Repair Solutions for PV Modules with Cracked Backsheets

Abstract

Der Übergang zu sauberen, erneuerbaren Energiequellen ist eine dringende globale Priorität, und die Photovoltaik (PV) steht an der Spitze dieses Wandels. Mit den rasant steigenden Installationsraten wird erwartet, dass PV-Systeme zu einer tragenden Säule der kohlenstoffarmen Energieerzeugung werden. Technologische Fortschritte haben zwar die Effizienz der Module verbessert, jedoch können Probleme mit der Rückseitenfolie die Lebensdauer der Module verkürzen. Risse in diesen Rückseitenfolien können die elektrische Isolierung beeinträchtigen, Sicherheitsrisiken darstellen und potenziell zu Wechselrichterabschaltungen führen, was wiederum Leistungsverluste zur Folge hat.Diese Arbeit untersucht mehrere Methoden zur Reparatur von Rückseitenfolien, darunter zwei spezielle Beschichtungen (eine auf Polyurethanbasis und eine auf Silikonbasis) sowie eine Lösung mit PVC-Klebeband, die auf rissige Module angewendet wurden. Um die Wirksamkeit der einzelnen Ansätze zu bewerten, wurden die reparierten Module einem beschleunigten Alterungstest unterzogen, der aus Feuchte-Wärme- und Temperaturwechselzyklen bestand, um herausfordernde Betriebsbedingungen zu simulieren. Die Effektivität der Rissfüllung wurde mittels Licht- und Ultraschallmikroskopie sowie ATR-Infrarot-Bildgebung (ATR-IR) untersucht, während mit Infrarotspektroskopie chemische Veränderungen und Degradationen an der Oberfläche überwacht wurden. Die silikonbasierte Beschichtung erwies sich als am langlebigsten, während die Polyurethan-Beschichtung und das PVC-Klebeband Risse zeigten und den Isolationswiderstandstest nicht bestanden. Während des Alterungstests wurden nur geringe chemische Veränderungen beobachtet. Das PVC-Klebeband konnte tiefe Risse nicht füllen, während sowohl die Silikon- als auch die Polyurethan-Beschichtungen diese effektiv füllten, wie durch ATR-IR und Lichtmikroskopie nachgewiesen wurde. Die elektrische Isolierung und Leistung wurden durch Isolationswiderstands- und I-V-Messungen analysiert. Elektrolumineszenzmessungen zeigten keine signifikanten Unterschiede in der Zelldegradation zwischen den Reparaturmethoden.

The transition to clean, renewable energy sources is a pressing global priority, and photovoltaics (PV) stand at the forefront of this shift. With rapidly increasing installation rates, PV systems are expected to become a cornerstone of low-carbon power generation. However, while technological advancements have enhanced module efficiency, backsheet related issues can lead to a shortened lifespan of the module. Cracks in these backsheets can compromise electrical insulation, posing safety risks and potentially causing inverter shutdowns, which leads to performance losses.This thesis investigates multiple backsheet repair methods—including two specialized coatings (one polyurethane-based and one silicone-based) and a PVC tape solution—applied to cracked modules. To evaluate the effectiveness of each approach, the repaired modules were subjected to an accelerated aging test comprising damp heat and temperature cycling to simulate challenging operational conditions. Crack-filling efficacy was assessed by light and ultrasonic microscopy and ATR-IR imaging, while infrared spectroscopy was used to monitor chemical changes and degradation on the surface. The silicone-based coating was the most durable, while the polyurethane-based coating and PVC tape exhibited cracking and failed the insulation resistance test. Only minor chemical changes were observed during aging. The PVC tape was unable to fill deep cracks, whereas both silicone and polyurethane coatings effectively filled them, as evidenced by ATR-IR and light microscopy. Electrical insulation and performance were analyzed through insulation resistance and I-V-measurements, respectively. Electroluminescence measurements revealed no significant differences in cell degradation across the repair methods.