Untersuchungen von Photovoltaikanlagen

Vor einigen Jahren gab es kaum Photovoltaik- Anlagen. Besonders durch die staatlichen Förderungen haben die PV- Anlagen enorm zugenommen. Gerade bei Inbetriebnahmen von Solaranlagen oder zur turnusmäßigen Kontrolle ist die Thermografie ein wichtiges und aussagekräftiges Hilfsmittel. Kein anderes Messverfahren ist in der Lage, Leistungsverluste von wenigen W [Watt] in einem PV- Modul zu erkennen. Anlagenüberwachungssysteme wie z.B. Datenlogger können momentan keine Verluste (Fehler) von unter 1.000 W finden, was für die Infrarotmessungen kein Problem darstellt. Es ist keine Seltenheit, dass Fehler (Verluste) erst bei der Abrechnung bemerkt werden. Auch kleine Fehler in den PV- Modulen führen in der Summe zu nicht unerheblichen Ertragsverlusten in der gesamten Anlage. Ebenfalls können bei den Montagen von Solaranlagen oder dem Transport der einzelnen Module schon feine Haarrisse in den Gläsern der Module entstehen, in welche mit der Zeit Feuchtigkeit eindringt. Diese Feuchtigkeit kann dann zur Oxidation und Zerstörung der Gridfinger (Verbindungen zwischen den einzelnen Zellen) innerhalb der Solarmodule führen. Frost führt dann meist zu weiteren Schäden.
Ein Solarmodul besitzt meist 3 Substrings (Stränge in Reihe geschalteter Zellen). Fällt jetzt nur eine Zelle aus, so arbeitet die gesamte Aneinanderreihung der einzelnen Zellen nicht mehr. In diesem Fehlerfall überbrücken Bypassdioden den fehlerhaften Substring, da ansonsten das gesamte Solarmodul ausfallen würde. Somit geht nur 1/3 der Gesamtleistung des Solarmodules verloren. Auch diese Fehler können mittels Infrarotmessungen schnell und sicher geortet werden.
Im unteren 3 Infrarotbilder von defekten Solarmodulen, integriert in einer großen PV- Anlage. Neben falsch oder gar nicht angeschlossenen Solarmodulen, können die Fehler im Solarmodul selbst oder auch in den Wechselrichtern liegen. Nicht selten gehen Solarmodule auch durch Vandalismus oder Hagelkörner zu Bruch, wie es die unteren beiden Fotos zeigen.

 

Zur Untersuchung von Solaranlagen sollte eine Globalstrahlung von mindestens 600 W/m² (idealerweise 800 - 1000W/m²) vorhanden sein, damit Fehlerstellen im Infrarotbild auch gut sichtbar werden. Zwischen 50° und 80° sollte der Messwinkel zu den einzelnen PV- Modulen betragen. Messwinkel unter 30° sind wenig sinnvoll, da die bei der Messung von Glas stark gerichtete Strahlung sonst unnötig Probleme bereitet. Daher sind meist Hebebühnen oder Teleskopmaste notwendig, um die Anlagen in einem optimalen Messwinkel untersuchen zu können. Solaranlagen, welche auf Flachdächern montiert sind, können nur mit solchen Techniken untersucht werden. Bei großen Solaranlagen werden die Messungen über einen Helikopter wirtschaftlich.
Meist sind verschiedene Objektive von Weitwinkel- bis zum Teleobjektiv notwendig und die Infrarotkamera sollte eine Auflösung von 640x480 Bildpunkten = 307.200 Messpunkte aufweisen, um auch in großen Entfernungen kleine Fehlerstellen sicher lokalisieren zu können. Die Fehlerstellen im unteren Infrarotbild mit dem starken Grauanteil konnten durch die hohe Messpunktanzahl so z.B. 4- fach vergrößert werden, ohne dass ein nennenswerter Qualitätsverlust und somit Informationsverlust sichtbar wird.
Sichtprüfungen, Strom-, Spannungs- und Kennlinienmessungen geben bei komplizierten thermografisch lokalisierten Fehlerstellen weitere Hinweise zu den Ursachen von Ertragsverlusten von Photovoltaik- Anlagen.

 


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