Warum sind größere PV-Module zerbrechlicher? – Eine Analyse der Krise der mechanischen Festigkeit und der Bedenken der Industrie
Dec 17, 2025
EinleitungMit zunehmender Modulgröße ist der Materialverbrauch nicht gestiegen, sondern gesunken, was zu hohen Bruchraten in Projekten geführt hat. Wie konnte das passieren, und welche verborgenen Informationen stecken dahinter? Inhaltsverzeichnis:Kapitel 1: Eine verblüffende EnthüllungKapitel 2: Zerbrechliches GlasKapitel 3: EinzeltestKapitel 4: Wege zu Lösungen Kapitel 1: Eine verblüffende EnthüllungAm 20. Oktober 2025 veröffentlichte der Podcast-Kanal für erneuerbare Energien SunCast auf LinkedIn unter Berufung auf Testergebnisse des unabhängigen Drittanbieters Kiwa PVEL ein schockierendes Phänomen.Kiwa führte dieses Jahr mechanische Belastungstests an einer großen Anzahl von Modulen durch, wobei 20 % unter einem statischen Druck von 1800 Pa ausfielen. Im Gegensatz dazu lag die Ausfallrate im Jahr 2024 nur bei 7 %.▽ Ein LinkedIn-Beitrag zum SunCast-Podcast Dieser Beitrag fand auf LinkedIn schnell große Beachtung und löste in den Kommentaren Diskussionen über die Validität der Ausfallrate von 20 % aus. Als sich jedoch weitere externe Institutionen an der Diskussion beteiligten, wurde deutlich, dass hohe Modulbruchraten in der Branche allgemein bekannt sind.▽ Mechanische Belastungsprüfung im Kiwa-Labor Tatsächlich lud Kiwa bereits im Juni dieses Jahres 50 Modulhersteller zu einem umfassenden Produkt-Check ein. Kiwa führte außerdem ein innovatives „Zuverlässigkeits-Scorecard“-System ein, das Anwendern hilft, die Leistung von Modulen verschiedener Hersteller präzise zu bewerten. Die Prüfungen wurden streng nach IEC 61215 durchgeführt und umfassten statische und dynamische Belastung, Hagelbeständigkeit und elektrische Leistung. Die Ergebnisse zeigten häufige Glasbrüche, Rahmenrisse, Beschädigungen an Anschlussdosen und andere Probleme mit einer insgesamt hohen Schadensrate von 20 %.▽ MSS (Mechanische Spannungsfolge)Die Ausfallrate mechanischer Belastungen ist dreimal so hoch wie in den Vorjahren. Die mechanische Belastungsprüfung von Kiwa umfasst verschiedene Installationsmethoden, die durch Nummern gekennzeichnet sind:400-mm-Befestigungslöcher, statischer Drucktest ±1800 Pa790 mm Befestigungslöcher, ±1800 Pa statischer DrucktestVierpunktbefestigung entlang der kurzen Kante, statischer Drucktest ±1800 PaDoppelschienen-Vierklemmbefestigung, statischer Drucktest ±2400 Pa Diese Tests sind nach ihren Anforderungen an die mechanische Leistungsfähigkeit geordnet, von den höchsten zu den niedrigsten. Kiwa verwendet dieses Nummerierungssystem, um nachzuverfolgen, welche Module welche Tests bestehen, sodass Anwender indirekt die mechanische Festigkeit der Module beurteilen können. Abgesehen von Kiwa haben auch andere Drittinstitutionen weltweit in den letzten Jahren das weit verbreitete Problem des Modulbruchs festgestellt. Die Bundesuniversität Santa Clara (FUSC) errichtete 2022 in Südbrasilien eine 100-kW-Versuchsanlage mit bifazialen Solarmodulen auf Nachführsystemen. Innerhalb eines Jahres wiesen 83 von 158 Modulen Glasrisse auf, was einer Ausfallrate von 52,5 % entspricht. Im Jahr 2023 erwähnte das CFV-Labor in einem Online-Austausch, dass ihre Testdaten zeigten, dass die Modulausfallraten im Jahr 2023 dreimal höher waren als im Jahr 2018. Knapp 30 % der von CFV getesteten Module fielen unter einem Testdruck von 1500 Pa aus.▽ Die Druckbeständigkeit der Bauteile nimmt von Jahr zu Jahr ab.Die Ausfallrate der Bauteile steigt von Jahr zu Jahr. Im Jahr 2024 veröffentlichte DNV ein Whitepaper, in dem behauptet wird, dass bei einem Projekt zur Nachführung bifazialer Module im asiatisch-pazifischen Raum 15 % der rückseitigen Glasscheiben der Module zerbrachen, als die Windgeschwindigkeit 15 m/s überschritt. Im Februar 2025 veröffentlichte die IEA PVPS-Arbeitsgruppe einen Bericht über Modulausfallraten, in dem sie feststellte, dass bei bifazialen Modulen mit 2 mm Glas die Bruchrate der Rückseite innerhalb der ersten zwei Jahre nach der Installation 5–10 % betragen könnte.▽ Berichte über Bauteilschäden von PVPS und DNV Im März 2025 veröffentlichte das IEEE-Magazin einen Artikel, in dem die aktuellen Glasbruchraten von bifazialen Modulen analysiert wurden. Darin wurde festgestellt, dass die ersten fünf Jahre eines Projekts die Zeit mit dem größten Anteil an Modulbrüchen darstellen, wobei die Bruchraten bis zu 17,5 % erreichen.▽ Die Ausfallrate von Komponenten, veröffentlicht im IEEE Photovoltaic Journal Es scheint, als wären einst robuste Module über Nacht zerbrechlich geworden, was entmutigend ist. Kapitel 2: Zerbrechliches GlasSeit dem Beginn des Trends zu größeren Modulen im Jahr 2020 haben die Modulgrößen rasant zugenommen, was bedeutet, dass jedes Modul einem höheren Druck standhalten muss. Erschwerend kommt jedoch hinzu, dass der Materialverbrauch für größere Module nicht gestiegen, sondern gesunken ist:• Glasdicke: reduziert von 3,5 mm auf 2 mm• Höhe des Aluminiumrahmens: reduziert von 40 mm auf 30 mm• Dicke des Aluminiumrahmens: reduziert von 2 mm auf 1,2 mm▽ Mit zunehmender Bauteilgröße sinkt der Materialverbrauch. Die Reduzierung des Materialverbrauchs senkt zwar das Gesamtgewicht der Module und beschleunigt die Installation, wirft aber auch Bedenken auf. Laut dem National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) beträgt das maximal empfohlene Gewicht für das Anheben durch zwei Personen alle fünf Minuten 33,5 kg. Wenn der Materialverbrauch aus der Ära der Einzelglasmodule beibehalten würde, würden viele Module diese Gewichtsgrenze deutlich überschreiten.▽ NIOSH hat strenge Vorschriften für künstlich angehobene Gewichte. Es ist natürlich allgemein bekannt, dass das Hauptziel bei der Reduzierung des Materialverbrauchs die Kostenreduzierung ist. Die Kostensenkung hat jedoch unbeabsichtigt zu einer geringeren Qualitätskontrolle geführt. Die Herstellung von 2 mm dickem Glas stößt an die Grenzen der Glasfertigungstechnologie, was die Qualitätskontrolle deutlich schwieriger macht als bei 3,2 mm dickem Glas. Zur Verbesserung der Bruchfestigkeit wird das Glas von Photovoltaikmodulen häufig thermischen und chemischen Behandlungen unterzogen. Die Festigkeit des Glases hängt maßgeblich von dieser behandelten, verstärkten Oberflächenschicht ab, die typischerweise 40 % der Glasdicke ausmacht. Im Zeitalter der 3,2 mm dicken Metalle konnten Fertigungsprozesse diese Schutzschicht effektiv erzeugen. Die Einhaltung der gleichen Schutzschichtdicke im Zeitalter der 2 mm dicken Metalle hat sich jedoch als äußerst schwierig erwiesen.▽ Die Schutzschicht auf der Oberfläche des Bauteils beträgt im Allgemeinen 40 % der Gesamtdicke. Das Bruchverhalten von dickem und dünnem Glas hat sich in der Praxis grundlegend verändert. Früher traten Brüche von 3,2 mm dickem Glas häufig als „Mittenrisse“ auf, wodurch sich die Bruchstelle leichter ermitteln ließ. Im Gegensatz dazu entstehen Brüche von 2 mm dickem Glas unregelmäßig, was die Ursachenfindung extrem erschwert.▽ Die Unterschiede im Produktionsprozess der Komponentenrahmen beeinflussen auch die mechanischen Eigenschaften der Komponenten. Dies erschwert die Umsetzung wirksamer Korrekturmaßnahmen bei beschädigten Modulen. Selbst wenn Module ausgetauscht werden, können ähnliche Schäden erneut auftreten.▽ Die Situation bezüglich des Zersplitterns von Bauteilglas hat sich geändert Kapitel 3: EinzeltestsHinter dem Phänomen des Modulbruchs an den Projektstandorten steht ein weiterer, entscheidender Faktor, der nicht außer Acht gelassen werden darf. Bei der Spezifizierung der mechanischen Eigenschaften von Modulen orientieren sich die Hersteller häufig an den Prüfanforderungen der Norm IEC 61215. Die IEC bietet ein umfassendes Prüfprotokoll und legt einen Prüfsicherheitsfaktor von r_m = 1,5 fest. In diesem Artikel wurde einst die Frage „Prüflasten und Auslegungslasten: Wie lassen sich Projektanforderungen erfüllen?“ behandelt. Die Bedeutung dieses Sicherheitsfaktors wird darin ebenfalls erläutert. Auch die Sicherheitsfaktoren von Glas, das durch verschiedene Verfahren hergestellt wird, unterscheiden sich.▽ Die Sicherheitsfaktoren verschiedener Prozessgläser Die Bedeutung dieses Sicherheitsfaktors variiert je nach Glasherstellungsprozess. Aufgrund der systembedingten Zufälligkeit und Unregelmäßigkeit bei der Floatglasherstellung ist der erforderliche Sicherheitsfaktor im Allgemeinen höher als bei Walzglas. Modulhersteller entscheiden sich derzeit häufig für das kostengünstigere Floatglas für die Rückwand ihrer Module. Wie aus der Tabelle hervorgeht, liegt der Sicherheitsfaktor für Floatglas zwischen 1,6 und 2,5. Für die Sicherheitsmargen der Materialeigenschaften ist der von der IEC geforderte Sicherheitsfaktor von 1,5 eindeutig unzureichend. Das ist jedoch nicht das alarmierendste Problem. Bei der Projektplanung wird häufig ein Modulkompatibilitätstest durchgeführt, um festzustellen, ob ein bestimmtes Modul mit der Trackerstruktur kompatibel ist. Dieser Test wendet die für das Projekt erforderlichen Lasten auf das Modul an, basierend auf dem tatsächlichen Tracker und der Modulinstallationsmethode. Das Bestehen dieses Tests bestätigt, dass das Modul die Projektanforderungen erfüllt. Auf den ersten Blick erscheint dieses Verfahren logisch und regelkonform. Es übersieht jedoch einen entscheidenden Punkt: Alle Tests werden nur einmal durchgeführt. Ob kleine Projekte im Kilowattbereich oder große Projekte im Gigawattbereich – die Zuverlässigkeit von Millionen von Modulen in einem Kraftwerk hängt von einem einzigen Sandsacktest ab.▽ Das Schicksal des gesamten Photovoltaik-Kraftwerks hängt von einem einzigen Komponententest ab. Es ist wichtig zu beachten, dass selbst bei Modulen desselben Modells die strukturellen Eigenschaften aufgrund unterschiedlicher Produktionschargen variieren können. Das bedeutet, dass jedes Modul einzigartig ist und die Prüfung eines einzelnen Moduls den tatsächlichen Zustand aller Module nicht umfassend und genau widerspiegeln kann. Die Modulbelastungsprüfung ähnelt der Strukturprüfung. In der Bauindustrie erfordert die Ermittlung genauer Strukturmerkmale typischerweise umfangreiche, wiederholte zerstörende Prüfungen (Versagensprüfungen). Dieses Verfahren liefert zuverlässige Daten zur Bildung einer stabilen Stichprobe.▽ Bei POT-Tests beispielsweise werden häufig mehrere Proben benötigt und die Ausfallgrenze wird wiederholt gemessen. Es ist zu beachten, dass solche zerstörenden Prüfverfahren eine bestimmte Stichprobengröße erfordern, üblicherweise 25–50 Module pro Stichprobengruppe. Auf Basis dieser großen Stichprobendaten lässt sich ein Weibull-Verteilungsmodell erstellen, und mittels statistischer Analyse kann der Variationskoeffizient ermittelt werden. Schließlich kann dieser Variationskoeffizient zur Berechnung des Sicherheitsfaktors verwendet werden, der der Materialunsicherheit entspricht.▽ In der Statistik wird die Weibull-Verteilung häufig verwendet, um die Wahrscheinlichkeit eines Produktausfalls zu bestimmen. Kapitel 4: Der Weg zu den LösungenDieser Artikel befasst sich mit dem langfristigen Trend in der Photovoltaikbranche: Kostenreduzierung und Effizienzsteigerung. Die Kostenreduzierung beschränkt sich nicht auf Module; angesichts des immensen Kostendrucks suchen auch andere Systemkomponenten nach optimalen Wegen zur Kostensenkung. Werden jedoch die „neuen Technologien“ verschiedener Gerätehersteller auf Systemebene eingesetzt, erhöhen sie unbeabsichtigt das Risiko von Modulbrüchen. Gängige Kostensenkungsmaßnahmen für Tracker-Hersteller umfassen:• Erhöhung des Stauwinkels von 30° auf 60°• Reduzierung der Pfettendicke von 2 mm auf 1,2 mm• Vergrößerung des Säulenabstands von 7 m auf 10 m• Wechsel von der Stauung auf der Luvseite zur Stauung auf der Leeseite• Anpassung an das Gelände durch Biegen des Hauptschafts und der Module zur Reduzierung des Erdbaus Aufgrund branchenspezifischer Hürden gestaltet sich die Zusammenarbeit zwischen Modul- und Trackerherstellern schwierig. Dies führt dazu, dass beide Seiten ihre eigenen Kosten senken, während das letztendliche Risiko auf die Systemnutzer abgewälzt wird.▽ Tracker setzen außerdem verschiedene „neue Technologien“ ein, um die Kosten zu senken. Allerdings entscheiden sich nicht alle dafür, „den Kopf in den Sand zu stecken“. Immer mehr Menschen suchen aktiv nach Lösungen und bringen verschiedene kreative Ideen ein.▽ VDE schlägt unausgewogene Komponententests vor ▽ Stahlrahmen können die Druckfestigkeit von Bauteilen wirksam erhöhen. ▽ Die Komponentenrecyclingindustrie ist ebenfalls still und leise entstanden ▽ Der allgemeine Prozess des Komponentenrecyclings Dank gemeinsamer Anstrengungen haben die Kosten der Photovoltaik-Stromerzeugung im Jahr 2025 einen historischen Tiefstand erreicht. Unter den verschiedenen Stromerzeugungsmethoden hat sich die Photovoltaik zum unangefochtenen Marktführer in Bezug auf die Stromgestehungskosten (LCOE – Levelized Cost of Electricity) entwickelt.▽ Photovoltaik hat sich zur kostengünstigsten Energiequelle für die Stromerzeugung entwickelt. Dieser Erfolg ist untrennbar mit jedem einzelnen Leser dieses Artikels verbunden. Lasst uns gemeinsam Branchenbarrieren überwinden, Herausforderungen meistern und die größeren Chancen dieser Zeit nutzen.
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