0
März 2013
SunPower RLC Training
2
SunPower® Solarmodule Zuverlässigkeit, Leistung, Wirkungsgrad
3
SunPower Solarmodule sind anders. SunPower Solarmodule sind besser.
5
Herkömmliches Modul (gleiches Maß ) SunPower Modul mit MaxeonTM - Zelle
Vorderseite Rückseite
Keine Leiter
Kupfer-beschichtet
Vorderseite
Rückseite
Rückseite
345W
Dünne Leiter aus
Metallpaste
Vollflächig mit Metallpaste beschichtet
240W
• Die MaxeonTM Zelle hat ein grundlegend anderen Aufbau als herkömmlichen Solarzellen: Sie besitzt eine solide Kupferbasis
• Zellen mit Kupferschicht sind zwar teurer als herkömmliche Solarzellen, dies zahlt sich aber durch die dauerhafte Beständigkeit und die höhere Leistung aus.
Das Herzstück der SunPower Moduls: Die MaxeonTM Solarzelle
• SunPower ist weltweit der einzige Hersteller, der Zellen mit Kupferschicht baut – alle konventionellen Zellen werden mit Metallpaste beschichtet – Der Vorgang ähnelt dem Siebdruckverfahren zum Bedrucken von T-Shirts
6
Herkömmliche Solarzellen (Vorderseite) MaxeonTM Solarzelle (Rückseite)
MaxeonTM Solarzellen verglichen mit herkömmlichen Zellen
1. Dicke Kuperschicht (verzinnt) ist sehr korrosionsbeständig.
2. Keine Lötverbindung entlang der Längsachse der Zelle
3. Die Zellverbinder mit einer Kupferschiene stellt eine robuste Kupfer-auf-Kupfer Lötverbindung dar, zugentlastet und doppelt redundant.
4. Solide Kupferschicht auf der Zellrückseite erhält Energie-produktion aufrecht auch bei Bruch der Siliziumzelle.
1. Äußerst dünne Siebdruckleiterbahnen auf der Zellvorderseite sind auf lange Sicht empfindlich gegen Korrosion
2. Hochbelastete Lötverbindungen zwischen langen Kupferleitungsbahnen und Siliziumzelle
• Tagsüber werden die Module sehr warm und das Kupfer dehnt sich aus, nachts zieht sich das Kupfer der abgekühlten Module zusammen. Die Silizium-Zelle dagegen bleibt starr.
• Diese permanente mechanische Belastung führt im Laufe der Zeit zu Rissen an Zelle und Lötverbindungen.
3. Zellverbindung mit Kupferband nicht einfehlersicher.
4. Die im Siebdruck aufgetragene Metallpaste hält die Siliziumzelle bei Zellbrüchen nicht zusammenn
Starke Kupferschicht
Zugentlastete Kupferschiene verbindet die Zellen untereinander
Dünne Leiterbahnen aus aufgebackener Metallpaste
Aufgelötete Kupferbändchen (verzinnt)
Kupferbändchen verbinden die Zellen untereinander
7
Gebrochene herkömmliche Zellen im praktischen Einsatz:
Beschädigt warscheinlich bei der Installation oder durch wiederholte Temperaturveränderung
Beschädigt warscheinlich durch mangelhaften Lötvorgang und wiederholte Temperaturveränderung
Schw
arz
= ke
ine
Ener
giee
rzeu
gung
Die Leiterbahnen der linken Seite sind gebrochen.
Herkömmliche Module fallen üblicherweise durch permanente Temperaturschwankungen aus, die im Lauf der Zeit zu Brüchen der Zellen, der Lötstellen und der Leiterbahnen führen
Auch bei einem Zellbruch sind alle Teile des Modules aktiv (keine schwarzen Stellen).
Herkömmliche Module SunPower Modul
8
Korrosion
Zell- oder Leiterbahnbrüche
Anschlusskabel
Anschlußdose
Delamination Anschlußdose
Überhitzung von Diode, Leitungen, Klemmen
Mechanische Schäden
Defekte Bypass-Dioden
Wohlgemuth, J. “Reliability of PV Systems.” Proceedings of SPIE, Aug, 2008.
Übliche Defekte herkömmlicher Solarmodule
Zell- oder Leiterbahn-brüche 40.7%
Korrosion 45.3%
9
Garantieumtausch nach Inbetriebnahme Maxeon Gen. 2
27 Tauschfälle pro Million Module.
Jahr Garantieumtausch Ausgeliefert 2006 — 18,290 2007 — 83,339 2008 6 275,911 2009 28 819,075 2010 77 1,773,540 2011 47 2,372,935
2012-Q2 18 1,138,599 176 6,481,689
Alle Fälle von Modul-Garantieumtausch nach Inbetriebnahme weltweit für alle Module mit Maxeon-Zellen Gen 2. bis einschl. Juni 2012
SunPower betreibt 800MW herkömmlicher Solarsystem durch Firmenübernahmen: PV Anlagenintallateure • 240MW von 20 Herstellern • Durchschnittsalter 7 Jahre • 8,700 Tauschfälle/ Million (fast 1%) Europäischer Hersteller • 550MW, Qualitätshersteller (gute
Zulieferer, automatisierte Fertigung) • Durchschnittsalter 4 Jahre • 1,800 Tauschfälle/ Million
10
Robustes Maxeon Design ermöglicht SunPower die besten Garantien der Branche zu bieten
• Durch die Verwendung der Maxeon Solarzellen kann SunPower die zuverlässigsten Module mit einmaligen Garantien anbieten.
9.1 % garantierte Mehrleistung verglichen mit dem Industriestandard
• Garantiert niedrigste Degradationsrate: - 0.4 % pro Jahr
75%
80%
90%
85%
95%
100%
5 10 15 20 25 0
87% INDUSTRIE STANDARD
SUNPOWER
Jahre
5 10 15 20 25 0
STANDARD
Jahre
SUNPOWER
Leistungsgarantie Produktgarantie
11
Beste Garantieleistungen
Abgedeckt1 SunPower Module Andere Module
Kosten für die Demontage mangelhafter Module?
Ja Nein
Transportkosten? Ja Nein
Kosten für die Installation neuer Module? Ja Nein
Garantiedauer 25 Jahre 10 Jahre
SunPower trägt die gesamten Austauschkosten im Garantiefall.
1) Details gemäß Garantiebedingungen
12
Herkömmlich SunPower
SunPower behält einen kühlen Kopf • Durch den besseren Modulwirkungsgrad wird mehr Strahlungsleistung in
elektrische Leistung umgewandelt. • Dadurch muss weniger Leistung als Wärme abgeführt werden und das Modul
bleibt kühler : Typischerweise 2-3C auf dem Dach
Sonne 1000W/m² x 1,6m² =1600W
1600W x 20.4% = 330W elektrische Leistung
1600W - 330W 1270W Abwärme
1600W x 15% = 240W elektrische Leistung
1600W - 240W 1360W Abwärme
Herkömmliche Module werden heißer, da sie zusätzliche 90 W Wärme abführen müssen.
Temp
Sonne 1000W/m² x 1,6m² =1600W
13
Keine lichtabhängige Degradation (LID) • Das n-dotierte Silizium von SunPower Zellen ist keiner lichtabhängigen
Degradation ausgesetzt und verlieren nicht 1-3% ihrer ursprünglichen Leistung nach dem erstmaligen Kontakt mit UV-Licht wie herkömmliche kristalline Siliziumzellen (die aus p-dotiertem Silizium bestehen)
• BEW/DNV Engineering report: “Verrlässliche LID –Daten der Hersteller sind selten zu finden, aber generell wird ein Verlust von 0.5% bis 3.5% für poly- und 2% bis 5% für monokristallines Silizium als gegeben erachtet”.
1 The only other significant module manufacturer making n-type solar cells is Yingli, used only in their “Panda” modules.
2 Pingel, S., et al., “Initial Degradation of Industrial Silicon Solar Cells in Solar Moduls,” EU PVSEC, Valencia 2010.
Herkömmliche Zellen2
Unterschiedliche Produktionschargen
Leis
tung
sver
lust
dur
ch L
ID (%
)
LID
14
Mehr gelieferte Nennleistung
Leistungsverteilung Produktion E20 Serie (327NE) (Januar - Mai 2012)
• Nennleistung: 327 W (Typenschild)
• Durchschnitts-leistung: 333 W
Watts
Leistung des Moduls
Ant
eil d
er P
rodu
ktio
n
• SunPower verkauft fast die gesamte Produktion unter einer Modellbezeichnung, im Durchschnitt hat ein Modul 6 Watt mehr Leistung
• Herkömmliche Modulhersteller stufen das Modulsortiment in 5 W-Schritten
15
105%
100%
95%
90%
85%
80% 100W 1kW
Bewölkt Sonnig
Unverändert hohe Effizienz bei Schwachlicht
Photon: "Das Modul verfügt über einen nahezu geraden Wirkungsgradverlauf mit wenig Veränderung in den mittleren und hohen Bestrahlungsstärken und nur geringfügigem Rückgang bei Schwachlicht. Kein anderes, bisher getestetes Modul hat so einen Wirkungsgradverlauf.”1
Photon Tests: Juni 2012 Schwachlichtverhalten im Vergleich
SunPower Module im Vergleich mit diversen herkömmlichen Modulen1
SunPower Module
Herkömmliche Module
1 Photon International June 2012
Low-light
16
Reaktion auf breiteres Spektrum
SunPower Zelle
Herkömmliche Zelle 100%
80%
60%
40%
20%
0%
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
Wellenlänge (μm)
AM 1.5 Global Spectrum
Spectrum • Die SunPower Zelle wandelt mehr Einstrahlung im Bereich blauer und infraroter Einstrahlung in elektrische Energie, vorteilhaft bei bedecktem Himmel und bei Schwachlichtbedingungen.
• Immer morgens und abends verschiebt sich das Spektrum der Einstrahlung hin zu Rottönen: SunPower Module stehen früher auf und bleiben länger wach.
17
Vergleich von Antireflexgläsern • Module mit Antireflexglas leisten 3-5% mehr verglichen mit Nicht-AR-Glas-
Modulen durch bessere Lichterfassung bei nicht senkrecht einfallender Einstrahlung. (Bewölkung, Morgens-und Abendstunden, Wintermonate)
• Die Mehrzahl herkömmlicher Module ist nicht mit AR-Glas ausgestattet, da
der geringe Wirkungsgrad die höheren Kosten nicht rechtfertigt.1
• AR-Gläser sind nicht alle gleich.
0 15 30 45 60 75
Winkel (Grad) zwischen Moduloberfläche und Sonne
Abga
bele
istu
ng
SunPower Antireflexglas
Einfaches Antireflexglas
Keine AR-Beschichtung
100%
98%
96%
94%
92%
90%
1 BEW Engineering , part of DNV KEMA ,SunPower Yield Report, Jan 2013.
AR-glass
18
Überblick Energieproduktion E-Serie Jährliche Energieproduktion
Hochleistungs-AR Glas
Keine lichtabhängige Degradation
Höhere Leistung bei hoher Temperatur
Besseres Spektral- und Schwachlichtverhalten
+ Leistungstoleranz
EN
ER
GIE
PR
OD
UK
TIO
N P
RO
WA
TT
Gleiche kWp-Leistung1
1 BEW Engineering, part of DNV KEMA, SunPower Yield Report, Jan 2013. 2 0.25%/yr SunPower degradation vs. 0.75%/yr Conventional. 3 333W SunPower vs. 240W Conventional.
19
Überblick Energieproduktion E-Serie Jährliche Energieproduktion
Gleiche kWp-Leistung1
HERKÖMMLICH
SUNPOWER
Jahre
20% Mehr Energie
8% mehr 1. Jahr
Gleiche KWp-Leistung2
EN
ER
GIE
PR
OD
UK
TIO
N P
RO
WA
TT
EN
ER
GIE
PR
OD
UK
TIO
N P
RO
WA
TT
25-jährige Energieproduktion
Hochleistungs-AR Glas
Keine lichtabhängige Degradation
Höhere Leistung bei hoher Temperatur
Besseres Spektral- und Schwachlichtverhalten
+ Leistungstoleranz
1 BEW Engineering, part of DNV KEMA, SunPower Yield Report, Jan 2013. 2 0.25%/yr SunPower degradation vs. 0.75%/yr Conventional. 3 333W SunPower vs. 240W Conventional.
20
Überblick Energieproduktion E-Serie Jährliche Energieproduktion
Gleiche kWp-Leistung1
HERKÖMMLICH
SUNPOWER
Jahre
20% Mehr Energie
8% mehr 1. Jahr
Gleiche KWp-Leistung2
EN
ER
GIE
PR
OD
UK
TIO
N P
RO
WA
TT
EN
ER
GIE
PR
OD
UK
TIO
N P
RO
WA
TT
25-jährige Energieproduktion
Hochleistungs-AR Glas
Keine lichtabhängige Degradation
Höhere Leistung bei hoher Temperatur
Besseres Spektral- und Schwachlichtverhalten
+ Leistungstoleranz
EN
ER
GIE
PR
OD
UK
TIO
N P
RO
DA
CH
Jahre
HERKÖMMLICH
SUNPOWER
60% Mehr Energie
ca. 50% mehr 1. Jahr
Gleiche Modulfeldabmessungen3
1 BEW Engineering, part of DNV KEMA, SunPower Yield Report, Jan 2013. 2 0.25%/yr SunPower degradation vs. 0.75%/yr Conventional. 3 333W SunPower vs. 240W Conventional.
21
Unabhängige Studien: Niedrigere Degratationsrate • Messung der SunPower Degratationsrate durch das National Renewable
Energy Lab (NREL) in Colorado (USA) seit Mai 2007: -0.10 %/Jahr.
0.00%
-0.25%
-0.50%
-0.75%
-1.00%
-1.25%
-1.50%
1 Jordan, Dirk “SunPower Test Report,” National Renewable Energy Laboratory, Oct 2012
2 Sample, T. “Failure modes and degradation rates from field-aged crystalline,” Feb 2011
3 Jordan, D. “Degradation Rates,” National Renewable Energy Laboratory, Jun 2010
4 Suleske, A. “Performance Degradation of Grid-Tied Photovoltaic Modules in a Desert Climatic Condition,” Nov, 2010.
5 Pulver, S. “Measuring Degradation Rates without Irradiance Data” Jun, 2010
6 Vazquez, M. “Photovoltaic Module Reliability” 2008
Niedrigere Degradation = mehr Energieertrag über die Lebensdauer der PV-Anlage
• Umfangreiche Studien an herkömmlichen Modulen zeigen eine Degratationsrate von ca. -1.0 %/Jahr
Herkömmlich: -1.0%/J
22
Photon-Resultate (kWh/kWp) von Dezember 2012 Unabhängiger Studie von 114 Modulen verschiedener Herstellern, um die
Energieproduktion kWh/kWp zu ermitteln • Die Module der SunPower E-Serie belegen Platz 1 mit der meisten erzeugten
Energie pro kWp von allen Modulen der 1,6m² Klasse • SunPower erzeugt 8% mehr Energie pro kWp verglichen mit den anderen
TOP-10-Herstellern in der Studie1
1 Photon International (Ausgabe Nov. 2012), basierend auf ausgelieferten MW in 2011
900
950
1000
1050
1100
1150
1200
Dur
chsc
hnit
tl.
kWh/
kW
8% mehr Energie
23
• Atlas, ein Tochterunternehmen von Ametek, ist seit mehr als 90 Jahren führend bei Werkstofftests und entwickelte die Testreihe "Atlas 25 + PV Haltbarkeitstest.“
• Pro Hersteller wurden 3 Module getestet: Salznebel-Korossionstest, Feuchtigkeits-Schockfrost-Test und Heiß-Feucht-Zyklen im Wechsel mit Schockfrost-Zyklen.
• SunPower belegte den ersten Platz mit einer durchschnittlichen Leistungseinbuße von 0% 1
Unabhängige Zuverlässigkeitstest
1 Altas 25+ Durability test report. Jan 2013. Stress-tested power drops were -1.5%, +2.3%, -0.5%, relative to the non-stress-tested control Modul.
24
Unabhängige Zuverlässigkeitstest
2 Fraunhofer PV Module Durability Initiative. Participants Report. January 2013.
• Fraunhofer ist Europas größte Organisation für angewandte Forschung mit einer Belegschaft von über 20000 Mitarbeitern und einem jährlichen Forschungsbudget von ca. 2 Millarden Euro. Es ist weltweit bekannt für seine Expertise in PV-Technologie.
• Zur Zeit läuft ein Testprogramm, bei denen die Module schonungslos auf ihre Langzeitstabilität getestet werden.
• 2012 wurden 5 von 8 Top-Modulherstellern für Langzeitstabilitätsversuche ausgewählt.
• Die Ergebnisse wurden anonym veröffentlicht, aber die herkömmlichen kristallinen Module kommen von 4 dieser 6 Hersteller: Suntech, Yingli, Trina, Canadian Solar, Sharp, Hanwha, SolarOne.
• 20 Module pro Hersteller wurden direkt von Fraunhofer bei Händlern und Installateuren gekauft
• Die Testreihen umfassen: Temperaturwechsel, Feuchte-Schockfrost-Zyklen, Feuchte Hitze bei+ /-600V, UV-Licht, statische und dynamische mechanische Belastungstests
• SunPower-Module belegten Platz 1, durchschnittlichen Leistungsrückgang 1,3% bei allen Modulen2
• Der durchschnittliche Leistungsrückgang der herkömmlichen Module betrug 5,3% ... 4x mehr!
• Das am stärksten degradierte Modul von SunPower sank um 2,3% Leistung, während die herkömmlichen Module eine viel breitere Variation zeigten, bis zu 92% Degradation
25
Verschattungseinfluss geringer als bei herkömmlichen Modulen
• Unabhägige Studien über den Einfluss von Verschattung bei SunPower Modulen im Vergleich zu herkömmlichen Modulen1
• SunPower Zellen haben eine eingebaute Schutzdiode, daher hat Teilverschattung weniger Einfluss.
0
100%
0% Energieertrag verschattet im Vgl. zu unverschattet
50%
SunPower X-Series
String Inverter
SunPower E-Serie
String Inverter
Herkömmliches Modul,
String Inverter
Herkömmliches Modul
Micro-Inverter
-8% -14%
-29% -28%
1 Donovan, Matthew, et al. “SunPower Shading Study,” PVEvolution Labs, Jan 2013.
26
Zusammenfassung
• Die MaxeonTM Solarzelle
•Hoher Modulwirkungsgrad (bis 21.4 %)
•Solide Kupferschicht
•Sehr korrosionsbeständig
•Zugentlastende Zellverbinder
•Energieproduktion auch bei Zellbruch
•86 % der üblichen Defekte sind praktisch ausgeschlossen
•Ästhetik
•Die branchenführende Garantie
•25 Jahre Produktgarantie (27 Tauschfälle pro Mio)
•25 Jahre Leistungsgarantie (87 % nach 25 J. garantiert)
•Übernahme der gesamten Austauschkosten
27
Zusammenfassung
• Die Energieproduktion
•Temperaturkoeffizent
•Keine lichtabhängige Degradation
•Positive Leistungstoleranz
•Besseres Spektral- und Schwachlichtverhalten
•Nutzung eines breiteren Lichtspektrums
•Hochleistungs-Antireflexglas
•Geringer Verschattungseinfluss
•20 % mehr Energie in 25 Jahren bei gleicher kWp-Leistung
•60 % mehr Energie in 25 Jahren bei gleicher Fläche
•Gleiche Energie in 25 Jahren mit kleinerer Anlage möglich
29
Diese Projekte vertrauten auf SunPower
1993 Australien Solar-Rennen
1994 USA NASA-HALE
2011 Schweiz Planet Solar
2012 Schweiz Solar Impulse
2012 USA Space X
30
Vielen Dank !
• SunPower Modul, Schmalseiten-montage,
widersteht 1125 kg/m²
• 1,400 kg Auflast
• Das Glas ist nicht
gebrochen