Kontrolle-Elektrolumineszenz-Verfahren: Solarmodule röntgen und Mikrorisse aufspüren

Die auf dem Datenblatt versprochene kWp Nennleistung ist nur dann über Jahrzehnte abrufbar, wenn die feinen Siliziumstrukturen im Inneren der Photovoltaik-Module absolut unversehrt sind. In der Praxis sind Solaranlagen jedoch von der Fabrik bis zum Hausdach massiven Belastungen wie Transporterschütterungen, Schneedruck, heftigem Hagelschlag oder unsachgemäßer Montage ausgesetzt. 

Die fatale Folge: Es entstehen Schäden, die mit dem bloßen Auge auf der schützenden Glasoberfläche schlichtweg nicht zu erkennen sind. Um diese unsichtbaren Leistungsfresser aufzudecken, hat sich das Kontrolle-Elektrolumineszenz-Verfahren (kurz: EL-Prüfung) als absoluter Goldstandard in der Branche etabliert. Es fungiert als eine Art "Röntgenbild" für Solarmodule und macht die verborgene Zellgesundheit bis in die feinsten Kontaktfinger sichtbar.

Um das Prinzip der Elektrolumineszenz zu verstehen, muss man die Physik einer Solarzelle umkehren. Im normalen Tagesbetrieb absorbieren die Halbleiter-Dioden der Zelle das Sonnenlicht und wandeln es in elektrischen Gleichstrom um. 

Bei der Elektrolumineszenz-Prüfung wird dieser Prozess umgedreht. Die PV-Module werden "rückwärts bestromt" – es wird also gezielt eine elektrische Spannung an die Solarzellen angelegt. Durch die zugeführte Energie beginnen die intakten Photozellen physikalisch im Nahinfrarotbereich schwach zu leuchten. Sie verhalten sich in diesem Moment exakt wie gewöhnliche Leuchtdioden (LEDs). 

Da dieses Leuchten für das menschliche Auge unsichtbar und zudem sehr schwach ist, muss die Messung zwingend in absoluter Dunkelheit stattfinden. Hochauflösende Spezialkameras mit Nahinfrarot-Sensoren fangen diese Lumineszenz ein und generieren daraus ein detailreiches Bild. Der entscheidende Punkt bei der Auswertung: Fehlerhafte, gebrochene oder inaktive Bereiche der Solarzelle können nicht leuchten und erscheinen auf den EL-Bildern als tiefschwarze, dunkle Flächen.

Während konventionelle Ertragsmessungen am Wechselrichter (oder sogenannte Flash-Tests im Labor) nur anzeigen, dass ein Modul weniger Leistung bringt, zeigt das Kontrolle-Elektrolumineszenz-Verfahren auf den Millimeter genau, warum und wo der Fehler liegt.

Die hochauflösenden Aufnahmen detektieren zuverlässig:

• Mikrorisse (Snail Trails): Feinste Haarrisse im Siliziumwafer, die oft durch Hagelschlag, Stürme oder unsachgemäßen Transport (z. B. durch starkes Aufsetzen der Paletten) entstehen.
• Zellbrüche und partielle Abrisse: Mechanische Zerstörungen, bei denen ganze Zellteile vom Stromfluss abgeschnitten sind.
• Fehlerhafte Lötkontakte bei Neuware: Ein massives Problem, das oft unterschätzt wird. Die EL-Aufnahmen offenbaren häufig fehlerhafte Lötkontakte an fabrikneuen Photovoltaikmodulen. Ohne diese Prüfung würden Betreiber die Anlage jahrelang mit einem unsichtbaren Produktionsfehler betreiben.
• Systematische Degradations-Fehler: Die tückische, potenzialinduzierte Degradation (PID), die durch Leckströme bei hohen Systemspannungen entsteht, lässt sich mit diesem Verfahren ebenfalls zweifelsfrei visualisieren.

Wenn mechanische Risse den Stromfluss blockieren, leitet das Modul die Energie der gesunden Zellen durch diesen Flaschenhals. Es entstehen immense elektrische Widerstände, die sich stark erhitzen und schnell zu lebensgefährlichen Hot-Spots führen können.

Die Elektrolumineszenz-Prüfung kommt über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage zum Einsatz. Dabei hat sich die Technologie in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt:

Renommierte Modulhersteller haben Elektrolumineszenz-Kameras fest in ihre Fertigungslinien integriert, um beschädigte Wafer noch vor der Auslieferung auszusortieren. Zudem nutzen unabhängige Prüflabore oder Testcenter abgedunkelte Räume, um Stichproben bei Großlieferungen oder beim Handel mit gebrauchten PV-Modulen durchzuführen. Hier werden die Module einzeln an Stromquellen angeschlossen und unter idealen Laborbedingungen abgelichtet.

Früher war der Nachweis von Sturmschäden extrem teuer, da die Solarmodule vom Dach demontiert und ins Labor geschickt werden mussten. Das ist heute nicht mehr nötig. Dienstleister können installierte Anlagen in der Nacht direkt auf dem Dach oder im Solarpark prüfen. 

Da die Umgebung komplett dunkel sein muss, rücken die Techniker nach Sonnenuntergang an. Der String wird rückwärts bestromt. Anschließend fliegen spezielle Hochleistungsdrohnen, die mit Nahinfrarot-Kameras ausgestattet sind, GPS-gesteuert über die Anlage. So lassen sich in nur einer Nacht tausende Module in großen Freiflächenanlagen oder schwer zugängliche Dachanlagen auf Industriegebäuden lückenlos "röntgen".

Eine Überprüfung durch unabhängige Dienstleister auf Herz und Nieren ist eine lohnende Investition in die Wertanlage Photovoltaik. In folgenden Szenarien raten Experten dringend zu einem EL-Test:

• Direkt nach der Inbetriebnahme: Um unsichtbare fehlerhafte Lötkontakte der Neuware aufzudecken oder Montagefehler (z. B. durch Begehen der Module durch die Handwerker) sofort reklamieren zu können.
• Nach Unwettern: Nach einem starken Hagelereignis ist die EL-Prüfung das einzige Mittel, um unsichtbare Mikrorisse nachzuweisen. Spezialisierte Gutachter nutzen diese Aufnahmen, um ein ausführliches Gutachten für die Versicherung zu erstellen.
• Vor Ablauf der Gewährleistung: Im laufenden Betrieb genügt oft eine Überprüfung alle fünf Jahre, sofern die Anlage nicht stetig im Monitoring überwacht wird.

Die meisten Anbieter führen die Outdoor-EL nachts durch, da das Umgebungslicht als Störquelle minimiert wird. Es gibt aber auch Verfahren wie das DaySy-Verfahren vom Solarzentrum Stuttgart, um dieses Störsignal zu mitigieren und EL-Inspektionen direkt tagsüber bei vollem Tageslicht durchzuführen.

Das patentierte DaySy-Verfahren nutzt eine hochauflösende Spezialkamera mit einer optischen und elektronischen Filtertechnik (oft in Kombination mit einer Modulation des eingespeisten Stroms). Die Kamera filtert das störende Tageslicht gezielt heraus und erfasst isoliert nur das infrarote Lumineszenzleuchten der Zellen.

Auf den so entstehenden Aufnahmen leuchten intakte Bereiche der Solarzelle hell. Defekte Stellen, Mikrorisse (z. B. durch Hagel oder Transportschäden) oder inaktive Zellbereiche leiten den Strom nicht korrekt bzw. strahlen kein Licht ab und zeichnen sich auf dem Bild als dunkle oder schwarze Flecken und Linien ab. Da das Tageslicht elektronisch "ausgeblendet" wird, ist das Fehlerbild auch bei strahlender Sonne glasklar erkennbar.

Was ist das Kontrolle-Elektrolumineszenz-Verfahren? 
Es ist ein bildgebendes Diagnoseverfahren für Solarmodule. Dabei wird Strom rückwärts in das PV-Modul eingespeist, wodurch die intakten Solarzellen anfangen, im Nahinfrarotbereich schwach zu leuchten. Fehlerhafte oder gebrochene Stellen bleiben dunkel und werden durch eine Spezialkamera als schwarze Defekte (ähnlich einem Röntgenbild) sichtbar gemacht.

Warum reicht eine normale Leistungsmessung oder Sichtprüfung nicht aus? 
Normale Ertragsmessungen zeigen nur, dass ein Modul weniger Strom produziert, aber nicht warum. Eine Sichtprüfung auf dem Dach schlägt fehl, da Mikrorisse oder fehlerhafte Lötkontakte, die teils schon bei fabrikneuen Modulen auftreten, mit dem bloßen Auge unter dem Glas nicht erkennbar sind.

Müssen die Module für die Elektrolumineszenz-Prüfung vom Dach abgebaut werden? 
Nein. Während man Module früher in Dunkelkammern von Testcentern prüfen musste, gibt es heute die "Outdoor-Elektrolumineszenz". Dienstleister können die Prüfung mit speziellen Kameras (oft an Drohnen montiert) direkt an der installierten Anlage durchführen – dies muss jedoch zwingend in der Nacht bei absoluter Dunkelheit geschehen.

Wann sollte ich meine Solaranlage mit Elektrolumineszenz prüfen lassen? 
Eine Prüfung ist besonders sinnvoll direkt nach der Neuinstallation (um Montage- oder Produktionsfehler aufzudecken), nach einem starken Hagelereignis für das Schadensgutachten der Versicherung, oder kurz vor Ablauf der gesetzlichen Handwerker-Gewährleistung.