23.10.2012
Hotspots in Photovoltaikmodulen erkennen
Per Nacht-Thermographie verdeckte Schäden an Solarstromanlagen sichtbar zu machen.Ob an einer Photovoltaikanlage alles in Ordnung ist und ob sie den maximal möglichen Strom erzeugt, ist eine nicht leicht zu beantwortende Frage. Anders als zum Beispiel bei einem Automotor, kann man eine Solarstromanlage nicht so ohne weiteres in den “Nennbetrieb” bringen. Die Sonne scheint sehr ungleichmäßig und die “Normeinstrahlung” von 1000W/m² kommt in der Praxis äußerst selten vor. Wie man eine Anlage trotzdem und ganz unabhängig von der Wetterlage, auf bestimmte Fehler untersuchen kann, ist Inhalt dieses Artikels.
Wenn man die Kennlinien einer Solarstromanlage aufnehmen will braucht man eine Sonneneinstrahlung von mindestens 500W/m². Soll die Messung noch dazu normgerecht ausfallen müssen es sogar 800W/m² sein. Bei einer flach geneigten Anlage – zum Beispiel auf einer landwirtschaftlichen Halle – kein leichtes Unterfangen, da nicht nur das Wetter mitspielen, sondern auch noch die Jahreszeit stimmen muss. Steht die Sonne zu tief über dem Horizont, wird die Einstrahlung pro Quadratmeter nicht mehr erreicht. Auch Thermographieuntersuchungen von Solarstromanlagen sind nur bei gutem Wetter möglich, da nur dann ausreichend Strom durch die Zellen fließt. Der Strom erwärmt die Zellen unterschiedlich. Insbesondere an fehlerhaften Lötverbindungen ist der Widerstand besonders groß und dadurch lokal die Temperatur etwas höher als in der Umgebung. Dadurch kann man diese Fehler als sogenannte Hot-Spots mit der Thermographiekamera sichtbar machen. 
Neben dem sonnigen Wetter sollte auch hier (wie bei der Kennlinienmessung) der Himmel möglichst wolkenfrei sein, da die Wolken - wie jeder andere Körper - Wärmestrahlung emittieren, die von den Glasoberflächen der Solarmodule reflektiert wird. Es kann daher vorkommen, dass man im Thermographiebild nicht nur die von den Modulen emittierte Strahlung sondern zusätzlich noch Reflexionen von den Wolken sehen kann. Man muss sich das ähnlich vorstellen wie bei einer Lampe. Ist die Lampe ausgeschaltet sieht man sie ja nur deshalb, weil Licht an Ihrer Oberfläche reflektiert wird. Schaltet man die Lampe dann ein, kommt zu dem reflektierten Licht noch das von der Lampe emittierte Licht dazu. Da jeder Körper mit einem bestimmten, von seiner Temperatur abhängigen, Spektrum strahlt, ist die Lampe quasi immer eingeschaltet und gestrahlt wird im infraroten Bereich. (Zumindest wenn die Körper nicht zu heiß werden).
Bedenkt man all diese witterungsbedingten Einschränkungen, kann man faktisch eine professionelle Überprüfung von Solarstromanlagen nur an bestimmten Tagen im Jahr anbieten. Das ist nicht nur äußerst unpraktisch, das macht die Sache natürlich auch schwieriger planbar und teuer. Bei kleineren Anlagen ist es noch halbwegs praktikabel auf die nächste Schönwetterperiode zu warten um die komplette Anlage zu checken. Bei großen Solarparks hingegen, ist es praktisch unmöglich eine sorgfältige Prüfung aller Stränge durchzuführen. Hier werden in der Regel die schönsten Tage im Jahr ausgewählt um die Anlagen mit dem Helikopter zu überfliegen, um dann mit der Thermografiekamera Unregelmäßigkeiten aufzuspüren.
Da wir bereits vor einigen Jahren einmal ein Projekt verfolgt hatten, bei dem es um das rückwärts Bestromen von Solargeneratoren ging, lag es nahe diese Technik weiter zu verfolgen und auch für andere Zwecke nutzbar zu machen. Kürzlich hatte ich bereits einen Artikel zum Thema “Outdoor Elektrolumineszenz” veröffentlicht, der ebenfalls von dieser Technik Gebrauch macht. Auch im Falle der “Nacht-Thermographie” werden die Module rückwärts bestromt, diesmal wird jedoch nicht, wie bei der Elektrolumineszenz, die “kalte Emission” der Zellen bei etwa 1100nm Wellenlänge gemessen, sondern die temperaturbedingte Strahlung der Zellen im Bereich von 8000– 14000nm (8-14µm). Mit dieser Strahlung kann man zwar nicht die kleinsten Mikrorisse in den Zellen sehen, man erkennt aber auf den ersten Blick die durch Übergangswiderstände verursachten Hot-Spots und zwar nicht nur auf oder zwischen den Zellen, sondern auch an schlechten Steckerverbindungen. So kann man beispielsweise eine potenzielle Brandgefahr frühzeitig erkennen und schadhafte Module austauschen oder reparieren.
Die ersten Versuche mit der “Nacht-Thermographe” zeigen, dass man Hot-Spots die man tagsüber sehen kann, nachts bei einem definierten Rückstrom eigentlich sogar noch besser und deutlicher sichtbar machen kann, da man keine reflektierte Sonnenstrahlung mehr auf den Modulen hat. Meine ersten Untersuchungen zeigen auch, dass der Blickwinkel zu den Modulen, der tagsüber eine sehr wichtige Rolle spielt um nicht zu viele Reflexionen zu sehen, nachts nicht so stark ins Gewicht fällt. An einer unserer eigenen Anlagen, die inzwischen leider schon 4 Hot-Spots aufweist, konnte ich die heißen Punkte auch aus einem sehr flachen Blickwinkel noch eindeutig identifizieren.
Als Fazit bleibt zu sagen, dass ich jedem Solarteur bzw. Gutachter von Solarstromanlagen nur empfehlen kann, sich mit der Methode der Nacht-Thermographie zu beschäftigen. Sie bietet eine gute und wetterunabhängige Methode verdeckte Schäden an Solarstromanlagen sichtbar zu machen und bietet für Solarfachbetriebe eine gute Möglichkeit die dunkle Jahreszeit mit sinnvollen Wartungstätigkeiten auszufüllen.
Für alle Interessierten, stehen wir bezüglich dieses Themas gerne beratend zur Seite. Wir bieten unter anderem Praxisschulungen als auch Beratung bei der Beschaffung des notwendigen Messequipments, insbesondere im Bereich der Rückbestromung an. Für Januar 2013 haben wir ein kleines Seminar zum Thema “Fehlersuche an Photovoltaikanlagen” geplant, in dem unter anderen auch diese Technik ausführlich vorgestellt werden wird.
Quelle: photovoltaikbuero
Link: http://www.photovoltaikbuero.de/pvKnowHowBlog/tabid/128/EntryId/192/Nacht-Thermographie.aspx#506
