Kaum sichtbar, aber erhebliche Auswirkungen

Insbesondere bei Glas-Glas-Laminaten hat man in der jüngsten Vergangenheit vermehrt Glasbrüche auf der Modulrückseite festgestellt. Ein Phänomen, was anscheinend eine gewisse Dynamik entwickelt und eng mit der Glasqualität und anderen Faktoren zusammenhängt.

Die Risse werden oftmals nur zufällig entdeckt. Am rückseitigen Glas sieht man Risse in verschiedenen geometrischen Formen und Intensität bzw. Anzahl. Das Erkennen der Risse ist stark abhängig von der Sonneneinstrahlung, bei der das Sonnenlicht im Bereich der Rissflanken in bläulicher Farbe reflektiert wird, dem Rissverlauf (einige Risse verlaufen fast parallel zu den Busbars der
Zellen) sowie dem Stadium der Schädigung (manche Risse sind anscheinend erst in der Entstehungsphase). Der Rissverlauf bzw. die Rissverläufe sind weitgehend meanderförmig; d.h. es zeigen sich lange, bogenförmige Risslinien, oftmals gerade, andere in einem weiten Boden. Dabei treffen sich in Einzelfällen mehrere Risse oftmals in einem Punkt.

Auffällig ist, dass die Risse zumeist vom Glasrand ausgehen, oftmals von der Glasecke, oftmals von der kurzen Modulseite.
In einigen Fällen durchlaufen die Risse auch die Modulanschlussdosen. In wenigen Fällen sind Risse im Klemmbereich
der Module zu finden.Aus diesem Grund war es durchaus geboten, bei der Schadensbegutachtung eine tiefere Analyse vorzunehmen und u.a. auch die vorhandene Bauweise sowie Konstruktion dieser Anlagen mit zu bewerten. Hieraus ergaben sich durchaus „Überraschungen“.

Das Thema „Glasbruch“ an Modulen – insbesondere Glasbrüche an der Rückseitenscheibe von Doppelglaslaminaten,
wird bereits seit zwei bis drei Jahren in Fachkreisen thematisiert.

Das US-Forschungsinstitut NREL hat in einer Studie aus 2024 eine Zunahme von Glasschäden festgestellt. Man spricht hierbei auch von einem „besorgniserregenden Ausmaß“. Man erhalte regelmäßig Berichte über Glasbruch an Modulen, welche nicht auf direkte Einwirkungen zurückzuführen sind. Man stelle fest, dass die Glasqualität offenbar nachlässt. Früher hätten die Module nach IEC 61215 den Sicherheitstest mit entsprechenden Sicherheitsfaktoren bestanden. Heute bestünden die Module nur noch den Basistest, manches Moduldesign noch nicht einmal den Mindestbelastungstest.

NREL nennt Faktoren wie die immer größer werdenden Modulformate bei gleichzeitig immer dünner werdenden Rahmen und Montageprofilen. Diese Faktoren führten zu „großen, biegsamen Modulen“, in denen mehr Belastung für die obendrein immer dünner werdenden Gläser entsteht.

PV-Magazine berichtet in einem Artikel im Juni 2024 „Moduldesign am Limit“ ebenfalls über das Thema Glasbruch. Darin werden die gleichen Faktoren genannt, wie im Ergebnis der NREL, insbesondere die Modulgröße bei gleichzeitig geringerer Rahmengröße – teilweise auch mit Sparformen des Rahmens an der kurzen Rahmenseite.

Das Fraunhofer CSP sieht in dem Artikel bei jüngeren Solarparks mit Glas-Glas-Modulen eine Schadensquote von 5% bis 10% mit Glasrissen. Die Quote sei abhängig vom Modultyp und der Unterkonstruktion. Es gäbe hierzu Arbeitshypothesen, aber noch keine klaren Fakten für die genaue Ursachenfindung.

Die Ursachen scheinen daher vielschichtig. Dabei kristallisiert sich heraus, dass die aktuelle Herstellung des Modulglases  wesentlichen Einfluss auf die auftretenden Schäden hat. Ein Einscheiben-Frontglas besteht üblicher Weise aus 3,2 mm vollständig getemperten Einscheibensicherheitsglas (ESG). Nach der Herstellung als Floatglas hat es einen thermischen Härteprozess durchlaufen, bei dem das Glas auf über 600 °C erhitzt und dann schnell abgekühlt wurde. Hierbei verhärten zunächst die äußeren Schichten, währen sich die inneren Molekühle noch bewegen können. Im Ergebnis entsteht zwischen der inneren und äußeren Schichten des Glases eine Spannung, die die Festigkeit des Glases erhöht und diesem gleichzeitig eine gewisse Flexibilität verleiht.

Bei zu dünnem Glas funktioniert das thermische Härten nicht mehr so gut, weil die Schichten zwischen denen die Spannung aufgebaut wird, zu dünn sind und zu schnell aushärten. Zwei-Milimeter-Gläser sind daher nur noch als teilvorgspannte Gläser (TVG) zu bezeichnen.

TVG unterscheidet sich von der Belastunggrenze erheblich von ESG. TVG widersteht Temperaturunterschieden bis zu 100 Grad und Duckbelastungen von 70 N/mm2. Wenn es bricht, entstehen lange, mäanderförmige Risse. ESG hat mit 120 N/mm2 eine deutlich höhere Festigkeit und überstehe Temperaturschwankungen von ca. 200°C. Bei einer Zerstörung bricht ESG wegen seiner internen Spannung auch in viele kleine Stücke. Neuere Glasmodule bestehen daher meist nicht mehr aus vollständig getemperten Glas. Auf den Moduldatenblättern findet man dabei verschiedenste Bezeichnungen, wie „fully tempered, „semi-tempered und „heat-strengthened“. Deren Qualität und Glasgüte sei aber damit nicht klar definiert.

Aktuell werden Gläser mit einer Stärke von 2 mm als Front- und Rückseitenglas verwendet. Teilweise sogar nur noch 1,6 mm. Hier ist keine Härtung mehr möglich. In vielen Fällen erhält man mehr oder weniger nur noch die Qualität als Floatglas, was man auch an den weitläufigen Rissbildern sieht. Eine Härtung ist bei solch dünnen Gläsern nur noch chemisch möglich, was aber aus Kostengründen nicht ausgeführt wird.

Darüber hinaus kommt auch der Randbearbeitung des Glases hohe Bedeutung zu. Zeigen sich hier kleine kerben, ist der Riss an dieser Stelle bereits vorprogrammiert, weil das Moduldesign nicht mehr den örtlichen Anforderungen entspricht. Durch die große Modulfläche biegt sich das Glas bereits in einem unbelasteten Zustand stark durch. Das Befestigungsdesign hat sich aber dem bisher nicht angepasst, d.h. trotz größerer Modulfläche bleiben die Modulrahmen weiterhin sehr dünn (30 mm) und die Klemmung erfolgt wie bei den früher kleineren Modulformaten üblicher Weise auch nur mit 4 Klemmstellen mit Klemmlängen in der Regel von 40 mm.

Bekommt die PV-Branche ein neues Qualitätsproblem?

Sie hat es bereits. Neben dem in einem anderen Artikel dargestellten Problem der immer größeren Ausreizung der Gestellsysteme lässt auch die Qualität der Module spürbar nach, was offensichtlich auch mit der Preisgestaltung in Zusammenhang zu bringen ist. Die PV-Branche verabschiedet sich anscheinend aus dem Nachhaltigkeitsgedanken und wird zum Massenkonsum mit begrenzter Lebensdauer, so wie bei anderen Gütern auch.