Die Erzeugung elektrischer Energie mittels Photovoltaik erlangt weltweit immer mehr an Bedeutung. PV-Module mit angestrebten Lebenszeiten von mehr als 20 Jahren kommen hierfür zum Einsatz. Über diesen Zeitraum stehen die in PV-Modulen verwendeten Materialien in Wechselwirkung mit der sie umgebenden Atmosphäre. O2 und H2O diffundieren in die Kunststoffeinkapselung und führen zu Degradationseffekten wie Oxidation oder Hydrolyse. Für eine exakte Gebrauchsdaueranalyse bzw. Lebensdauerabschätzung sind die Kenntnis und das Verständnis von Absorptions- und Diffusionsvorgängen über die Zeit von grundlegender Bedeutung. Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Eintrags von Gasen aus der Atmosphäre in PV-Module, wobei der Fokus auf H2O liegt. Auf Grund der messtechnisch ungünstigen Geometrie von PV-Modulen, der langen Lebenszeit und der Schwierigkeit O2 bzw. H2O in Polymere zerstörungsfrei zu messen, wurde ein Kombination aus Messungen auf Materialebene und FEM-basierter Simulation gewählt. Auf diese Weise konnte der Feuchteeintrag in PV-Module unter unterschiedlichen Klimabedingungen über eine geplante Lebensdauer von 20 Jahren berechnet werden. Zusätzlich wurde die Feuchtebelastung während beschleunigter Bewitterungstests untersucht und die Ergebnisse mit denen der Freibewitterung verglichen.
Abstract
Electricity production based on photovoltaics is gaining more and more in importance. PV-modules are used worldwide with an assumed lifetime of at least 20 years. During this time polymers used in such applications interact with O2 and H2O from the ambient atmosphere. These gases are absorbed by the polymers and can cause oxidation and hydrolysis effects. Therefore, the understanding of absorption and diffusion processes over time are of fundamental importance for a reliable life time analysis. This thesis deals with the investigation of the ingress of atmospheric gases into PV-modules with a special focus on water vapour. By reason of PV-module geometry, the long life time and the difficulty to measure the amount of absorbed gases in polymeric materials, a combination of measurements and FEM-based simulation was used. In this way the ingress of water vapour into PV-modules was calculated over a planned life time of 20 years. But also the ingress during accelerated weathering tests and their influence on water ingress was part of the numerical simulations done.
