15.09.2014 | Thermographie- und Elektrolumineszenzmessung an 56kWp PV-Anlage

Thermographie- und Elektrolumineszenzmessung an 56 kWp PV-Anlage

Im Rahmen der Begutachtung einer 56,34 kWp-Photovoltaikanlage auf dem ehemaligen Verlagsgebäude der Photon, Aachen, wurden eine Reihe von Mängeln und Unregelmäßigkeiten an der Montageausführung und Dokumentation festgestellt.

Zur Bestandsaufnahme, Funktionsprüfung und Nachdokumentation wurden 2  verschiedene Messverfahren eingesetzt, um u.a. die 313 TRINA-Solarmodule den 7 SMA und PowerOne-Wechselrichtern zuordnen zu können, sowie (Teil-) Ausfälle von Modulen durch Überspannungen und ähnliches schnellstmöglich detektieren zu können.

Zum Video: Thermographie- und Elektrolumineszenzmessung

Bei der
Thermographie wird die Wärmeabstrahlung eines Solarmoduls mittels Spezialkamera in ein optisches Bild umgewandelt. Werden dabei Solarmodule bzw. einzelne Zellbereiche im Modul gegenüber ihrer Umgebung wärmer, so kann man diese auf dem Wärmebild sehr genau erkennen. 

Fließt nämlich Strom durch eine Solarzelle, einen Stecker oder ein Kabel, entsteht bedingt durch den elektr. Widerstand grundsätzlich eine geringe Verlustwärme. Ist der elektr. Widerstand an einer bestimmten Stelle größer, beispielsweise durch einen gelösten Zellverbinder, eine schlechte Lötstelle oder  einen nicht ausreichend verbundenen Steckverbinder, entsteht an dieser Stelle eine etwas höhere Temperatur. Diese kleinen Temperaturunterschiede und damit verbundenen Leistungsverluste sind deutlicher messbar als beispielsweise mit einem Kennlinienmessgerät.
Allerdings kann die Thermographie normgerecht erst ab Einstrahlungen von 400W/m² durchgeführt werden, denn nur ein ausreichend großer Strom durch die Komponenten führt zu entsprechenden Temperaturunterschieden. Um diese Messmethode wetterunabhängiger zu machen, nutzt man bei der Rückstromthermographie ein spezielles Netzteil mit einem definierten Strom, welches  rückwärts auch  in einen ganzen Solarmodulstring einspeisen kann. Dies kann tagsüber aber auch nachts erfolgen. Die Nachtmessung hat den Vorteil, dass es auf der Glasscheibe der Solarmodule zu weniger störenden Reflexionen (Wolken, Gebäudeaufbauten, Vogelkot usw.) kommt als tagsüber. Da die durch den Strom bedingte Verlustwärme von der Richtung des Stromes unabhängig ist, können wir mit dieser Methode somit warme und heiße Punkte an den Modulen oder Modulanschlussdosen, sowie an den Steckverbindern zwischen den Modulen wetter- und zeitunabhängiger lokalisieren.

Im Tagesbetrieb und bei Sonneneinstrahlung werden funktionsfähige Modulbereiche nicht so warm wie defekte Bereiche. Bei der Rückbestromung in der Nacht verhält es sich genau anders herum, hier werden die bestromten Bereiche selbstverständlich wärmer als die nicht bestromten.

Mit der Outdoor-Elektrolumineszenzmessung (EL) gehen wir noch einen Schritt weiter, und können neben den klassischen Fehlern wie, nicht angeschlossene Solarmodule im String, ganz oder teilweise kurzgeschlossene Solarmodule durch defekte bypass-Dioden, nun auch Haarrisse und Zellbrüche durch Transport, Montage oder Hagel, sowie defekte oder hochohmige Zellverbinder sehr einfach aufspüren.

Dafür werden Einzelmodule bzw. ganze Modulstrings mit einem speziellen Netzgerät rückwärts bestromt. Aktive, nicht beschädigte Zellen bzw. ganze Module emittieren dadurch eine schwache Strahlung im nahen Infrarotbereich, die mit einer speziellen EL-Kamera aufgenommen werden kann. Dabei erscheinen wie auf einem Röntgenbild die unbeschädigten/aktiven Zellbereiche hell, inaktive oder beschädigte Zellen werden dunkel bis schwarz dargestellt.

War man bisher von der Annahme ausgegangen, dass solche Messungen nur in abgedunkelten Laboratorien mit sehr teuren Spezial-EL-Kameras durchgeführt werden können, sind mittlerweile praxiserprobte Messverfahren auf dem Markt, die eine Vermessung vor Ort OHNE Moduldemontage ermöglichen. Die Aufnahmen müssen allerdings bei Dunkelheit und mit relativ langen Belichtungszeiten durchgeführt werden. Dazu werden Bodenstative oder Hochstative eingesetzt.

Mittlerweile sind wir soweit, dass der Einsatz dieses Messverfahrens in Kombination mit unserem Flugroboter in den nächsten Tagen erstmals umgesetzt wird. Für einen Schnellscan mit geringeren Belichtungszeiten und entsprechend gröberer Auflösung, wurde die Kamera- und Filtertechnik geändert/angepasst. Eine allgemeine Aufstiegsgenehmigung der Flugbehörden, Bezirksregierung Düsseldorf für Nachtflüge liegt uns bereits vor. Die Umbauarbeiten an unserem Flugroboter wurden diese Woche durchgeführt.

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