PHOTOVOLTAIK THERMOGRAFIE - Objektnummer: 123.456
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
PHOTOVOLTAIK THERMOGRAFIE Objektnummer: 123.456 Herr Max Sonne Sonnenallee 19 12345 Sonnenstadt
Sehr geehrter Kunde,
wir freuen uns, dass Sie sich entschieden haben, Ihre Photovoltaikanlage zu überprüfen und möchten Ihnen mit dieser
Broschüre erste Hinweise zu auffälligen Anlagenteilen und Ineffizienzen geben.
Auf den folgenden Seiten finden Sie Interessantes zum Thema Photovoltaik-Thermografie, zu möglichen Fehlerursachen
und typischen Fehlerbildern auf Solarmodulen. Auf den hinteren Seiten dieser Broschüre befinden sich die kommentierten
Infrarotaufnahmen Ihrer PV-Anlage. Sollte Ihre Anlage kritische Bereiche aufzeigen, hoffen wir, dass Ihnen mit dieser
Dienstleistung eine wichtige Grundlage zur Fehlerbeseitigung und Werterhaltung Ihrer Anlage gegeben wird.
Inhalt
Seite 3
Allgemeines zur PV-Thermografie
Wissenswertes und Kameratechnik
Seite 4
Funktionsweise von Photovoltaikmodulen
Aufbau und Schaltung
Seite 5
Beispiele aus der Praxis
Verschiedene Fehlerbilder und deren Ursachen
Seite 7
Infrarotbilder mit Erläuterungen
Ihre PV-Anlage im Infrarotspektrum
2
Allgemeines zur PV-Thermografie
Die Thermografie, also das Abbilden von Objekten im infraroten Strahlungsbereich, wird eingesetzt um die Wärmevertei-
lung an Oberflächen sichtbar zu machen. Die unsichtbare Wärmestrahlung, die alle Körper ausstrahlen, wird mit einer In-
frarotkamera erfasst und in einem Infrarotbild dargestellt.
Neben dem Einsatz in der Bautechnik, wo Wärmeverluste zum Zweck der Energieeinsparung aufgezeigt werden, wird das
Verfahren genutzt, um Photovoltaikmodule einer berührungslosen und zerstörungsfreien Prüfung zu unterziehen.
Vergleichsbild: aufgeständertes
Solarmodul mit heißer Anschlussdose
von der Rückseite aufgenommen
Die Thermografie von Photovoltaikanlagen ist ein anerkanntes Verfahren, welches bereits beim Herstellungsprozess der
Solarmodule zur Qualitätssicherung angewendet wird. Sie ist ein effektiver und schneller Weg, die Anlage zu prüfen und
Fehler visuell darzustellen. Ursachen für eine verminderte Anlagenleistung können erkannt und Maßnahmen zur Erhöhung
der Anlageneffizienz geplant werden.
Die Kameratechnik
Ihre Infrarotbilder wurden mit dem Kameramodell T640 von FLIR
Systems erstellt. Es gehört zu den leistungsfähigsten Infrarotka-
meras im mobilen Bereich und ist durch die hohe Auflösung für
den Einsatz an Photovoltaikanlagen bestens geeignet.
Technische Daten: FLIR T640
Thermische Auflösung: 0,035 K
Bildpunkte: 640 x 480 Pixel
Objektiv: 45° Weitwinkel
Winkelauflösung: 1,23 mrad
Temperaturbereich: -40 °C bis 2000 °C
3
Funktionsweise von Photovoltaikzellen
Die kleinste Einheit einer Photovoltaikanlage ist die einzelne
Photovoltaik-Zelle. Sie wandelt unter Ausnutzung des photo-
voltaischen Effekts Sonnenlicht in elektrische Energie um.
95 % aller Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial
Silizium. Siliziumzellen werden in kristalline und amorphe Zel-
len unterteilt, wobei auf die kristallinen Zellen der größte
Marktanteil entfällt.
Die erzeugte elektrische Spannung einer Einzelzelle ist zur Einspei-
sung zu gering, so dass viele Photovoltaik-Zellen zu einem Modul
Z1 Z2 Z17 Z18 Z19 Z20 Z35 Z36
hintereinander in Reihe geschaltet werden.
+ -
+ -
R
Die Reihenschaltung hat zur Folge, dass beim Ausfall einer einzelnen
Wärme Zelle das gesamte Modul in seiner Leistung reduziert wird. Fehler-
Z1 Z2 Z17 Z18 Z19 Z20 Z35 Z36 hafte Zellen werden zum Verbraucher und erwärmen sich. Der Strom
der intakten Zellen wird durch die defekte Zelle „hindurchgedrückt“.
Dies hätte eine weitere Erwärmung bis hin zum Durchbrennen der
+ - + -
+ - defekten Zelle zur Folge. Schattenwurf von Bäumen etc. hat eine
R ähnliche Wirkung. Beschattete Zellen liefern eine geringere Span-
nung als unbeschattete Zellen und wirken als Widerstand.
Um einen Modulausfall durch einzelne leistungsgeminderte Zellen
zu vermeiden, werden nach einer gewissen Zahl von Einzelzellen so-
genannte Bypassdioden eingebaut, die nur in eine Richtung Strom-
Z1 Z2 Z17 Z18 Z19 Z20 Z35 Z36
durchlässig sind, Rückströme aber blockieren. So wird einem Ausfall
des Gesamtmoduls vorgebeugt - nur der betreffende Zellstrang ist in
+ - + - seiner Leistung gemindert.
+ -
R
4
Beispiel: 3-strängiges Photovoltaikmodul mit 60 Einzelzellen
+ 0 0 -
Bypass-Diode
PV-Zelle
Zellstrang
Schichtenaufbau eines kristallinen Solarmoduls
Leiterbahnen, Siliziumschichten und Deckglas sind in einem Modul fest miteinander vergossen. Eingebettet in ein spezi-
elles Gießharz werden die dünnen Siliziumschichten vor mechanischen- und Witterungseinflüssen geschützt. Die rückwär-
tige Glasschicht kann zur Gewichtsreduktion entfallen.
Aluminiumrahmen
Glas EVA
Tedlar-Folie Zellen
Dichtung
5
Beispiele aus der Praxis
Anhand der Temperaturverteilung auf der Oberfläche einer Solaranlage können fehlerhafte Anlagenteile schnell erkannt
werden. Die untersuchte Anlage muss sich während der Thermografie im Lastzustand befinden, also Strom erzeugen.
Normale Temperaturbilder
Idealerweise zeigt sich bei gleichmäßiger Einstrahlung ein sehr regelmäßiges Temeraturbild. Geringfügige Temperaturun-
terschiede von weniger als drei Kelvin sind entweder auf Fertigungstoleranzen der Siliziumschicht oder externe Wärme-
quellen wie zum Beispiel stromdurchflossene Anschlussdosen zurückzuführen.
Module ohne Auffälligkeiten
Ideales Temperaturbild bei gleichmäßiger Sonneneinstrahlung.
Die geringfügigen Temperaturdifferenzen sind nicht kritisch.
Module mit erwärmten Anschlussdosen
Modulbereiche, an deren Rückseite sich die Anschlussdose befin-
det, sind durch den Stromfluss meist leicht erwärmt. Dies lässt sich
bauartbedingt nicht vermeiden und wird nicht als Fehler interpre-
tiert.
Punktförmige Artefakte
Auf dem Modul befinden sich leicht erwärmte Hotspots. Wegen der
exponierten Lage der Module sind dies meistens lokale Verschmut-
zungen durch Vogelexkremente. Sehr heiße Hotspots (∆T > 15°C)
deuten auf Zellrisse hin und sind kritisch zu sehen.
6
Temperaturunterschiede von mehr als drei Kelvin deuten auf Anlagendefekte hin, wobei der fehlerhafte Modulteil in der
Regel wärmer als die funktionstüchtigen Bereiche ist. Zurückzuführen ist dies auf eine Vergrößerung des elektrischen
Widerstands von defekten Zellen oder falsch angeschlossenen Zellsträngen oder ganzen Modulen.
Deutlich erwärmte Einzelzelle
Eine Einzelzelle tritt im Infrarotbild deutlich erwärmt hervor. Dies
kann auf einen Zelldefekt hindeuten, kann jedoch auch auf eine rück-
wärtige Anschlussdose oder Abschattung zurückzuführen sein.
Deutlich erwärmter Zellstrang
Ein Zellstrang ist deutlich erwärmt. Dies deutet auf einen kurzge-
schlossenen oder nicht angeschlossenen Zellstrang hin. Ursache
eines Kurzschlusses kann z.B. eine fehlerhafte Bypassdiode sein.
Module mit „Patchwork-Muster“
Mehrere zufällig verteilte Zellen sind deutlich erwärmt. Dies deutet
auf einem modulinternen Kurzschluss hin. Die Ursache können z.B.
komplett fehlerhafte Bypassdioden sein.
Deutlich erwärmtes Modul
Ein Modul ist gleichmäßig wärmer als die anderen Module. Dies deu-
tet auf ein inaktives Modul hin. Neben einem Totaldefekt kann z.B.
auch ein fehlendes Anschlusskabel ursächlich sein.
7
Leistungsverluste
Durch die Reihenschaltung der Photovoltaikzellen innerhalb der Module gilt das Prinzip kleine Ursache – große Wirkung.
Messungen haben ergeben, dass bereits eine defekte Fläche von weniger als ein Prozent der gesamten Modulfläche einen
Leistungsverlust von mehr als sieben Prozent zur Folge haben kann. Wie groß die Leistungsverluste im Einzelnen sind, kann
nur durch eine elektrische Messung ermittelt werden und hängt von der Art des Defektes ab.
Im Allgemeinen kann jedoch gesagt werden, dass das Patchwork Muster auf ein nahezu komplett ausgefallenes Modul
hindeutet. Gebrochene oder gerissene Zellen haben ebenfalls drastische Leistungsverluste zur Folge. Bei auffälligen Zell-
strängen reduziert sich die Modulleistung meist nur um die Leistung der ausgefallenen Zellstränge. Erwämte Einzelzellen
können, müssen aber nicht zwingend zur Leistungsreduktion führen. Sie sind jedoch immer als Hinweis auf zukünftige
Ausfälle anzusehen.
8
Infrarotbilder Ihrer Photovoltaikanlage mit Erläuterung
Auf den folgenden Seiten sind die Infrarotbilder Ihrer Photovoltaikanlage mit der zugehörigen Celsius-Temperaturskala
sowie einer Bewertung dargestellt. Bei der Bewertung wird in normal und kritisch unterschieden.
Normal Kritisch
Der Temperaturunterschied zwischen den einzel- Der Temperaturunterschied zwischen den einzel-
nen Zellen ist gering und beträgt weniger als drei nen Zellen ist hoch und beträgt mehr als drei Kel-
Kelvin. Es sind keine Auffälligkeiten zu erkennen, vin. Es sind Auffälligkeiten zu erkennen, die auf
die auf fehlerhafte Anlagenteile hindeuten. fehlerhafte Anlagenteile und Leistungsverluste
hindeuten. Eine weitergehende elektrische Prü-
fung und fachmännische Beseitigung der Mängel
wird angeraten.
Auf Solarmodulen zeigen sich oft systembedingte typische Fehlerbilder, d.h. erwärmte Bereiche. Folgende Tabelle zeigt die
häufigsten Fehlerbilder und mögliche Ursachen im Überblick.
Fehlermuster Beschreibung möglicher Fehler mögliche Ursache mögliche Lösung
gesamtes Modul Modul nicht richtig Anschluss
gleichmäßig wärmer angeschlossen wiederherstellen
Bypassdiode wechseln,
zeilen- oder reihen- ein Zellstrang defekte Bypassdiode,
Strang richtig anschlie-
hafte Erwärmung kurzgeschlossen interner Kurzschluss
ßen, Kontakte reinigen
zufällig verteilte Zellen Modul im Verdrahtungsfehler, Modultausch,
deutlich erwärmt Kurzschluss alle Bypassdioden defekt Bypassdioden tauschen
einzelne Zelle Abschattung, Abschattung beseitigen,
deutlich wärmer defekte Zelle Modultausch
Quelle: Bayerisches Zentrum für angewandte Energieforschung e.V.
Bruchteil einer Zelle Zellbruch mechanische Modultausch
deutlich wärmer Beanspruchung
Abschattung (z.B. Reinigung,
punktförmige Artefakt,
durch Vogelkot), Modultausch
Erwärmung Zellriss
Fabrikationsfehler
Steckverbindung
deutlich erwärmter Kontaktfehler schadhafte
wiederherstellen,
Anschlussbereich Steckverbindung
Kontakte reinigen
9
Stadtwerke Sonnenstadt Wetterbedingungen:
Objektnummer: 123.456 Globalstrahlung: 872 W/m²
Sonnenallee 19 - 12345 Sonnenstadt leicht bewölkt, 21 ° C
Bild 1 - Aufnahme vom 21.06.2013, 10:02 Uhr kritisch
Mögliche Lösung:
Austausch des Moduls
Auswechseln der Bypassdioden
Fehlermuster Beschreibung möglicher Fehler mögliche Ursache
zufällig verteilte Zellen Modul im Verdrahtungsfehler,
deutlich erwärmt Kurzschluss alle Bypassdioden
defekt
Bild 2 - Aufnahme vom 21.06.2013, 10:03 Uhr kritisch
Mögliche Lösung:
Beseitigen der Abschattung
Reinigung des Moduls
Austausch des Moduls
Fehlermuster Beschreibung möglicher Fehler mögliche Ursache
eine Zelle Abschattung,
deutlich wärmer defekte Zelle
10Stadtwerke Sonnenstadt Wetterbedingungen:
Objektnummer: 123.456 Globalstrahlung: 872 W/m²
Sonnenallee 19 - 12345 Sonnenstadt leicht bewölkt, 21 ° C
Bild 3 - Aufnahme vom 21.06.2013, 10:04 Uhr normal
Mögliche Lösung:
Beseitigen der Abschattung
Reinigung des Moduls
Fehlermuster Beschreibung möglicher Fehler mögliche Ursache
punktförmige Artefakt Abschattung
Erwärmung (durch Vogelkot ...)
Bild 4 - Aufnahme vom 21.06.2013, 10:05 Uhr normal
Mögliche Lösung:
Beseitigen der Abschattung
Reinigung des Moduls
Fehlermuster Beschreibung möglicher Fehler mögliche Ursache
punktförmige Artefakt Abschattung
Erwärmung (durch Vogelkot ...)
11Stadtwerke Sonnenstadt Wetterbedingungen:
Objektnummer: 123.456 Globalstrahlung: 872 W/m²
Sonnenallee 19 - 12345 Sonnenstadt leicht bewölkt, 21 ° C
Bild 5 - Aufnahme vom 21.06.2013, 10:07 Uhr kritisch
Mögliche Lösung:
Beseitigen der Abschattung
Reinigung des Moduls
Fehlermuster Beschreibung möglicher Fehler mögliche Ursache
eine Zelle Abschattung,
deutlich wärmer defekte Zelle
Bild 6 - Aufnahme vom 21.06.2013, 10:09 Uhr kritisch
Mögliche Lösung:
Austausch des Moduls
Fehlermuster Beschreibung möglicher Fehler mögliche Ursache
eine Zelle Abschattung,
deutlich wärmer defekte Zelle
12Stadtwerke Sonnenstadt Wetterbedingungen:
Objektnummer: 123.456 Globalstrahlung: 872 W/m²
Sonnenallee 19 - 12345 Sonnenstadt leicht bewölkt, 21 ° C
Bild 7 - Aufnahme vom 21.06.2013, 10:09 Uhr kritisch
Mögliche Lösung:
Austausch des Moduls
Fehlermuster Beschreibung möglicher Fehler mögliche Ursache
eine Zelle Abschattung,
deutlich wärmer defekte Zelle
13Stadtwerke Sonnenstadt
Objektnummer: 123.456
Sonnenallee 19 - 12345 Sonnenstadt
Anordnung der Module und zugehörige Bildnummer
1 2 3 4 5 6 7
Norden
Installierte Anlagenleistung: 24,8 kWp
Zusammenfassender Kommentar
Die thermografierte Photovoltaikanlage weist auffällig erwärmte Modulbereiche auf, die als kritisch anzusehen sind.
(Bilder 1,2,5,6,7) Eine Behebung vorhandener Fehler durch einen Fachmann wird empfohlen.
Insbesondere Bild 2 zeigt einen sehr heißen Modulbereich, welcher brandschutztechnisch bedenklich ist.
Die Bilder 3 und 4 zeigen zwar sporadisch Hotspots, sind jedoch nicht als kritisch zu interpretieren. Eine Beseitigung der
Verschmutzung wird gegebenenfalls angeraten.
14Stadtwerke Sonnenstadt
Objektnummer: 123.456
Sonnenallee 19 - 12345 Sonnenstadt
Alle Inhalte, Abbildungen und Links in dieser Broschüre sind als Hinweise und Empfehlungen zu verstehen.
Rechtliche Ansprüche auf Vollständigkeit und Korrektheit können nicht geltend gemacht werden.
Die delta GmbH als Inhaberin der Bild- und Textnutzungsrechte dieser Broschüre bedankt sich für Ihren Auftrag.
Weitere Informationen unter www.delta24.de.
15Sie können auch lesen
