Projekt 27160/01

Qualitätssicherung von installierten Photovoltaik-Anlagen mit Infrarot-Messtechnik

Projektträger

BEC-Engineering GmbH
An der Leiten 39
85652 Pliening
Telefon: 08121/884567-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bisher beschränkt sich die Qualitätskontrolle des fertigen PV-Moduls beim Hersteller in der Regel auf die Messung der elektrischen Leistung unter gepulstem Licht (Flasher): Wenn die gemessene Leistung der gefertigten PV-Module der Spezifikation entspricht, erfolgt die Auslieferung, obwohl hier bereits teilweise Fehlstellen vorhanden sind. Diese bestehenden Fehlstellen können auf längere Sicht die Ursache für größere Schäden werden, die die Lebensdauer und die Leistung eines solchen Moduls maßgeblich reduzieren. Mechanische und thermische Belastung während des Transports, der Installation und die ungleichmäßige und übermäßige lokale Erwärmung begünstigen zusätzlich die Ausbreitung solcher Defekte. Vor der Inbetriebnahme einer PV-Anlage erfolgt in der Regel nur eine Prüfung der Leerlaufspannungen, Kurzschlussströme und korrekten Polarität der einzelnen PV-Modulstränge. Bei größeren Anlagen wird zum Teil zusätzlich eine etwas umfangreichere Inbetriebnahmemessung durchgeführt, indem stichprobenartig ausgewählte PV-Stränge mit einem Kennlinienmessgerät vermessen werden. Defekte Module oder eingeschränkt leistungsfähige Module innerhalb eines Stranges sind hierbei nur bedingt erfassbar.
Im Projekt Qualitätssicherung von installierten Photovoltaik-Anlagen mit Infrarot-Meßtechnik (IR-PV-install) soll für Installateure, Betreiber und Gutachter ein aussagekräftiges Hilfsmittel erstellt werden, um defekte Module in einem PV-Generator schnell, einfach und berührungslos während des laufenden Betriebs zu erkennen. Dabei wird mit einer tragbaren Infrarot-Kamera nach typischen Temperaturmustern gesucht, die sich wiederum speziellen Defekten, die eine Leistungsminderung verursachen, zuordnen lassen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFeldvermessungen an bestehenden Anlagen mit Hilfe einer Thermographiekamera sollen eine aussagekräftige Datenbasis von Moduldefekten schaffen. Die Detailvermessung von auffälligen PV-Modulen inklusive zugehöriger Kennlinienmessung, Infrarot- und Elektrolumineszenzmessungen im Labor dienen der genauen Charakterisierung der gefundenen Defekte. Die Verknüpfung der verschiedenen Untersuchungsergebnisse unter Berücksichtigung physikalischer Gesetzmäßigkeiten soll typische, markante Schadensmuster herausarbeiten, so dass am Projektende ein Fehlerkatalog vorliegt.
Arbeitsschritt 1: Projektkoordinierung und Konzeptdefinition
Arbeitsschritt 2: Umfassende Feldstudien zur Ermittlung real auftretender Modulfehler
Arbeitsschritt 3, 4: Detailuntersuchungen ausgewählter PV-Module Detailuntersuchungen
(IR-Sonne, IR-Strom, EL-Strom, U-I-Kennlinie-Sonne, Leistungsmessung mit
Sonnensimulator (Flasher))
Arbeitsschritt 5: Erstellung von Testmodulen mit definiert eingebrachten Defekten
Arbeitsschritt 6: Verifikation der Ergebnisse auf reale, installierte Module in einer Feldstudie
(Messung einer 3,5 MWp-PV-Anlage, um die Ergebnisse statistisch abzusichern)
Arbeitsschritt 7: Statistische Auswertung und Festlegung der Bewertungskriterien
Arbeitsschritt 8: Dokumentation, Öffentlichkeitsarbeit


Ergebnisse und Diskussion

In den untersuchten PV-Anlagen konnten alle bisher bekannten Fehlerarten mit der IR-Kamera sichtbar gemacht werden. Dabei konnten sowohl Zellbrüche, mangelhafte Lötungen, überbrückte substrings, kurzgeschlossene Zellen unterschieden werden. Sämtliche PV-Module, die in der IR-Sonne-Aufnahme schon in der Übersicht auffällig wärmer waren als benachbarte Zellen, hatten auch eine signifikant reduzierte Leistung. Dies bestätigt die Aussage, dass die IR-Messungen schnell und zuverlässig Informationen über den Zustand einer PV-Anlage liefern können. Auch war es möglich, einen ersten Zusammenhang zwischen der Fehleranzahl und dem Alter der untersuchten PV-Anlage herzustellen. Zur Verifikation konnten einige der in den Detailuntersuchungen aufgetretenen Defekte mit Hilfe von drei in Reihe verschalteten Ein-Zellen-Modulen nachgebildet werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Um diese Methode der Qualitätssicherung von PV-Anlagen einer breiten Öffentlichkeit bekannt zu ma-chen, wurden bereits erste Ergebnisse auf dem OTTI-Seminar, 25. Symposium Photovoltaische Solarenergie, das im März 2010 in Kloster Banz (Bad Staffelstein) stattfand, präsentiert.
Außerdem ist eine weitere Veröffentlichung der Ergebnisse dieses Projekts auf weiteren nationalen und internationalen Konferenzen sowie in regelmäßigen Abständen in Fachzeitschriften in Vorbereitung, um das Potential dieser Messmethode zu illustrieren.


Fazit

Für eine weitere detailliertere Auswertung ist es empfehlenswert, eine größere Anzahl von PV-Anlagen mit unterschiedlichen Kenndaten zu untersuchen. Dazu ist sowohl eine weitere zeitliche als auch messtechnische Optimierung notwendig. Hierdurch könnte die Korrelation zwischen Temperatur und Leistung zuverlässiger quantifiziert werden, Rückschlüsse auf den Zusammenhang zwischen Alter und Anzahl der auftretenden Fehler gemacht werden und detailliertere Aussagen über den Minderertrag eine PV-Anlage aufgrund der durchgeführten IR-Untersuchung getroffen werden.