Kontrolle von Photovoltaik-Anlagen auf Schäden und Funktion
Mit einer Wärmebild-Kamera können Solaranlagen (Photovoltaik und Solarthermie) im Betrieb auf Schäden kontrolliert werden. Es können verschiedene Arten von Fehlern oder Beschädigungen identifiziert werden.
Trotz der zunehmenden Berichterstattung in den überregionalen Medien und im Internet ist nur wenigen bekannt, dass eine zunehmende Anzahl von Bränden ihre Ursache in schadhaften Photovoltaik-Anlagen haben. Und dabei geht es keineswegs nur um mangelhafte Montage, Anschlussarbeiten und Marderverbiss. Ein nicht zu unterschätzendes Risiko sind defekte Zellen und Kontakte in den Modulen, die als "HotSpots" Temperaturen weit über 100°C erreichen können. Kommt es durch die daraus entsthenden Schäden zu einem Kurzschluss, kann der durch die hohe Spannung entstehende Lichtbogen einen Brand verursachen.
Kommt es zu einem Brand, ergeben sich für die Feuerwehr durch Photovoltaik-Anlagen zahlreiche Schwierigkeiten. Da die Anlagen nur in wenigen Fällen spannungsfrei geschaltet werden können, wird den Einsatzkräften die Löscharbeit erschwert. Aus diesem Grund beschäftigen sich die Feuerwehren seit einigen Jahren zunehmend mit den Risiken beim Betrieb und Löschen von Photovoltaik-Anlagen. Auch eine Nachrüstungspflicht bestehender Anlagen, um das Risiko für die Einsatzkräfte zu verringern, ist im Gespräch und wird von den Feuerwehren befürwortet.
Wartung und Instandhaltung
Fehlerhafte Einzelzellen sind mit bloßem Auge nicht zu erkennen. Auch die Leistungsabgabe der Anlage lässt keine sicheren Aussagen über ihren Zustand zu, da die genaue Bewertung der momentanen Einstrahlung und des Anlagenwirkungsgrades kaum möglich sind. Einzelne HotSpots beeinträchtigen die erzeugte Leistung der Anlage nur geringfügig. Sie stellen aber, aus den oben genannten Gründen, trotzdem ein Risiko dar. Daher gehört die Inspektion und Wartung der Anlagenkomponenten durch Fachpersonal zu den unverzichtbaren Grundlagen beim Betrieb von Photovoltaikanlagen. Elektriker und Monteure können die Verkabelung und die Wechselrichter prüfen, potentiell gefährliche Module können aber nur mittels Thermografie sicher erkannt werden.
Grundlage für die thermografische Bewertung sind die charakteristischen Auswirkungen verschiedener Schäden auf die Wärmeverteilung in den Solarmodulen oder Solarkollektoren. Aus Art und Höhe der Temperaturverteilung ("Temperaturhub") und der Steilheit der Änderung sind Rückschlüsse auf die Fehlerart und die weitere Entwicklung möglich.
Die thermografische Untersuchung von PV- Modulen stellt höhere Anforderungen an den sicheren Umgang mit der Kamera, als es bei der Gebäudethermografie der Fall ist. Der Hauptgrund ist die starke Reflexion der Wärmestrahlung (von Wolken, Bäumen, Gebäuden) auf den Glasflächen der Module. Daher müssen die Aufnahmen bei klarem Himmel durchgeführt und Störungen durch die Umgebung ausgeschlossen werden.
Beispiele für Photovoltaik- Module
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 Ein schneller und sicherer Überblick |
Die normale Oberflächentemperatur von Solarmodulen liegt im Betrieb, je nach Umgebungstemperatur, zwischen 35°C und 55°C. Die anscheinend von unten nach oben abnehmende Temperatur ist Folge des flacher werdenden Betrachtungswinkels. Je flacher der Winkel, desto kleiner wird der Emissionswert und desto schlechter "sieht" die IR-Kamera die tatsächliche Temperatur. Defekte Zellen in den PV-Modulen können trotzdem sofort erkannt werden. |
Defekte Zellen in PV-Modul - Detailaufnahme
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 Die Messstelle S1 zeigt die "normale" Betriebstemperatur auf der Oberfläche eines Solarmoduls. |
Die defekten Zellen unterscheiden sich deutlich von den benachbarten Zellen. Der Schaden wird größer, der erhitzte Bereich zeigt nach links unten nicht die typische, scharfe Kontur. Diese zunehmenden Wärmeflecken entstehen aus sogenannten "Hot-Spots", an denen der erzeugte Strom einer Zelle wegen unzu- reichender Kontaktierung, nur schlecht abgeleitet werden kann. Da der Strom nicht vollständig abfließt , wird die erzeugte elektrische Energie in der Zelle in Wärmeenergie umgewandelt - die Zelle ist deutlich wärmer als die gut kontaktierten Zellen. |
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Das nebenstehende Temperaturprofil zeigt den Verlauf der Temperatur entlang der Messlinie aus dem Bild darüber. Charakteristisch für Zellen mit schlechter Kontaktierung, oder teilweiser Verschattung, sind die sehr steilen Temperaturänderungen. Durch die hohe Wärmeentwicklung kann es zu einer weiteren Ablösung der Kontaktflächen kommen, der Schaden breitet sich aus, das potentielle Risiko steigt. |
Detailaufnahmen |
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| Thermogramme (ohne Korrektur der Temperatur) von 4 nebeneinander liegenden Zellen aus einer Reihe. Das Modul enthält 12 x 6 Zellen und liefert eine Peakleistung von 200 Watt. Die Wärmeverteilung zeigt, dass sich der Schaden auf die beiden mittleren Zellen ausbreitet. Die Absoluttemperaturen sind nicht richtig, das ändert aber nichts an der charakteristischen Temperaturveränderung. Das linke Bild zeigt eine Zelle mit schlechtem elektrischen Kontakt und der daraus entstehenden Wärmeentwicklung. Das letzte Bild zeigt eine Zelle die praktisch keinen Kontakt mehr hat. Die gesamte Zelle ist ein "HotSpot". Die erste und letzte Zelle der Reihe (nicht abgebildet) zeigen keine thermische Auffälligkeit. Die Reihe darüber zeigt nur oberhalb der zweiten Zelle (linkes Bild) ein leichtes "Auslaufen" der Wärme. |
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Kontrolle von Solarkollektoren (Solarthermie)Die Thermografie eignet sich auch zur schnellen Überprüfung von solarthermischen Anlagen. Besonders moderne Anlagen, die mit evakuierten Röhren arbeiten, können aufgrund von Alterung ihre Funktion verlieren.Anhand der unterschiedlichen Temperaturen (durch unterschiedlich guten Abtransport der Wärme, bzw. Abgabe an die Umgebung) kann sofort entschieden werden, welche Röhren defekt sind. Eine genauere Auswertung zeigt dann, was die Ursache ist und welche Handlungsmöglichkeiten bestehen und sinnvoll sind. |
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