PolymAERA - Entwicklung zuverlässiger Gebrauchstauglichkeitsprüfungen für Polymere in der Anwendung als Rückseitenisolierung in Photovoltaikmodulen "Polymere müssen viele Jahre halten"

Abstract

Seit Mitte der 2010er Jahre häufen sich Berichte über das vorzeitige Versagen von Rückseitenfolien in Photovoltaik (PV)-Modulen. Betroffen sind verschiedene Materialklassen wie Polyamid (PA), PVDF (Polyvinylidenfluorid), Poly-ethylenterephthalat (PET) und Polypropylen (PP). Allein für PA-basierte Folien wird die in Deutschland verbaute Leistung auf 2–4 GWp geschätzt. Besonders kritisch: Die betroffenen Module stammten mehrheitlich von renommierten Herstellern und bestanden alle damals vorgeschriebenen Qualitätsprüfungen anstandslos. Das Schadenpotenzial wurde auf mehrere Milliarden Euro beziffert. Die Ursache liegt primär nicht in Fertigungsfehlern, sondern in einer grund-legenden Unzulänglichkeit der damals gültigen internationalen Prüfstandards, die keine zuverlässige Vorhersage der Langzeittauglichkeit über 20–25 Jahre ermöglichten. Hier setzt das WIPANO-Forschungsprojekt PolymAERA an. Ziel war die Entwicklung eines praxistauglichen, materialunabhängigen Testverfahrens zur zuverlässigen Qualifizierung von PV-Modul-Rückseitenfolien. Das Konsortium bestand aus den Forschungsinstituten HI ERN, ZSW und Fraunhofer CSP, der Hochschule Anhalt sowie dem Modulhersteller HQC. Im Projektverlauf wurden Fehlerbilder systematisch katalogisiert, relevante Prüfkörper auf Material-, Coupon- und Minimodulebene definiert und gebaut sowie eine umfassende Analytik evaluiert, darunter Peeltests, Zugdehnungsprüfungen, YI, elektrische Isolationsmessungen und Leistungsmessungen, Elektrolumineszenz sowie spektroskopische Methoden (FTIR, DSC, Py-GC-MS). Ein essenzieller initialer Befund: Die Wechselwirkung zwischen Rückseitenfolie und Einkapselungsmaterial ist entscheidend - ein reiner Materialtest der Folie allein ist nicht ausreichend. Als zentrales Ergebnis wurde eine kombinierte Prüfsequenz entwickelt und in einem Labor-Ringversuch (Round Robin) mit vier Partnerlaboren validiert. Die Sequenz kombiniert Feuchte-Wärme (DH), UV-Bestrahlung, Temperaturwechsel (TC) und Feuchte-Frost (HF) in mehreren Zyklen. Das bekannte Problemmaterial AAA (Polyamid) versagte erwartungsgemäß mit charakteristischer Rissbildung, während andere Materialien differenzierte Degradationsmuster zeigten. Die Labore erzielten konsistente, vergleichbare Ergebnisse, welche den Felderfahrungen sehr nahekommen. Die Projektergebnisse wurden in die überarbeitete VDE SPEC 90027 (Edition 1.1, März 2026) eingearbeitet. Diese enthält erstmals eine standardisierte Prüfmethodik für neue Module sowie Pass/Fail-Kriterien. Die Erkenntnisse fließen zukünftig in die internationale Normungsarbeit ein - insbesondere in die IEC 62788-2/-2-1 und die IEC 61730-Serie. Das Projekt leistete damit einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung der Langzeitzuverlässigkeit von PV-Modulen, damit auch PV-Parks, zur Senkung der Stromgestehungskosten (LCOE) und zur Stärkung der europäischen Industrie im internationalen Wettbewerb durch z.B. verbesserte Qualitätstests.