Wärmebildkamera: Analyse von Photovoltaik-Anlagen

Um eine Photovoltaik-Anlage optimal zu betreiben, sollte diese einmal pro Jahr untersucht werden. Doch wie sehen die auftretenden Fehler im Wärmebild wirklich aus? Die Testo AG hat einige mögliche Fehler an Photovoltaik-Anlagen analysiert.
Die Effizienz und wirtschaftliche Rentabilität einer Photovoltaik-Anlage wird essenziell durch die Lebensdauer und Leistungsabgabe des Photovoltaik-Moduls bestimmt. Oftmals fehlt es an einer effizienten Qualitätskontrolle der Module im Betrieb. Gerade die Prüfung bereits länger betriebener Module gestaltet sich mit traditionellen Prüfmethoden als zeit- und arbeitsintensiv. Der Einsatz von Wärmebildkameras für die Analyse von Photovoltaik-Anlagen etabliert sich seit einigen Jahren mehr und mehr. Durch die präzise Temperaturmessung der Moduloberfläche können unterschiedlichste Defekte schnell und effizient festgestellt werden.

Messbedingungen und Messumgebung

Fehlerhafte oder beschädigte Solarzellen erkennt man durch ihre über- oder unterdurchschnittliche Wärme. Wärmebildkameras können diese Fehler berührungslos und effizient feststellen. Eine Photovoltaik-Anlage muss somit zumindest unter Teillast laufen, um mithilfe einer Wärmebildkamera analysiert werden zu können. Die Prüfung sollte an möglichst wolkenfreien, trockenen Tagen mit intensiver Sonneneinstrahlung erfolgen. Eine Einstrahlleistung von 500W/m² gilt als Richtwert. So kann garantiert werden, dass schadhafte Zellen im Wärmebild identifizierbar sind. Idealerweise wählt der Solarteur mit der Wärmebildkamera seinen Winkel möglichst senkrecht zum Modul. Dadurch erhält der Solarteur einen optimalen Bildausschnitt ohne Verschattung oder Reflexion des Photovoltaik-Moduls. Die Aufnahme sollte stets so sein, dass neben dem aufgenommenen Modul auch die benachbarten Module auf dem Thermogramm zu sehen sind, um diese miteinander vergleichen zu können. Für den Einsatz im Photovoltaik-Bereich empfiehlt sich der Einsatz von Kameras mit Schwenkdisplay, wie bei der testo 876, da sich das Display so immer von der Sonne abwenden lässt und die Anlage aus jedem Winkel heraus betrachtet werden kann.

Typische Fehler und ihre Wärmebilder

Der einfachste zu erkennende Fehler ist der Hot-Spot-Effekt. Hierbei handelt es sich um defekte Zellen im Modul. Da diese defekten Zellen keinen oder nur wenig Strom produzieren können, müssen sie die restliche Strahlungs-Energie der Sonne in Wärme umwandeln. Die Zellen werden also wärmer als ihre umgebenden Zellen und können so mithilfe einer Thermografie-Messung einfach erkannt werden. Solarzellen haben bei höheren Temperaturen einen geringeren Wirkungsgrad. Durch die Wärmestrahlung einer defekten Zelle verringert sich auch der Wirkungsgrad der umgebenden Zellen. Verfügt das defekte Modul über eine funktionierende Bypass-Diode, so ist abseits des defekten Strings mit keinen weiteren Leistungseinbußen zu rechnen. Auch verschmutzte oder verschattete Zellen ziehen erhebliche Leistungsverluste nach sich. Eine verschmutzte Zelle kann nicht nur keinen Strom erzeugen, sie kann sich sogar umpolen und wird vom Generator zur Senke. Sie wandelt also Strom in Wärme um und entzieht benachbarten Zellen erzeugte Energie. Eine Bypass-Diode umgeht diesen Effekt, da sie den fehlerhaften String aus der Schaltung herausnimmt und entsprechend umgeht. Eine verschmutzte oder verschattete Zelle reduziert die Leistung eines Moduls erheblich. Modulausfälle oder Teilausfälle sind meistens auf lockere/fehlerhafte Verkabelung, z.B. durch Marderbisse, zurückzuführen. Mit einer Wärmebildkamera kann anhand der gleichmäßig wärmeren Oberfläche festgestellt werden, welche Module oder Modulabschnitte sich im Leerlauf befinden. Denn nicht angeschlossene Module können keinen Strom abführen und erwärmen sich gleichmäßig. Löst sich das Leitungsband von der Solarzelle, so spricht man von Delamination. Der von der Solarzelle erzeugte Strom kann so nicht ganzheitlich abgeführt werden und wird in Wärme umgewandelt. Delamination kann also durch die Wärme-Entwicklung am Modul durch die Thermografie visualisiert werden. Auch durch Risse in der Solarzelle herbeigeführte Kurzschlüsse weisen eine starke Hitzeentwicklung auf. Durch den Einsatz einer Wärmebildkamera können diese leicht identifiziert werden, auch auf Distanz.

Tipps für den Thermografen

Betrachtet man die Rückseite eines Photovoltaik-Moduls, so können Hot Spots hier genauso gut gesehen werden wie auf der Vorderseite. Durch den veränderten Blickwinkel hat der Thermograf weniger Probleme mit Reflexionen und kann auch leicht Bypass-Dioden und Verkabelungen prüfen. Oft kommt man bei der Thermografie von Photovoltaik-Anlagen gar nicht oder nur mit großem Aufwand an die Anlagen heran. Insbesondere im Fall einer Aufdachanlage ist der Einsatz eines Teleobjektives sehr nützlich, um die relevanten Bildausschnitte in einer möglichst hohen Auflösung zu erkennen. Gerade die Wärmebildkameras der Testo AG ermöglichen durch ihre Wechselobjektive den Einsatz verschiedener Objektive bei optimaler geometrischer Auflösung. Wärmebildkameras ermöglichen die großflächige, berührungslose und zerstörungsfreie Untersuchung von Photovoltaik-Modulen und ihren Komponenten. Mit Wärmebildkameras können defekte Panels detektiert und damit die Leistungsfähigkeit und Qualität einer Photovoltaik-Anlage überprüft werden. Die Testo AG mit Sitz im Hochschwarzwald ist weltweit einer der führenden Hersteller für portable und stationäre Messtechnik. Das Unternehmen hat sich seit einigen Jahren auch auf die Entwicklung portabler Wärmebildkameras für den Einsatz in verschiedenen Anwendungsgebieten spezialisiert. Die Wärmebildkameras der Testo AG finden Sie übrigens auch vom 8. bis 10. Juni auf der Intersolar in München.