Qualitätssicherung von Photovoltaik-Anlagen mittels Infrarot-Messtechnik

IR-Aufnahme einer PV-Dachanlage: (i) efekter Substring (Teilstrang im Modul) mit überhitzter Bypassdiode in Modul 4.14, (ii) gebrochene ellen in den Modulen 1.12, 2.11, 2.15 und 6.15.

Der Qualitätssicherung von Photovoltaik (PV)-Modulen im Betrieb kommt eine wachsende Bedeutung zu, da die Anzahl der installierten Module jährlich um mehr als 15% zunimmt und damit der Altbestand kontinuierlich ansteigt. Infrarot (IR)-Übersichtsaufnahmen von PV-Anlagen während des Betriebs sind eine Möglichkeit, auf großen Flächen, schnell und kontaktlos eine Überprüfung der Leistung bzw. eine Detektion fehlerhafter und somit leistungsschwacher PV-Module durchzuführen.

In Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro BEC Engineering GmbH, gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), wurde die Aussagekraft und Zuverlässigkeit von Infrarot-Übersichtsaufnahmen von Photovoltaik-Anlagen während des Betriebs näher betrachtet. Dazu erfolgte die Vermessungvor Ort von 15 PV-Dachanlagen und 1 Freiflächenanlage mit kristallinen Solarzellen. Dies entspricht 2569 Modulen plus ca. 15400 Modulen derFreiflächenanlage. Ferner wurde eine ausgewählte Anzahl (265 Stück) von Modulen demontiert und zusätzlich im Labor des ZAE Bayern untersucht. DieseDetailuntersuchungen umfassten auch Leistungsmessungen mit einem Sonnensimulator, sowie IRund Elektrolumineszenz (EL)-Messungen, bei denen die Ladungsträger mittels einer externen Stromquelle injiziert wurden.

Die Auswertung der Messdaten zeigt, dass alle in der IR-Übersichtsaufnahme auffälligen Module (Abb. 1) massive Schädigungen zeigen, welche die Modulperformance und -leistung maßgeblich negativ beeinflussen.

Hauptfehlerarten, die zu deutlich messbaren Temperaturunterschieden führen, sind zum Beispiel: (i) starker Zellbruch, (ii) kurzgeschlossene Zellen, (iii) überbrückte Substrings (Teilstrang im Modul), (iv) Delamination, (v) lokaler Kurzschluss und (vi) mangelhafte Lötungen.

Kleinere Defekte, wie z.B. (i) Unterbrechungen der Metallisierung, (ii) Mikrorisse und (iii) geringfügige Zellbrüche sind zwar in den Laboraufnahmen klar sichtbar, haben aber keinen Einfluss auf die IR Außenaufnahmen und nur eine vernachlässigbare Auswirkung auf die Leistungsminderung.

Alle leistungsschwachen Module der untersuchten Anlage wurden mit IR-Technik erkannt. Bis zur Leistungsklasse unter 115 W handelt es sich bei den Defekten um überbrückte Substrings, oberhalb von 115 W um Zellbrüche einzelner und mehrerer Zellen unterschiedlichen Ausmaßes.

Aus technologischer Sicht ist die Qualitätssicherung von PV-Anlagen mit IR-Kameras eine zuverlässige Methode, um schadhafte und zugleich leistungsschwache Module zu lokalisieren. Ökonomisch betrachtet sind IR-Übersichtsaufnahmen positiv zu bewerten, da auch große Anlagen mit geringem Zeitaufwand effektiv und wirksam analysiert werden können. Durch eine frühzeitige Lokalisierung defekter, leistungsschwacher PV-Module und deren Substitution können über die Betriebsdauer große Ertragseinbußen vermieden werden.

Fördermittelgeber: Deutsche Bundesstiftung Umwelt (FKZ DBU Az. 27160)

 

Ansprechpartner

Dr. Claudia Buerhop-Lutz
Erneuerbare Energien
Tel.: +49 9131 9398-177
E-Mail: Claudia.Buerhop-Lutz@zae-bayern.de

Über das ZAE Bayern

Als eine der führenden Einrichtungen auf dem Gebiet der angewandten Energieforschung verbindet das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung (ZAE Bayern) exzellente Forschung mit exzellenter Umsetzung der Resultate in die wirtschaftliche Praxis. Hierzu bietet das ZAE seinen Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft ein breites Leistungsspektrum an, das sich von messtechnischen Dienstleistungen über Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten bis zu kompletten Innovationspaketen erstreckt.

mehr

26.07.2016

Mit rund 80 Gästen aus Forschung, Industrie,...

26.07.2016

Die iSEneC – Integration of Sustainable Energy...

14.07.2016

Fliegende Messsysteme mit Infrarot(IR)-Kameras werden...

Tätigkeitsbericht 2015

Zum Jahresbericht 2015...