Dank Thermographie Früherkennung von Fehlern bei Photovoltaikanlagen

Die Thermographie ermöglicht eine effiziente Kontrolle von Solarkraftwerken und die rasche Erkennung von Fehlern.

Richtig ausgeführte Thermographien ermöglichen es versteckte Fehler von Photovoltaikanlagen früh zu erkennen. Das vermeidet Ertragseinbussen und erhöht die Sicherheit. Jendra Power hat sich auf Thermographieanalysen von Photovoltaikanlagen spezialisiert.

Die Photovoltaik eignet sich aus verschiedenen Gründen hervorragend für die Analyse durch Thermographie: Sie arbeitet mit hohen Gleichströmen. Pro Strang erreichen die Ströme rund 8 A, in Sammelkabeln ein Mehrfaches davon. Dadurch kann es leicht zu Überhitzungen in Übergangswiderständen kommen, die gefährlich sind. Gefährdete Stellen sind:

  • Modulstecker
  • Anschlussdose der Module
  • Klemmenkasten, insbesondere Sicherungen und Anschlussklemmen
  • Interne Lötstellen innerhalb der Module
  • Doch die Überhitzungen sind tückisch:
  • Mit Gleichstrom gibt es keinen „Nulldurchgang“, somit kein eigenständiges Erlöschen eines Lichtbogens.
  • Der Schaden kann nicht mit blossem Auge erkannt werden.
  • Je nach Einbausituation kann eine Überhitzung erhebliche Folgeschäden nach sich ziehen.

Mit Hilfe der Thermographie können Fehler sichtbar gemacht werden und Folgeschäden vermieden werden.


Vier Beispiele von Überhitzungen:

Abb. 1 und 2: Beispiele von Überhitzungen

Fehlerquelle: Mangelhafte Lötstellen an den Zellverbindern und Fehler in der Anschlussdose

Da Solarzellen sehr empfindlich auf ein sogenanntes „Mismatch“, d. h. unterschiedliche elektrische Eigenschaften von Zellen in einer Zellenreihe, reagieren, können diese Fehlerquellen besonders gut mittels Thermographieanalyse identifiziert werden. Sobald mehr Strom durch die Zelle fliesst, als sie produzieren kann, erwärmt sie sich. Beispiele für solche Fälle:

  • Zelldefekte
  • Zelle mit geringer Leistungsfähigkeit
  • Teilbeschattung, zum Beispiel durch Stangen, Bewuchs, Verschmutzung
  • Reduzierte Zellleistung durch Potentialinduzierte Degradation (PID)

Thermische Auffälligkeiten durch PID, Zelldefekte, Beschattungen

Eine nochmals andere Temperaturausffälligkeit tritt bei Modulen auf, die teilweise oder ganz ausser Betrieb sind. Die Ursache davon sind oft defekte Bypassdioden. Da durch die Stromerzeugung ein Teil der eingestrahlten Energie in Form von Strom abgeführt wird. verraten sich nicht funktionierende Teile durch eine höhere Temperatur.

Thermische Auffälligkeiten durch ausgefallene Stränge oder Modulteile

Aussagekräftige Thermographieanalysen brauchen Know-how

Ein Spezialfall sind Kurzschlussströme in Strängen. Diese können durch Montagefehler verurscht werden, aber auch durch defekte Komponenten. Diese Fehler bergen zwar kein Sicherheitsrisiko, führen jedoch zu einem Ertragsausfall.

Die Thermographiegeräte werden zwar immer kostengünstiger und daher auch erschwinglich für Laien/Nichtfachleute, die Analyse erfordert aber ein grosses Know-how. Folgende Fälle können zu falschen Interpretationen führen:

Ein Solarkraftwerk besteht aus den verschiedensten Materialien, somit unterscheiden sich auch die Emissionsgrade. Die Bilder zeigen oft nicht die korrekten Temperaturen. Glas spiegelt Wärmestrahlung. Oft wird mit dem Thermographiegerät etwas anderes aufgenommen, als angenommen wird. Beispiele sind das eigene Spiegelbild (Wärme!) oder der Reflex der Sonne oder Wolken. Da am besten im rechten Winkel zur Oberfläche aufgenommen wird, wird die Messung durch die Aufnahme beeinflusst. Der Schattenwurf unterbricht den Stromfluss und reduziert allfällige Hotspots.

Die Globalstrahlung muss, will man technisch korrekte und juristisch verbindliche Resultate erhalten, auf Modulebene grösser als 700 W/m² sein. Diese Forderung ist oft gar nicht so einfach einzuhalten.

Sehr oft ist eine Aufnahme gar nicht möglich, so zum Beispiel auf Schrägdachanlagen.

Das Thermographieren sollte deshalb mit Sorgfalt und mit Wissen um die Fehlerquellen ausgeführt werden. Um aussagekräftige Aufnahmen zu erzielen, ist nicht die absolute Temperatur relevant, sondern nur die Differenz zur Umgebung. Bereits ab 1 K Differenz sind die Unterschiede gut sichtbar.

Neue Methoden in der Thermographie

Die rasche Entwicklung von Drohnen hat die Thermographie aus der Luft möglich gemacht. Die ersten kommerziellen Einsätze haben gezeigt, dass dieses Hilfsmittel ausserordentlich effizient ist. Anlagen können schnell überprüft werden, Fehler werden innert kürzester Zeit aufgedeckt. Zudem können Anlagen überprüft werden, die wegen der schlechten Zugänglichkeit sonst thermographisch nicht kontrolliert werden können.


PID-Problem und Dachausschnitt mit mehreren Moduldefekten