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Blitztests

Blitztests für die elektrische Charakterisierung von Photovoltaikmodulen

Wie leistungsfähig eine Solarzelle oder ein Photovoltaikmodul ist, lässt sich anhand seiner Strom-Spannungs-Kennlinie untersuchen. Bei einem Blitztest, auch Flash-Test genannt, wird der Prüfling während eines definierten Lichtimpulses elektrisch vermessen. Aus der Kennlinie können unter anderem Kurzschlussstrom, Leerlaufspannung und maximale Leistung bestimmt werden.

Für aussagekräftige Ergebnisse müssen Beleuchtung, Prüflingstemperatur und elektrische Messung aufeinander abgestimmt sein. Auch die Eigenschaften der jeweiligen Zelltechnologie beeinflussen, welcher Impulsverlauf und welches Messverfahren geeignet sind. Die IEC 60904-1 beschreibt Verfahren zur Messung von Strom-Spannungs-Kennlinien photovoltaischer Bauelemente.

BF Engineering ist Ihr Ansprechpartner für die strahlungstechnische Auslegung und die Abstimmung mit der vorgesehenen Prüfumgebung. Anforderungen an Blitzquelle, Messtechnik und Automatisierung werden zu Beginn des Projekts gemeinsam festgelegt.

Elektrische Eigenschaften nachvollziehbar vergleichen

Blitztests können zur Charakterisierung von Zellen und Modulen sowie für Vergleichsmessungen vor und nach einer Belastungsprüfung eingesetzt werden. Dadurch lässt sich beispielsweise untersuchen, ob sich die elektrische Leistung nach einer definierten Alterungssequenz verändert hat.

Die Prüfaufgabe bestimmt den erforderlichen Messumfang. Für eine reine Vergleichsmessung sind andere Abläufe möglich als für eine rückführbare Leistungsmessung mit ausgewiesener Messunsicherheit. Prüflingsgröße, Zelltechnologie und gewünschte Auswertung werden deshalb bereits bei der Planung berücksichtigt.

Typische Einsatzbereiche:

Elektrische Charakterisierung von Solarzellen und PV-Modulen
Vergleich unterschiedlicher Modulvarianten
Ausgangs- und Abschlussmessungen bei Alterungsprüfungen
Bewertung von Leistungsänderungen nach definierten Belastungen
Wiederkehrende Vergleichsmessungen in Entwicklung und Qualitätssicherung

Die Beleuchtung auf den elektrischen Messablauf abstimmen

Ein geeigneter Lichtimpuls muss über den für die Messung benötigten Zeitraum ausreichend definierte Bedingungen bereitstellen. Dabei sind Impulsdauer, zeitlicher Verlauf und nutzbares Messfenster gemeinsam mit der Kennlinienaufnahme zu betrachten.

Die erforderliche Impulsdauer hängt auch vom dynamischen Verhalten des Prüflings ab. Kapazitive Effekte können die Kennlinienmessung beeinflussen, wenn der elektrische Messablauf nicht zur Zelltechnologie passt. Eine möglichst kurze Belichtung ist deshalb nicht automatisch die beste Lösung.

Wichtige Auslegungsgrößen:

Impulsdauer und nutzbares Messfenster
Zeitlicher Verlauf der Bestrahlungsstärke
Ausleuchtung der gesamten aktiven Prüffläche
Synchronisation zwischen Lichtimpuls und elektrischer Messung
Eignung für die vorgesehene Zell- und Modultechnologie

Mehr als einen einzelnen Leistungswert erfassen

Die Strom-Spannungs-Kennlinie beschreibt das elektrische Verhalten des Prüflings unter den jeweiligen Messbedingungen. Neben der maximalen Leistung liefert sie weitere Kennwerte, die für Entwicklungsvergleiche und die Bewertung von Veränderungen hilfreich sind.

Damit Ergebnisse vergleichbar bleiben, werden die zugehörigen Bedingungen mitgeführt. Dazu gehören insbesondere die Temperatur, die Bestrahlungsstärke und der Zustand des Prüflings. Werden Ergebnisse auf andere Referenzbedingungen umgerechnet, müssen die dafür verwendeten Verfahren und Parameter dokumentiert werden.

Typische Kennwerte und Dokumentationsgrößen:

Maximale Leistung und zugehöriger Arbeitspunkt
Kurzschlussstrom
Leerlaufspannung
Füllfaktor der Strom-Spannungs-Kennlinie
Temperatur, Bestrahlungsbedingungen und verwendetes Auswerteverfahren

Beleuchtungsqualität und Messkette gemeinsam bewerten

Für die Bewertung eines Sonnensimulators sind die spektrale Übereinstimmung, die räumliche Ungleichmäßigkeit und die zeitliche Instabilität der Bestrahlung wesentlich. Diese Merkmale werden in der IEC 60904-9 getrennt betrachtet und klassifiziert. Eine Klassifizierung setzt entsprechende Messungen voraus.

Zur Qualität des gesamten Blitztests tragen zusätzlich Referenzsensorik, Temperaturerfassung, elektrische Kontaktierung und Datenauswertung bei. Auch Unterschiede zwischen der spektralen Empfindlichkeit von Referenzzelle und Prüfling müssen bei Bedarf berücksichtigt werden.

Wichtige Aspekte der Messqualität:

Spektrale Eigenschaften der Beleuchtung
Räumliche Verteilung der Bestrahlungsstärke
Zeitliche Stabilität während der Kennlinienaufnahme
Kalibrierte Referenzsensorik und geeignete Temperaturmessung
Elektrische Kontaktierung und nachvollziehbare Messunsicherheit

Optik, Prüflingshandling und Messtechnik koordinieren

Ein Flash-Prüfplatz verbindet die Lichtquelle mit einer definierten Prüflingsaufnahme und einer synchronisierten elektrischen Messung. Positionierung und Kontaktierung müssen so gestaltet sein, dass wiederkehrende Prüfungen zuverlässig durchgeführt werden können.

Bei der Projektplanung werden die benötigte Prüffläche, der gewünschte Durchsatz und die vorhandene Messtechnik gemeinsam betrachtet. BF Engineering stimmt die strahlungstechnischen Anforderungen mit den beteiligten Mess- und Anlagenpartnern ab.

Für die Integration relevant:

Prüflingsabmessungen und wiederholbare Positionierung
Kontaktierung und Anbindung an die Kennlinienmesstechnik
Triggerung und Synchronisation des Messablaufs
Zuordnung von Prüflingskennung und Messergebnissen
Schutzkonzept, Bedienung und Wartungszugänglichkeit

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