Solarmodule sind elektrische Geräte, die permanent dem Wetter ausgesetzt sind. Dass sich niemand an ihnen einen elektrischen Schlag holt und dass sie mindestens 20 Jahre zuverlässig Strom produzieren, gewährleisten DIN-Normen.
Einer soliden PV-Anlage, installiert nach den anerkannten Regeln der Technik, kann so leicht nichts anhaben. Den PV-Modulen auf dem Dach sollten Temperaturwechsel, Regen, Windböen, Schnee und Hagel in der Regel nichts ausmachen. Weder senkt das ihre Leistung, noch ihre elektrische Sicherheit. Dass das so ist, das stellen Normen sicher, nach denen Solarmodule geprüft werden.
Sicherheitsnorm IEC 61730 ist Grundlage für CE-Kennzeichen
Für die elektrische Sicherheit im Betrieb gilt die internationale Norm IEC 61730. In dieser sind eine Reihe von Tests definiert, die mehrere Solarmodule einer Produktserie durchlaufen. Dazu werden Module in Klimakammern gepackt und über Stunden Hitze, Frost oder Feuchtigkeit ausgesetzt. So soll ein beschleunigte Alterung simuliert werden. Sie werden UV-Licht ausgesetzt und mit Hagelkörnern beschossen. Zu den Tests gehören im Einzelnen:
- Sichtprüfung
- Isolationsprüfung unter trockenen und nassen Bedingungen
- Hagelprüfung (mit Eisbällen von 25 mm Durchmesser und einer Geschwindigkeit von 25 m/s)
- mechanische Belastungsprüfung (bei 2.400 Pascal)
- Überprüfung der auf dem Datenblatt angegebenen Leistung und Temperaturkoeffizienten
- Temperaturprüfung der Bypass-Diode(n)
- UV-Prüfung
- Prüfung der mechanischen Widerstandsfähigkeit der Modulanschlüsse
- Hot-Spot-Prüfung (das Modul wird beleuchtet aber einzelne Bereiche verschattet, um zu sehen, ob es zu Kurzschlüssen in Zellen oder an Zellverbindern kommt)
- Temperaturwechselprüfung (Thermal-cycling-Test, ausgeführt in einer Klimakammer mit Temperaturen zwischen -40 und + 85 Grad Celsius)
- Feucht-Frost-Prüfung (Humidity-freeze-Test, ausgeführt in einer Klimakammer bei Temperaturen zwischen -40 und +85 Grad Celsius und 85 Prozent relativer Luftfeuchte)
- Feuchte-Wärme-Prüfung (Damp-Heat-Test, ausgeführt in einer Klimakammer über 1.000 Stunden bei 85 Grad Celsius und 85 Prozent relativer Luftfeuchte)
Nach den Prüfungen erfolgt noch einmal die Isolationsprüfung im Wasserbad. Bestehen die Module diese am Schluss, gilt als sichergestellt, dass sie im Betrieb jederzeit berührt werden können, ohne dass Gefahr für einen elektrischen Schlag besteht. Die erfolgreiche Prüfung nach IEC 61730 ist auch Voraussetzung, damit ein Hersteller das CE-Kennzeichen an Module der gleichen Serie anbringen kann. Ohne CE-Kennzeichen (CE steht für Conformité Européenne – Europäische Konformität) darf kein Produkt in der Europäischen Union verkauft werden.
Produktnorm IEC 61215 für zuverlässigen Betrieb über 20 Jahre
Neben der Sicherheitsnorm IEC 61730 gibt es die Produktnorm für Solarmodule, die IEC 61215. Sie soll sicherstellen, dass ein Modul mindestens 20 Jahre zuverlässig Strom produziert. Das Modul soll weder nennenswert an Leistung einbüßen, noch sollen Defekte auftreten, die seine Funktion beeinträchtigen. Die ältesten Solarmodule haben zwar längst bewiesen, dass sie auch nach 30 Jahren noch etwa so viel Strom produzieren wie nach ihrer Inbetriebnahme. Solarmodule werden heute aber nicht mehr wie vor 30 Jahren gefertigt: Es gibt kontinuierlich Veränderungen in der Zell- und Modultechnologie und bei den Produktionsmaterialien. Sobald ein Hersteller seine Module verändert und eine neue Serie auf den Markt bringt, braucht er ein neues Zertifikat – die bisherigen gelten nicht für eine neue Serie.
Die Produktnorm enthält zum Großteil dieselben Prüfungen wie die IEC 61730, insgesamt aber ein paar weniger. Zwei Prüfungen enthält nur die IEC 61215:
- die dynamische mechanische Belastungsprüfung, bei der das Modul mit einem Druck von 1.000 Pascal 1.000 Mal im Wechsel angesogen und niedergedrückt wird, um Windsog und Schneelast im Wechsel zu simulieren.
- Und die Leistungsüberprüfung bei niedriger Bestrahlung und unter natürlichen Bedingungen über längere Zeit. Hier geht es darum festzustellen, ob Module nach Inbetriebnahme an Leistung verlieren, ehe sich diese auf einem niedrigeren Wert stabilisiert. Eine solche Art der Leistungsdegradation zeigten in der Vergangenheit Fabrikate unterschiedlicher Hersteller, so dass ein solcher Test der Norm hinzugefügt wurde.
Angewendet wird die Produktnorm sowohl auf Module aus kristallinem Silizium als auch auf Dünnschichtmodule. Lediglich für Konzentratormodule, die im Sonnengürtel der Erde installiert werden, gibt es eine eigene Produktnorm – die IEC 62108.
Alle Normen für Solarmodule werden regelmäßig überarbeitet und die Prüfungen auf ihre Zweckdienlichkeit abgeklopft. In Fachkreisen besteht Einigkeit, dass die Sicherheitsnorm IEC 61730 zuverlässig ist: Solarmodule, die erfolgreich die Tests bestehen, sind elektrisch sicher und bleiben es im Betrieb.
Umstritten ist dagegen, ob die Prüfungen der Produktnorm IEC 61215 genügen – ob sie die Belastungen, denen ein Modul in 20 Jahren ausgesetzt ist, realistisch abbilden. Die einzelnen Prüfungen werden nicht alle an den zu prüfenden Modulen vollzogen, sondern auf verschiedene Module einer Testreihe aufgeteilt. Kritiker fordern, dass alle Prüfungen an den zu prüfenden Modulen vorzunehmen sind, um den Einfluss der Witterung über 20 Jahre besser simulieren zu können oder dass die einzelnen Prüfungen stärker aufeinander abgestimmt werden, um die realen Bedingungen unter freiem Himmel besser abzubilden. Auch zeigen sich in Laboren und im Feld neue Mechanismen des Leistungsabfalls, denen nicht sofort durch verschärfte oder neue Tests in der Produktnorm entsprochen wird. Denn die Diskussion in den Normungsgremien erstreckt sich in der Regel über mehrere Jahre, ehe ein neuer Norm-Entwurf vorgelegt wird.
Akkreditierte Labore prüfen, akkreditierte Stellen zertifizieren
Die IEC-Prüfungen nehmen akkreditierte Labore vor – in Deutschland etwa der Tüv Rheinland oder das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE). Auf Basis der Prüfberichte stellen von den Laboren unabhängige, zugelassene Stellen die Zertifikate aus. Beim Tüv Rheinland ist das eine Tochterfirma; die Ergebnisse vom Fraunhofer ISE zertifziert das VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut.
Dass ein Modul nach IEC 61310 zertifiziert ist, steht in der Regel auf dem Typenschild am Modul und auf dem Datenblatt, meist neben dem obligatorischen CE-Kennzeichen. Die Hersteller nennen häufig auch das Prüflabor, dass nach dem IEC-Standard getestet hat. Ein Zertifikat nach IEC 61215 müssen Hersteller beim Verkauf ihrer Module nicht vorweisen. Es ist aber Standard, dass ein Modul auch nach der Produktnorm geprüft und zertifiziert wird.
Fazit: Normen für Solarmodule stellen ihre elektrische Sicherheit im Betrieb sicher und sollen ihre Zuverlässigkeit über 20 Jahre belegen. Dazu müssen Module definierte Prüfungen durchlaufen.
