Fehlersuche und Fehlerquellen an PV-Anlagen

Der Großteil der Photovoltaikanlagen ist ordnungsgemäß geplant, installiert und liefert die prognostizierten Erträge.

Wie sieht es aber aus, wenn Ihre Anlage nicht die erwartenden Erträge bringt? Was sind typische Fehlerquellen und wie lassen sich die typischen Fehler effizient suchen und erkennen?

In unserer neuen Serie "Fehlersuche und typische Fehlerquellen an PV-Anlagen" stellen wir Ihnen Ursachen und Vorgehen beim Erkennen von Fehlerquellen vor. Die ab März 2012 beginnende Serie staffelt sich in mehrere Teile. Startend mit dem Teil 1: Messtechnik, Thermografie.

Die weiteren Teile dieser Serie:

  1. Thermografie

  2. Kennlinienmessung

  3. Elektrische Leitungen bei PV-Anlagen: Normgerechte Verlegung

  4. Statik

  5. Brandschutz

  6. Blitzschutz

Für Fragen und weitere Informationen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung. Wir führen übrigens auch einen PV-Anlagencheck für Sie durch, beraten Investoren beim Kauf von neuen oder gebrauchten PV-Anlagen inklusive einer Wertermittlung und unterstützen Sie weiterhin bei der Fehlersuche. Kontaktieren Sie uns.


Teil 1: Thermografie (Infrarotmessung) an PV-Anlagen

Die Thermografie stellt eine effiziente Methode dar defekte Solarmodule sicher zu erkennen. Über Temperaturdifferenzen lassen sich defekte Teile im Solarmodul schnell identifizieren.

Typische Fehlerquellen an Solarmodulen die mittels einer Thermografieaufnahme aufgefunden werden können:

  • Zellbruch:
    Die gesamte Zelle oder ein Teil der Zelle arbeitet nicht mehr. Die gebrochenen Zellen sind ausgefallen, es wird kein Strom mehr von dem Zellteil erzeugt und es fließt auch kein Strom mehr durch die Zellen. Sie sind daher kalt.

  • Hotpots (heiße Flecken):
    Hotspots entstehen zum Beispiel durch lokale Abschattung auf dem Modul. Ursache kann Verschmutzung, Laub, Äste etc. sein. Der abgeschattete Teil der Zelle wirkt wie ein Ohmscher Widerstand im Strang und führt damit zu einer sehr starken, lokalen Erhitzung. Die Erhitzung wiederum kann zu dauerhaften Schäden am Modul und dauerhaften Leistungsverlust des Strings führen. Hotspots sind mit dem bloßen Auge teilweise schwer oder gar nicht zu erkennen. Mit einer Thermografieaufnahme lassen sie sich schnell und wirkungsvoll identifizieren.

  • Ausgefallene Module:
    Sollte das komplette Solarmodule ausgefallen sein, lässt sich dieses ebenso sofort mit einer Thermografiekamera erkennen. Das ausgefallene Modul ist kälter als die umgebenden Module. Weiterhin ist keine Rasterung auf dem Modul selber zu erkennen. Bei einem ordnungsgemäß arbeitenden Modul zeichnen sich die Zellen durch eine klare Rasterung auf der Infrarotaufnahme ab.

  • Defekte Bypassdioden:
    Bypass-Dioden schützen die PV Module vor Hotspots (-> siehe oben). Werden Zellen aufgrund von beispielsweise Laub oder auch einer Wolke vor der Sonne verschattet, liefern die Zellen keinen Strom mehr.Nicht nur das, sondern weitaus schlimmer: Die Zellen verbrauchen nun Strom (aufgrund des ohmschen Widerstands) und werden durch den Stromverbracuh extrem heiß, bis hin zu einer Beschädigung des Moduls und eines Brands.

    Aus diesem Grund werden Bypass-Dioden verbaut, die im Falle einer lokalen Verschattung auf Durchlass gehen.  Das heißt, der verschattete Teil der Zellen wird vom restlichen String entkoppelt. Es wird somit zwar weniger Leistung von dem Modul abgegeben, die Zellen sind aber vor einem auftretenden Hotspot besser geschützt. Ferner würden gar nicht oder schlecht arbeitende Zellen den gesamten Modulstring in der Leistung stark herunterziehen. Entkoppelte Zellen sind daher in der Gesamtbilanz wesentlich besser als schlecht arbeitende Zellen.

    Aufgrund von temporärer oder dauerhafter Überlastung können die wichtigen Bypass-Dioden zerstört werden. Die zu der Bypass-Diode gehörenden Zellen werden dann kurzgeschlossen. Dieser Defekt lässt sich mit einer Thermografieaufnahme klar erkennen.

Teil 2: Kennlinienmessung

Mittels einer Kennlinienmessung lässt sich schnell und wirkungsvoll die tatsächliche Leistung Ihrer Module ermitteln und mit den Sollwerten aus dem Datenblatt abgleichen. Dieses kann für Garantieansprüche oder für die Suche nach Fehlerquellen von großer Relevanz sein.

Der Vorteil der Kennlinienmessung ist, dass der Test direkt an der PV Anlage vor Ort durchgeführt werden kann. Mit dieser Art der Messung kann also zeitsparend die tatsächlichen Kennwerte der Solarmodule ermittelt und mit den Sollwerten aus dem Datenblatt verglichen werden.

Funktionsweise:
Das Kennlinienmessgerät misst den Verlauf der Strom-Spannungskennlinie. Aus der Strom-Spannungskennlinie lässt sich wiederum die Peak-Leistung des Moduls ermitteln.

Der Kurzschlussstrom und die Leerlaufspannung des Moduls lassen sich zwar grundsätzlich auch mit einem Multimeter ermitteln. Jedoch erhält man über diesen Weg lediglich zwei Extremwerte. Den maximalen Strom, also Kurzschlussstrom sowie die maximale Spannung, die Leerlaufspannung.

Diese Werte sind für die Ermittlung der Maximalleistung des Moduls jedoch uninteressant, weil die Maximalleistung an dem sogenannten MPP (Maximal Power Point), den maximalen Arbeitspunkt auftritt. Dieser liegt zwischen den Extremwerten und lässt sich nur über die Erfassung der gesamten Strom- / Spannungskennlinie bestimmen.

Das Kennlinienmessgerät ist hierfür mit einem Kondensator versehen, der als kurzzeitiger Zwischenspeicher dient. Während des Tests lädt das Modul den Kondensator von null bis auf die Endspannung des Moduls auf. Bei diesem Aufladevorgang werden die Strom- und Spannungswerte gemessen. Zunächst ist die Spannung klein und der Strom groß. Mit zunehmender Aufladung steigt die Spannung und sinkt der Strom. Die Zwischenwerte werden von dem Gerät aufgezeichnet und somit erhält man am Ende die vollständige Kennlinie.

Die Messung erfolgt direkt an der Anlage und somit unter der aktuellen Temperatur und Einstrahlung. Die Kennlinie in dem Moduldatenblatt bezieht sich jedoch auf Standardtestbedingungen, sogenannte STC (Standard Test Conditions). Diese werden bei einer Einstrahlung von 1000 W/m², einer Zelltemperatur von 25° und einem Airmass von 1.5 ermittelt. Um die Kennlinien vergleichbar zu machen, rechnet das Kennlinienmessgerät schliesslich die aktuellen Messdaten in Standardbedingung (STC) um. Hierzu wird während der Messung über ein Kalibrierungsmodul die aktuelle Einstrahlung gemessen und über ein Thermometer die Zelltemperatur erfasst. Mit diesen Daten kann zuverlässig eine Umrechnung auf STC erfolgen.

Neben der Leistung der Module lässt sich auch der Wirkungsgrad des Wechselrichters ermitteln sowie weitere Modulkennwerte wie der Füllfaktor (der Füllfaktor gibt die nutzbare Leistung als Verhältnis zur theoretischen Leistung an) als auch der Serienwiderstand.

Zusammengefasst lässt sich also mit einem Kennlinienmessgerät wirkungsvoll die tatsächliche Leistung der Module überprüfen. Bei deutlichen Abweichungen vom Soll ist als weitere Verifizierung dennoch eine zusätzliche Messung in einem Prüfinstitut über einen sogenannten Flashtest zu empfehlen.

Strom-Spannungskennlinie, Kennlinienmessung

 

 

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