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Instandhaltung von Photovoltaikanlagen mit FLUKE Wärmebildkameras

 


Photovoltaikanlagen

Eine Photovoltaikanlage besteht aus zu Feldern zusammengeschalteten Solarmodulen, die auf geeigneten Strukturen befestigt werden, Wechselrichtern, die den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, Solarmodulnachführungen (je nach Anlagentyp) sowie Mittelspannungswechselrichtern, wenn die Anlage an ein öffentliches Netz angeschlossen ist. All diese Komponenten zusammen führen bei korrekter Funktionsweise innerhalb der ermittelten Frist zur Amortisation und Rendite.


Solarmodule

Die zu Feldern zusammengeschalteten Solarmodule bestehen aus lichtempfindlichen Halbleiterzellen. Diese Zellen erzeugen den Gleichstrom. Bei ihrer Herstellung kommen verschiedene Technologien und Materialien zum Einsatz, z. B. polykristallines Silizium, Dünnschichtmaterial, Cadmiumtellurid (CdTe) und Galliumarsenid (GaAs), von denen jedes seinen spezifischen Wirkungsgrad besitzt. Diese Zellen werden im Modul in einer oder mehreren parallelen Reihen zusammengeschaltet, um die gewünschte Spannung und die gewünschte Leistung zu erzeugen. Unter normalen Betriebsbedingungen entsteht bei Sonneneinstrahlung in jeder Solarzelle eine Spannung, die sich bei Zusammenführung mit der Spannung der restlichen Zellen zur Ausgangsspannung des Moduls summiert. Diese wird wiederum im Wechselrichter in die gewünschte Wechselspannung umgewandelt. Das Verhältnis von Spannung und erzeugtem Strom wird in der I-V Kurve dargestellt, die für jede Zelle charakteristisch ist. Bei Sonneneinstrahlung ist das Produkt aus Stromstärke und Spannung größer als Null, d. h. es wird Energie erzeugt.

 

        

 

Wenn eine Solarzelle nicht arbeitet oder keine Energie erzeugt, weil keine Sonneneinstrahlung erfolgt, kann sie u. U. eine umgekehrte Polarität aufweisen. Die Zelle verhält sich dann wie eine Senke statt wie ein Generator, so dass es zu einer erhöhten Umwandlung von Energie in Wärme kommen kann.

Ein solcher Sachverhalt lässt sich mit einer Fluke Wärmebildkameramit IR-Fusion®-Technologie leicht erkennen.

Die Fluke Wärmebildkamera nimmt gleichzeitig ein vollständig radiometrisches Wärmebild und ein Sichtbild auf. Diese Bilder werden Pixel für Pixel überlagert. Dabei ist der Grad der Überblendung einstellbar.Das entstandene Bild zeigt mit einer Palette benutzerdefinierbarer Farben, die jeweils für eine andere Temperatur stehen, die Oberflächentemperaturen der abgebildeten Objekte (in diesem Fall der Solarmodule) an. Außerdem zeigt es ein Sichtbild, mit dem die Zonen der Elemente identifiziert werden können. Dank des Wärmebilds ist erkennbar, wie die defekten Zellen überhitzen (siehe Abbildung).

 

     

 

Die günstigsten Voraussetzungen zum Aufspüren solcher Probleme herrschen, wenn das Modul den meisten Strom abgibt, was normalerweise zur Mittagszeit eines wolkenlosen Tages der Fall ist. Unter solchen Bedingungen können Zellen schnell Temperaturen von biszu 111 °C annehmen (siehe Abbildung).

Je nach dem wie das Solarmodul aufgebaut ist und ob die Zellen in Reihe geschaltet sind, um die vom Wechselrichter benötigte Spannung zu erreichen, kann ein Fehler in einer der Zellen zu einem vollständigen oder teilweisen Leistungsausfall eines Solarmodulsführen.

Durch ein solches Problem kommt es zu einer geringeren Leistungsabgabe des Moduls, wodurch es länger dauert, bis die gewünschte Rentabilität erreicht wird. Außerdem können die mit der Überhitzung in Zusammenhang stehenden Probleme die Ursache dafür sein, dass benachbarte Zellen weniger effizient arbeiten oder ganz ausfallen und sich das Problem über das gesamte Modul ausbreitet.

 

  

 

Mithilfe einer Wärmebildkamera können Solarmodule sowohl von ihrer Vorder- als auch von ihrer Rückseite untersucht werden. Letzteres hat den Vorteil, dass Probleme im Zusammenhang mit Sonnenreflexionen oder Reflexionen aufgrund des niedrigen Emissionsgrads, der mit der kristallinen Oberfläche des Moduls einhergeht, vermieden werden.

Mittels Thermografie können Module mit heißen Stellen schnell und aus der Entfernung identifiziert werden. Die Anlage wird einfach mit der Wärmebildkamera gescannt.

Um die Probleme zu vermeiden, die durch die umgekehrten Polarität von Zellen entstehen, können Solarmodule Dioden zum Schutz (Sperrdioden, Einweg-Gleichrichter oder Bypassdioden) enthalten, die umso mehr Leistung abführen, je größer die Anzahl der defekten Zellen ist. Diese Erwärmung kann ebenfalls mit der Wärmebildkamera erkannt werden, indem das Modul auf der Seite der Anschlüsse untersucht wird.


Weitere Beispielbilder:


 

 

 

 

 

ACHTUNG BEI:

Bei der Aufnahme der Wärmebilder muss besonders auf Schatten von Bäumen, Mittelspannungsmasten, anderen Modulen usw. geachtet werden, die Bereiche mit unregelmäßiger Wärmeentwicklung verursachen. Andernfalls könnten diese, vor allem wenn die Wärmebilder zu früh am Morgen oder zu spät am Nachmittag aufgenommen werden, zu einer Fehlinterpretation führen.

Außerdem muss der Wind mit in Betracht gezogen werden, da er die Temperatur überhitzter Zonen durch Konvektion senkt und diese dann unter Umständen nicht als Fehler interpretiert werden.

  

Hier finden Sie den ganzen Bericht in PDF

 

Messen und Prüfen von Photovoltaikanlagen 

 

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