Abrasionsbeständigkeit von Oberflächenbeschichtungen

Aufgrund der Anlagerung von Stäuben und anderen Verunreinigungen auf den Oberflächen von Photovoltaikmodulen kann es zu signifikanten Energieertragsverlusten kommen. Entsprechend erfolgt üblicherweise eine Reinigung der Glasoberflächen, in besonders stark betroffenen Gebieten sogar auf täglicher Basis. Durch die regelmäßige Reinigung ergeben sich hohe mechanische Belastungen der Glasoberflächen, welche heutzutage in der Regel mit Antireflexionsbeschichtungen versehen sind. Die Schädigung dieser funktionalen Schichten durch Reinigung führt zu signifikanten, irreversiblen Ertragseinbußen, welche für Anlagenbetreiber, Investoren und Anlagen-Hersteller starke finanzielle Risiken bedeuten. Im Projekt „ROSE“ sollten definierte Prüfmethoden für die mit dem beschriebenen Problem zusammenhängenden Antireflexbeschichtungen und Reinigungsmethoden erarbeitet werden.

Das zentrale Ziel, die Erstellung einer international anschlussfähigen Spezifikation eines Prüfverfahrens zur Bewertung von Antireflexschichten (ARCs) auf Glasoberflächen solarer Energiesysteme hinsichtlich ihrer Bürstenabrasionsbeständigkeit sowie zur Bewertung von Reinigungsparametern hinsichtlich ihres Schädigungspotenzials für ARCs, wurde erreicht (siehe AP5: Vorbereitung auf die Überführung der DIN SPEC in eine internationale Norm und Öffentlichkeitsarbeit). So wurde die DIN SPEC 4867 „Reinigungsprüfverfahren für die Abrasionsbeständigkeit von Glasbeschichtungen für solare Anwendungen; Text Englisch“ erstellt und veröffentlicht. Der geplante Standard ist am 1. April 2022 als DIN SPEC 4867 „Reinigungsprüfverfahren für die Abrasionsbeständigkeit von Glasbeschichtungen für solare Anwendungen“ erschienen. Das Dokument legt Anforderungen und ein Verfahren zur Prüfung der Abrasionsbeständigkeit von Antireflexbeschichtungen auf Glasscheiben für Solaranwendungen gegen nasse rotierende Bürstenreinigung fest. Es standardisiert Laborreinigungsprüfgeräte, Verfahren und Materialien (Bürste, Waschsuspension, Prüfstaub). Durch den engen Kontakt mit den Nutzergruppen ist eine hohe Akzeptanz der Norm zu erwarten.

Die Zielvorgaben für das Projekt wurden entsprechend des Antrags erreicht: Es wurden die für die ARC-Bewertung zu verwendeten Prüfparameter ausgewählt, die Normbedingungen wurden eingegrenzt, Prüf- und Teststände wurden bewertet und optimiert und die Normungsund Öffentlichkeitsarbeit wurde erfolgreich realisiert. Wie für dieses Projekt geplant, wurden im Prüfverfahren außerdem, in einem weiterem Arbeitsmodus, Prüfbedingungen sowie systematisch variierbare Prüfparameter und Prüfparameterbereiche für eine vergleichende Bewertung von Reinigungsparametern hinsichtlich ihres Schädigungspotenzials für ARCs definiert. Es wurde eine auf die verschiedenen möglichen Probengrößen und Probenzustände (nur ARC-Glas oder ARC-Glas im Modulverbund) anwendbare Messmethode zur Bestimmung des Abrasionsgrades der ARCs mittels Reflexionsspektroskopie erarbeitet und in der DIN SPEC spezifiziert.

Es wurde mittels einer Reihe von Abrasionsversuchen bestätigt, dass das Prüfverfahren für gleiche ARCs hinreichend reproduzierbare Ergebnisse liefert, unabhängig von der Probengröße und unabhängig davon, ob das reine ARC-Glas oder das ARC-Glas in einem Solarmodulverbund geprüft wird sowie unabhängig von den im Solarmodul verwendeten Silizium-Solarzellen. Die Optimierung des Prüfverfahrens erfolgte auf Grundlage von im Rahmen des Projektes durchgeführten Parameterstudien in einer Reihe von verschiedenen Abrasionsversuchen. Dabei wurde der Einfluss von verschiedenen Parametern wie des ARC-Typs, des Bürstentyps, der Bürstengeschwindigkeit, des Anpressdrucks, der Anzahl der Bürstenüberfahren sowie des verwendeten abrasiven Mediums (verschiedene Stäube, Staub-Wasser-Suspensionen) untersucht. Außerdem wurden Daten zur ARC-Abrasion Feld generiert und mit Labordaten verglichen, die mittels des optimierten Prüfverfahrens an den gleichen Proben erzeugt wurden. Dabei hat sich eine hinreichend gute Übereinstimmung zwischen Feld- und Labordaten ergeben.