnings tests som viser en klar sammenhæng mellem transport og antallet af microcracks, men
også mellem belastninger på panelerne fra tryk og sug over tid efter disse er monteret på bygningerne.

3. Snølast eller andre store påvirkninger som stærk vind kan bøye
den tynne top glass ned og dette har typisk størst innvirkning
langs kantene
Billeder fra eget test lab i DK
Microcracks kan opstå som trykskader.

4. Celle fri for skader Produktionsfejl Produktionsfejl Skade fra last på glas
Transport skade Last skade Fejl fra produktion Typisk tryk skade
Microcracks kan normalt kun opdages ved røntgen fotografering, da det er micro størrelser, så kan man ikke med
det menneskelige øje se disse skader. Alle seriøse producenter røngentfotograferer hvert enkelt panel der går ud
fra deres produktion og kan dokumenterer microcrack frie paneler, når de går ud af fabriks porten, men det siger
intet om hvordan panelerne har det efter transporten, typisk fra Asien og frem til et tag i Skandinavien.
Hvad der sker på taget i forbindelse med montage og ved senere belastninger fra vejret er en helt anden ting og
kan kun kontrolleres ved en løbende kontrol ved brug af termografi kameraer.

5. Hvad er så problemet med microcracks. Helt små microcracks er i hovedregel ikke problematiske og mange er helt
naturlige som resultat af spændinger i materialet, disse vil ikke have nogen betydning, allerhøjest en mindre
nedgang i panelets effektivitet.
Der hvor problemerne opstår er når revnerne er lidt større, og her skal man huske at vi taler om revner som ikke er
synlige for det menneskelige øje.
Det der sker i warferen er at elektronerne forsøger at hoppe over revnen og dermed sker der en svejseproces.
Denne proces udvikler varme og derfor kan denne type revner opdages med termografi fotografering af panelerne.
Populært sagt, jo større revne, jo større hop for elektronerne og jo større varmeudvikling.
Noget som har ændret sig med tiden er at inverterne som omdanner DC fra panelerne til AC som går videre til
elnettet, med tiden har fået MPP trackere. Disse sørger for en optimal udnyttelse af DC strømmen ved at presse
panelerne til optimal ydelse. En kæmpe fordel for produktionen, men ekstra hårdt for en warfer med et microcrack.
MPP trackeren gør altså svejseprocessen større.
Fokus på warfers med micro revner er blevet større efter fremkomsten af små droner med termografi kameraer.
På billerne nedenfor ses en stor solcellepark som efter en overflyvning er kommet under nærmere inspektion.
Sådanne resultater har naturligt sat fokus på problemet og ligeledes øget forskningen i de sidste par år.

6. Efter det øgede fokus på microcracks er flere og flere private og ejere af mindre solcelle anlæg begyndt at få
deres anlæg kontroleret. Ikke mindst i Tyskland som jo er verdens største solcelle land målt på installeret Wp
er der kommet gang i en mere systematisk kontrol.
Skal man så være ovenud bekymret for disse revner. Nej ikke umiddelbart, men det er vigtigt at følge med i
udviklingen inde i de installerede paneler. Som det kan ses på nedenstående termograferinger, så er graden
af revnernes størrelse synlig på billederne.
Små revner som kun har en mindre betydning for strømproduktionen lyser ikke så klart op som de warfere der
er begyndt at blive ”kriminelle” og har potentiale til at udvikle et hotspot.
Hvis der er udsigt til at revnen kan udvikle sig til et hotspot skal der reageres og panelet skal udskiftes før det
udvikler sig til noget som kunne blive til en brand.
Næste side omhandler hotspots.
Nedenfor vises eksempler på warfer der har hotspot potientiale og den gradsforskel som warfere kan have i
revne størrelse. Læg mærke til at termograferingen foregår med en let vinkling, der er min og andres erfaring
at man får de bedste resultater ved et termograferings vinkel på 15-20 grader i forhold til panelet.

7. Når først revnen i warferen er blevet stor
nok og ”svejsningen” har foregået over tid
nok, så begynder tedlar bagsiden af
panelet at give efter for varmen, som kan
blive ganske intens.
Uovervåget foregår denne nedbrydning
dag efter dag, for til sidst at bryde
igennem bagsiden. Illustreret her er
forskellige stadier af hotspots.
Nederst ses resultatet hvis der har lagt
sig blade, kviste eller andet brændbart på
bagsiden af panelerne, feks. en
fuglerede. Det er naturligvis i
ekstremerne, men det er set forekomme i
flere tilfælde.
Med den nye viden på området vil
anbefalingen være at få kontrolleret
solcelle anlæg af typen c-Si med jævne
mellemrum og visuelt kontrollere at der
ikke sker ophobning bag panelerne.

8. Har man c-Si paneler monteret er anbefalingen at få disse efterset med
faste intervaller. Hvis man ved første inspektion ser tegn på begyndende
skader, bør det følges nøje feks. en gang om året. Ser panelerne ikke ud
til at have tegn til problemer, er det anbafalings værdigt at få kontrolleret
panelerne hver 2. – 3. år.
Der findes overvågnings muligheder som er automatiske og som
overvåger alle typer DC fejl. Her fås de såkaldte ADU moduler som kan
monteres på DC kablerne som kommer fra panelerne frem til inverteren.
Disse vil afgive en akustisk alarm i tilfælde af ”støj på kablet” altså hvis
der er optræk til en svejsning proces et sted i systemet.
Disse vil også opdage hvis der er skader på kabler eller stik.
ADU modulet kan ligeledes slå Fire Switchen fra automatisk.
En automatisk fire switch på DC siden af et solcelle anlæg bør altid være
installeret. Når DC stømmen brydes tæt på solcellerne er skaden
standset før den udvikler sig katastrofalt, men er også en sikkerhed for
brandfolk som skal arbejde på en bygning med solceller, således at der
ikke er ”levende” DC kabler at forholde sig til under et evt.
slukningsarbejde.

9. Et naturligt spørgsmål som ofte
bliver stillet, er om micro revner
også opstår i tyndfilmsmoduler
som feks. CIGS teknologien.
Her er svaret nej.
Det er en fuldstændig anden
måde at fabrikere solceller på
som er en deponering af 4
grundstoffer på en bagside af
typisk 3 mm hærdet glas.
Selve påføringen af de 4
grundstoffer sker med laser og
brændes som sådan fast på
glas bagsiden.
Herefter monteres front glasset
ligeledes af hærdet glas.
Skal et hotspot opstå i denne
type paneler vil det kræve en
direkte fysisk påvirkning som
efterlader sig et visuelt synligt
hul i glasset.
Da bagsiden er af glas og
dermed ikke kan smelte som
tedlar på c-Si moduler er der
ingen fare for påvirkning af det
ydre miljø.

10. Baggrunds materiale for denne gennemgang foruden ved personlig erfaringer:
1.
CRACK STATISTIC OF CRYSTALLINE SILICON PHOTOVOLTAIC MODULES
M. Köntges1, S. Kajari-Schröder1, I. Kunze1, U. Jahn2
1Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH), Am Ohrberg 1, D-31860 Emmerthal, Germany
2.
Passive and ActiveThermographic Assessment as a Tool for Condition-BasedPerformance Monitoring of
Photovoltaic Modules
Department of Production Engineering and Management,School of Engineering,Faculty of Materials, Processes and
Engineering,Democritus University of Thrace,Vas. Sofias 12, Central University Campus,Building I,
Xanthi 67100, Thrace, Greece
3.
Origin and Consequences of (Micro)-Cracks in Crystalline Silicon Solar modules
M. Köntges, I. Kunze, S. Kajari-Schröder
Institute for Solar Energy Research Hamelin
4.
DEALING IN PRACTICE WITH HOT-SPOTS
R. Moretón, E. Lorenzo, J. Leloux, J.M. Carrillo
Instituto de Energía Solar – Universidad Politécnica de Madrid, Photovoltaic Systems Group, EUITT, Madrid, Spain
WebPV, Madrid Spain
5.
Solar Cell Microcracks Are Inevitable
Kent Kernahan, Peter Curzon, Marc Stewart
idealPV FOZHS
Alt materiale kan rekvireres og tilsendes elektronisk ved henvendelse til :
Karl Andreassen ka@sologvind.no tlf: +47 94008978

11. Det var en lille snip af hvad emnet
indeholder, i simple vendinger,
men vil du have mere indsigt, så
tilmeld dig kurset på solcelle
utdanningen som certificeret
solcellemontør.