Mit der rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technik hat sich die Photovoltaik-Technologie im In- und Ausland in vielfältigen Formen und an unterschiedlichsten Orten verbreitet. Hauptsächlich findet sie Anwendung in großen Freiflächen-Photovoltaikanlagen, Wohn- und Gewerbegebäuden, auf Dächern, in der Gebäudeintegration, bei Photovoltaik-Straßenlaternen und vielem mehr. Gebäude, Schatten, Schornsteine, Staub, Wolken und andere Objekte können die Solarmodule an bestimmten Standorten beeinträchtigen. Daher stellt sich die Frage, inwieweit diese Faktoren die Effizienz der Solarzellen beeinträchtigen und wie man dem entgegenwirken kann.
In der Praxis bestehen Solarzellen typischerweise aus zahlreichen Modulen, die in Reihe oder parallel geschaltet sind, um die gewünschte Spannung oder den gewünschten Strom zu erzeugen. Für einen hohen Wirkungsgrad der Photovoltaik müssen alle Zellen im Modul ähnliche Eigenschaften aufweisen. Im Betrieb können einzelne Zellen jedoch Fehlpaarungen aufweisen, beispielsweise durch Risse, interne Verbindungsfehler oder Verschattung. Dies führt zu einer Diskrepanz zwischen ihren Eigenschaften und denen des gesamten Moduls.
Unter bestimmten Bedingungen kann ein beschattetes Solarmodul in einem Reihenschaltkreis als Last wirken und die von anderen, beleuchteten Solarmodulen erzeugte Energie verbrauchen. Das beschattete Solarmodul erhitzt sich dabei stark, was zu einem Hotspot-Effekt führt. Dieser kann die Solarzelle schwer beschädigen. Beschattete Zellen können einen Teil der von beleuchteten Solarzellen erzeugten Energie verbrauchen. Um Schäden durch den Hotspot-Effekt zu verhindern, sollte eine Bypass-Diode parallel zwischen den Plus- und Minuspol des Solarmoduls geschaltet werden. Dadurch wird verhindert, dass die vom beleuchteten Modul erzeugte Energie vom beschatteten Modul verbraucht wird.
Über die Ursachen des Hotspots, den Ursprung der Problemzellen und die damit einhergehenden Gegenmaßnahmen.
Die grundlegende Komponente eines PV-Moduls ist die Solarzelle. Im Allgemeinen sollten die elektrischen Eigenschaften der in jedem Modul verwendeten Solarzellen ähnlich sein; andernfalls würde der sogenannte Hotspot-Effekt bei Zellen mit geringer elektrischer Leistung oder bei beschatteten Zellen (Problemzellen) auftreten.
Um Hotspots zu vermeiden, sollte jede Zelle parallel mit einer Bypass-Diode geschaltet werden; falls die Batterie ausfällt oder die Zellen beschattet werden, überbrückt die Bypass-Diode die problematischen Zellen.
Es ist nicht praktikabel, mit jeder Zelle eine Diode parallel zu schalten. Typischerweise enthält eine Baugruppe 18 (36 oder 54 Zellen in Reihe) oder 24 (72 Zellen in Reihe) Zellen in Reihe mit einer parallel geschalteten Diode.
Wenn der Strom in diesen 18 oder 24 Zellen ungleichmäßig ist, d. h. wenn eine fehlerhafte Zelle vorhanden ist, kann der Stromfluss im Strang zu Überhitzung an der fehlerhaften Zelle führen. Variiert der Strom von Strang zu Strang, entsteht bei angeschlossener Bypass-Diode eine Stufen- oder Anomaliekurve in der Kennlinie des Moduls.
Bei ungleichmäßiger Leistung der Solarzellen innerhalb des Moduls treten zwangsläufig Hotspots auf. Diese Hotspots lassen sich mithilfe der Ausgangskennlinie des Moduls und Infrarotbildgebung nachweisen.
Wenn die Unregelmäßigkeit der Solarzellenleistung im Modul durch einen Effizienzverlust infolge der Lichtdämpfung verursacht wird, lässt sich das Vorhandensein eines Hotspot-Problems mithilfe der Ausgangskennlinie des Moduls und Infrarotaufnahmen erkennen. Wir können die Ausgangskennlinie des Moduls vor und nach der Dämpfung vergleichen und mithilfe von Infrarotaufnahmen die Veränderungen vor und nach der Beleuchtung beobachten.
Wenn das Modul nicht mit der Bypass-Diode verbunden ist, ist selbst bei Vorhandensein einer Problemzelle in der Ausgangskennlinie des Moduls keine Stufenkurve zu erkennen, aber der Kurzschlussstrom sollte kleiner sein als bei einem normalen Modul, was darauf hindeutet, dass das Hot-Spot-Phänomen vorliegt.
