Outdoor Elektrolumineszenz mit dem pvServe und dem pvVision Set vom photovoltaikbüro

Question

[Advertorial]: Für folgenden Beitrag hat Top50-Solar Experts eine Vergütung vom Autor erhalten.

Die Methode der Elektrolumineszenz hat sich in den letzten Jahren immer mehr als Untersuchungsmethode zum Aufspüren von Fehlern an Solarzellen und Solarmodulen durchgesetzt. Während anfangs nur die Solarzellenhersteller ihre Zellen mit dieser Methode auf Mikrorisse, lokale Shunts oder Kontaktierungsfehler untersucht haben, wird die Methode inzwischen auch zunehmend

bei den Modulherstellern eingesetzt, um am Ende des Produktionsprozesses sicherstellen zu können, dass nur Module ausgeliefert werden, die nicht bereits während des Produktionsprozesses einen verdeckten Schaden erlitten haben. Geht man in der Wertschöpfungskette weiter, so haben auch die etablierten Großhändler inzwischen Elektrolumineszenzkammern, in denen die eintreffende Ware mit der Elektrolumineszenzmethode untersucht wird und selbst Vorort am Anlagenstandort gibt es mittlerweile die Möglichkeit, mit mobilen Testcentern einzelne Module einer Elektrolumineszenzuntersuchung zu unterziehen.

Abbildung 1: Das Bild zeigt die Elektrolumineszenzaufnahme einer Zelle mit mehreren Mikrorissen. An der unterschiedlichen Helligkeit der einzelnen Bereiche erkennt man die unterschiedliche Stromdichte auf der Zelle.

Einziger Nachteil: In allen Fällen werden immer nur einzelne Solarmodule untersucht. Wenn die Module bereits in eine Anlage eingebaut wurden, müssen sie zur Untersuchung wieder deinstalliert werden. Beim Aus- und Wiedereinbau kann es durch das Handling der Module natürlich auch wieder zu Schädigungen einzelner Zellen kommen. Das gilt insbesondere dann, wenn man Module untersuchen möchte, die nur scher zugänglich sind und wenn – wie so oft in der Praxis – kein Wartungsgang vorhanden ist.

Elektrolumineszenzuntersuchungen von ganzen Modulsträngen ohne die Module auszubauen

Für diese Anwendungsfälle haben wir eine Methode entwickelt und inzwischen über 2 Jahre lang erprobt, mit der man eine Elektrolumineszenzuntersuchung ganzer Modulstränge machen kann, ohne die Module vorher ausbauen zu müssen. Der Schlüssel zur Anwendung dieser Methode ist unser Netzteil pvServe, mit dem man eine Gleichspannung von bis zu 1000V und einen maximalen Strom von 5A zur Verfügung hat. Die Gesamtleistung des Gerätes wurde allerdings bewusst auf 3,3 kW gedrosselt, damit das Gerät an einer normalen 230V Steckdose (mit 16A abgesichert) betrieben werden kann. Man benötigt also nicht extra einen Drehstromanschluss. Außerdem wurde das Gerät in ein 19“ Flightcase eingebaut und vom Gewicht soweit optimiert, dass man es mit seinen 19 kg noch ohne größere Probleme auf jeden Dachboden und in jeden Keller transportiert bekommt. Wenn die DC Stränge mal nicht optimal zugänglich sind, wenn z.B. die Wechselrichter in einer Gewerbehalle irgendwo unter der Decke hängen, kann man den pvServe bequem auf den Boden hinstellen und mit optional erhältlichen DC Verlängerungen in verschiedenen Längen an die Strangleitungen anschließen.

Der Eingang des pvServe ist außerdem so robust ausgeführt, dass das Gerät auch in einem großen Freilandpark bei fehlender Spannungsversorgung problemlos an einem Notstromgenerator betrieben werden kann.
Mit dem pvServe kann man einen Strom rückwärts durch den Modulstrang schicken, in dessen Folge die Module eine schwache Emission im Nahinfrarotspektrum zeigen. Da diese Emission verglichen mit dem NIR (Near InfraRed) Anteil des Tageslichts nur sehr gering ist, können die Untersuchungen ganzer Modulstränge nur nachts stattfinden.

pvVision das EL-Set zur Untersuchung ganzer Modulstränge
Um die von den Solarmodulen emittierte Strahlung sichtbar zu machen, bieten wir unser Elektrolumineszenzset pvVision an. Das pvVision Set besteht im Wesentlichen aus einer speziell für diesen Einsatzzweck modifizierten Systemkamera, sowie dem notwendigen Zubehör. Da die Strahlung nur sehr schwach ist, benötigt man für aussagekräftige Aufnahmen ein Stativ. Für das Auffinden der meisten Fehler wie defekte Bypassdioden, falsch angeschlossene Module oder hochohmige Zellverbinder reicht eine relativ kurze Belichtungszeit aus. Wenn man auch feinste Haarrisse noch mit maximaler Qualität aufnehmen will, muss man hingegen etwas länger belichten. Ergänzt wird das Set durch alle notwendigen Adapter und Filter, sowie einer Taschenlampe mit großem IR Anteil, die benötigt wird, um auch bei absoluter Dunkelheit scharfstellen zu können.
Damit man das pvVision Set auch an die ungewöhnlichsten Orte transportieren kann und damit auch mal ein Flachdach erreichen kann, das nur über eine Feuerleiter zugänglich ist, wird das komplette Set in einem wasserdichten Hartschalenkoffer geliefert, der sich bequem auf den ebenfalls im Set enthaltenen Tragerucksack schnallen lässt. Damit hat man auch bei schwierigen Klettertouren noch beide Hände frei, um sicher ans Ziel zu gelangen.

 

Outdoor Elektroilumineszenzschulung
Wenn Sie schnell ans Ziel gelangen möchten und schon die nächsten frühen Winterabende nutzen möchten, um die Anlagen Ihrer Kunden untersuchen zu können, bieten wir Ihnen individuelle Schulungen mit der anschließenden Demountersuchung einer Solarstromanlage an. So können Sie von unserer Erfahrung partizipieren und müssen nicht erst lange herumprobieren. Für unsere Kunden haben wir ein Frage und Antwort Modul eingerichtet, an dem Fragen zum Umgang mit unseren Produkten gestellt werden können. Wir werden versuchen, möglichst zeitnah eine Antwort zu geben.

Praxisbeispiele
Wenn man auf eine Photovoltaikanlage trifft, die nur mangelhaft dokumentiert ist, kann man mit dem Outdoor Elektrolumineszenz Equipment pvServe und pvVision sehr schnell herausfinden, wo die einzelnen Modulstränge auf dem Dach liegen.

Mit dieser Untersuchungsmethode findet man schnell defekte (kurzgeschlossene) Bypassdioden.

Das Bild zeigt eine inaktive Zelle eines rückseitig kontaktierten Solarmoduls von Sunpower:

Das Bild zeigt Solarmodule mit einer schlechten frontseitigen Kontaktierung. Einige Busbars sind schon komplett hochohmig geworden, so dass an den verbleibenden Verbindungen die Stromdichte immer weiter ansteigt. Dort wo es nur noch eine sehr kleine Verbindung auf die Zelle gibt, sind die hohen Stromdichten auch bereits mit einer Thermographiekamera zu sehen. Dort wo der Effekt erst in der Entstehung ist, sieht man es nur mit der Elektrolumineszenzmethode.

 

Weitere Infos:

Zusätzliche Infos zu unseren Produkten findet man unter pvServe.de.

Viele Fachartikel rund um das Thema Fehlersuche an Photovoltaikanlagen findet man in unserem pvKnowHow Blog auf unserer Website.

Wer einen persönlichen Kontakt sucht, kann sich natürlich auch direkt an uns wenden:

Entweder hier im Expertenforum:

Matthias Diehl
Tina Ternus

Oder auf dem konventionellen Weg:

Photovoltaikbuero Ternus & Diehl GbR
Schönauerhofstrasse 27
65428 Rüsselsheim
Tel.: 06142 953047-0
Mail: info@pvbuero.de

Answer 1

Eine spannende Sache,
Ausgezeichnete Ergebnisse und zum "minimalen Aufwand" - erstklassige Ergebnisse. Natürlich kostet die Untersuchung "wahres" Geld , der Aufwand Module zu demontieren, verpacken und dann ins Labor zu schicken ( Ich habe dies 100 erte Male machen müssen (fälschlicherweise) ) da an den Modulen nichts "verkehrt" war.
Bei Leistungsproblemen und/oder auch Inspektionsarbeiten , warum der Zweig weniger Leistung bringt ( oder welcher den von den angeschlossenen) schadhaft ist - und somit die anderen beiden / oder vielleicht sogar 3 "weiter mit runter zieht"  ist dieses Verfahren vorzüglich geeignet.

Wenn man natürlich nur "sporadisch" ein Untersuchungsergebnis möchte ist der Aufwand ( aber auch jeglicher Anderer) zuviel des Guten. Man sollte also sich an Profis wenden, falls bereits vorangegangene Untersuchungen "in diese Richtung deuten" speziell als in der "Boomzeit" keinerlei Messungen ( letzten 2-3 Jahre extrem) bzw. Pläne der Verstringungen gemacht wurden bzw. wenn man "ohne Aufheben" die tatsächliche Verstringung mit der "designten" vergleichen möchte. Viele Anlagen die Ich überprüfte haben mit der "designten" sehr wenig gemein, oder wurden "umgeplant" weil die Verkabelung ( angeblich) so einfacher zu bewerkstelligen war. ( kein Problem wenn Strings umgezeichnet worden wären). Wenn jetzt aber die Leistung nicht stimmt kann der Designer der Anlage nicht belangt werden aber der Installateur ....falsche Modulanzahl, vergessene Module, nicht angeklemmte Module etc etc
Ich schreibe dies deshalb so deutlich da Ich aus 9/10 Fällen Leistungseinbussen durch "richtige Erdung" Umverstringung, Umbau des Wechselrichters, Neuverschaltung bzw. Neuverdrahtung im extremsten Fall                 +46 % Mehrertrag ohne Austausch von Modulen erreichen konnte.

Da wir hier von "grüner Energie" sprechen ( tut es mir in der Seele weh, wenn man den "unnützen" Abrtransport/ oder auch Neuinstallation von Wechselrichtern sieht) es im Grunde aber der Installateur, Grosshändler ( weil nicht lieferbar) oder aber der Designer bereits falsch geplant hatte /falsch aufgebaut wurde/ anders verschalten ohne Rücksprache ......etc etc

Meist werden dann ( Module ok/ Wechselrichter für sich ok ) immer noch schlecht laufende Anlagen "verkauft" , weil so haben wir schon immer gebaut - an uns liegts nicht Methode- es ist und wird immer ein Zusammenspiel von Modulen/Wechselrichter/trafo/örtliche Gegebenheiten/ Installateur bleiben...

Da kann man nur sagen Jemand hatte eine " PV Vision" -  Bravo

Cheers

Andreas Iliou

Answer 2

Ich habe mir eine ähnliche Technik bei einer Verkaufsschulung eines anderen Anbieters angeschaut.  Hier wurden Sony Kameras mit USB Ausgang mittels Filtern modifiziert, um das entsprechende Spektrum aufnehmen zu können.

Das Herz war eine selbsterstellte Software, die sowohl den Kameraeingang als auch die eventuell erfordrliche Zusatzbelichtung gesteuert hat und eine entsprechende Bildbearbeitung ermöglicht.

Es wurden von einer Arbeitsbühne aus Musterfotos von PV Feldern erstellt.

Mein Fazit: Sehr aufwendig ( im Vergleich zu z. B. Thermografien mit Drohnen).

Allerdings anderer Anwendungsbereich: Mikrorisse kann man mit einer Thermografiekamera kaum detektieren.

Mit dieser Methode kann man z. B nach Hagelschäden augenscheinlich intakte Felder untersuchen und potentielle Langzeitfehler hieraus im Vorfelde schon dokumentieren, um dann eventuelle Versicherungsansprüche zu wahren.

Echte Experten können auch Montagefehler z. B. durch falsches Handling aufgrund widerkehrender Haarrisse herausfinden.

Da sich aber zumeist daraus kaum ein Ertragsverlust ergibt ist es schwer, mit den Ergebnissen etwas anzufangen.

Auch wenn es Modulhersteller gibt, die Ihre Module beim Verlassen der Fabrik EL technisch vermessen so werden die meisten Risse doch auf dem Transport- und Montageweg aufreten.

Eventuell wird der EInsatzbereich auch zukünftig vermehrt auftreten, da die Modulhersteller ja die Zellstärke immer weiter optimieren..dünnere Zelle bedeutet eine größere Mikrocrackgefahr.

Nur sind auch dort schon die Grenzen der Optimierung erkannt worden und so wie mir bekannt ist sind die meisten Hersteller in der Fertigungsstrecke mit einer EL Anlage ausgestattet, um Produktionsfehler zu erkennen.

Für mich sind Kennlinienmessung und Thermografie zunächst die schnellsten und effektivsten Mittel bei der Fehlersuche.

Eine EL Messung ist zwar ein wirklich viel Informationen lieferndes Verfahren, aber aufgrund der Tätigkeit in der Nacht, dem Verstromen der einzelnen String ( bei sehr langen Strings kann ein sehr grosses Netzteil erforderlich werden, ggf. Starkstrom) und der zumeist erforderlichen Hebetechnik ist dies doch ein immenser Aufwand, der ja auch bezahlt werden muss.

Wenn dann als Endergebnis stehen bleibt, dass die Erträge zwar aktuell OK sind aber Mikrorisse vorhanden sind, die eventuelle Langzeitertragseinbussen bedeuten können ( auch hier wird mans ich nicht festlegen können) und wenn dann bei diesen Langzeitertragseinbussen  so sie denn nun auftreten wiederum erneut eine Messung durchzuführen wäre um die Ursache noch einmal zu verifizieren muss man die wirtschaftliche Sinnhaftigkeit sehr genau betrachten.

Ein Mikroriss als Mangel zu definieren sehe ich sehr zweifelhaft, wenn das Modul die erforderlichen Erträge liefert. Es ist vom Hersteller mit einem Mindestertrag verkauft und als solches bei der Modulklassifizierung bereits durch die Minderleistungssortierung aufgrund Fertigungstoleranzen bewusst als solches deklariert worden.

Auch moderne Autos ( um den Lieblingsvergleich der Deutschen zu nehmen) unterliegen Fertigungstoleranzen und es wird niemand auf die Idee kommen, einen Motor thermografisch zu vermessen, um aufgrund partieller minimaler Temperaturunterschiede dann nach 100 000 km einen vorprogrammierten Mangel beim Hersteller geltend zu machen.

Ein vorhandener Mikroriss bei einer Anlage in den Alpen wird sich langfristig mit grosser Wahrscheinlichkeit durch Schneelastwechsel über die Jahre ganz anders auswirken als bei einer norddeutschen Flachlandanlage.

Man sollte also im Vorfelde doch sehr genau abwägen, ob das mögliche Ergebnis einer Messung einenn wirklich weiterbringt.

Spannend ist aber, dass es im Grunde genommen jedem wie bei der Technik der Wärmebildkamera möglich ist, nach einer gewissen Unterweisungszeit und z. B. mit einem geiiehenen Gerät sehr einfach solche Untersuchungen an seiner Anlage durchzuführen.

Comments

Hallo Herr Liebert,
wir nutzen natürlich auch die anderen Verfahren zur Fehlersuche wie Kennlinienmessungen und Thermographie. Es macht auch keinen Sinn in einer Anlage als Erstes eine EL-Untersuchung zu machen. Das ist ein wenig wie beim Arzt. Zunächst wird ein allgemeiner Check durchgeführt, dabei werden auffällige Modulstränge identifiziert und erst dann werden diese im Detail untersucht. Da ich für die Detailuntersuchung dringend vom Wetter unabhängiger werden wollte, habe ich die Rückstrommethode erprobt. Zunächst mit der Thermographiekamera (Rückstromthermographie). Es zeigte sich allerdings, dass man bestimmte Fehlerbilder mit der Elektrolumineszenzmethode sehr viel detaillierter untersuchen kann. Bei einem Thermogramm sieht man z.B. bei sich ablösenden Zellverbindern nur die schlimmsten Fälle. Mit der EL Methode kann man das Problem bereits in der Entstehung erkennen.
Der pvServe kann ja maximal 5A Strom liefern. In den meisten Fällen arbeite ich allerdings mit kaum mehr als 3,5A, auch bei Modulen mit 6" Zellen. Das entspricht dann ca. 40% des Nennstromes.

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Hallo Herr Diehl,
was Sie schreiben ist sicherlich vollkommen richtig, ist ja auch eine interessante Methode.
Ich habe mir einen diesbezüglichen Bericht der ISFH Hameln in Zusammenarbeit mit der Leibnitzuniversität angeschaut und es ist viel mehr als mit einer Thermokamera möglich.
Mein Statement war, dass es wirklich ein sehr spezielles Verfahren ist und dass ich denke, in meiner Praxis wird es eher seltener vorkommen.
Ich habe die Erfahrung gemacht ( bei mir), dass am Anfang die Technikbegeisterung gross ist, aber dann viel Technik einfach ungenutzt bleibt und wollte interessierten Kollegen, die da noch nicht intensiv eingestiegen sind, einfach mal die Empfehlung geben, vorher bei erfahreneren Nutzern (vieleicht Ihnen?) zu testen, ob so eine Anschaffung wirklich sein muss,. Das heisst, wie oft braucht man so etwas in der Praxis?
Und es ist ja nicht nur das Gerät, ein entsprechendes Modulfeld vorausgesetzt gehen für so einen Leihsteiger dann pro Messung auch schnell 500 € drauf....
Trotzdem Ihnen mit der EL viel Erfolg!!!

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Hallo Herr Liebert,
Kennlinienmessungen stellen sich je nach gerätespezifischer Messdauer der Kennlinie in der Praxis leider oft so dar, dass, wenn man bei strahlend blauem Himmel losfährt, um in ca. einer Stunde beim Kunden zu sein, dort oft schon wieder so viele Quellwolken am Himmel sind, dass die Messungen so verfälscht sind, dass sie unbrauchbar sind und man umsonst angereist ist. Und aus Kundensicht auch kein Grund besteht, eine Rechnung zu begleichen. Egal, wie lange man unterwegs war. In einem Jahr wie 2013 gab es von 365 Tagen gefühlte 20 Tage, an denen wirklich aussagekräftige Messungen möglich waren. Eine derart große Wetterabhängigkeit ist problematisch für Untersuchungen, die effizient sein sollen (auch für den Kunden, der sich z.B. extra Urlaub genommen hat) und mittels derer sich auch die Geräteinvestition reinvestieren soll. So entwickelte sich letztendlich die Idee oder der Wunsch nach einer wetterunabhängigen Lösung.

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Hallo Frau Ternus,
das mit der Kennlinienmessung hat bei mir eigentlich immer geklappt wenn man sich vorher das Wetter auf Wetter com anschaut. Grade dieses Jahr war eigentlich perfekt.....
Wohingegen bei der Vorführung der EL Firma Wind und Regen war so dass die ganze Messtechnik zum einen durch den Regen gefährdet war zum anderen muss die Kamera ja für eine sehr lange Belichtungszeit ganz still gehalten werden, was die Hubsteigertechnik nicht gewährleistet hat. Also musste man sich mittels eines selbstgebastelten Statives auf der Fläche abstützen...hmmm also mich hat es nicht begeistert, weil mir der Aufwand einfach zu riesig war.
Aber wer sich das antuen möchte.... nur ich denke es muss immer bezahlbar bleiben und ich möchte die beiden Techniken gar nicht miteinander in Konkurrenz setzen oder vergleichen.
Jedes hat seine Berechtigung nur sehe ich das EL Verfahren wirklich als für den Ausseneinsatz sehr spezifisch . Auch da es für hochauflösende Aufnahmen aufgrund der Belichtung sehr zeitintensiv ist.
Ich finde es sehr gut dass Sie sich mit Herrn Diehl und dem PV Büro die Mühe gemacht haben und in dieses Thema so teif eingestiegen sind und ich habe selber nach der Vorführung darüber nachgedacht, mir auch solch eine Kamera umzurüsten und das Auswertungsprogramm zu erwerben aber letztlich habe ich es aus den vorbeschriebenen Gründen fallen gelassen, obwohl ich sogar einen eigenen Steiger habe und damit an der Stelle unabhängig wäre:-)
Lieber 95% aller Fälle mit Kennlinienmessung und Thermokamera in 1-2h Ortseinsatz abarbeiten und für die restlichen 5% dann mal einen Spezialisten hinzuziehen wenn es sein muss....
Übrigens war bei der Veranstaltung jemand mit einem mobilen EL Anhänger und der hatte dann für seine Spezialprüfungen auch gleich einen Flasher und ein Kennliniengerät in seinem mobilen Testzentrum. Das schien mir dann doch eine sinnvolle Lösung zu sein. Wenn wirklich mehrere Module einen EL relevanten Schaden aufweisen werden ja dann auch weiterführende Messungen nötig die eh eine Demontage erfordern.
Sonnige Grüsse in den Süden
Ich weiß dass ich Sie sicherlich nicht überzeugen werde aber als Alternative zur Kennlinienmessung würde ich das Verfahren wirklich nicht sehen, ich denke das werden Sie kostenmäßig auch nicht darstellen wollen ;.)
Sonnige Grüsse in den Süden

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Hallo Herr Liebert,

vielen Dank für Ihre Einschätzung. Das Verfahren der Outdoor EL ist definitiv nicht als Alternative zur Kennlinienmessung zu sehen. Da gebe ich Ihnen absolut recht. Beide Verfahren haben ihre Berechtigung. Wenn man die Leistung eines Stranges der einen Schaden aufweist mit der Leistung eines intakten Stranges vergleichen will, geht das nur mit einer Kennlinienmessung.
Wenn man allerdings bei einer Kennlinienmessung einen auffälligen Kurvenverlauf findet und sich fragt von welchen Modulen im Strang das Problem ausgeht, kann die EL wertvolle Dienste leisten.
Zur Belichtungszeit: Wir kommen für eine grobe Analyse inzwischen mit Belichtungszeiten von 2-4 Sekunden aus. Ich habe schon oft vom Hubsteiger aus gearbeitet. Einige der von uns veröffentlichten Bilder sind vom Hubsteiger aus aufgenommen. Für eine einfache Analyse, bei der man bedingt durch das Bildrauschen nicht jeden Haarriss erkennen kann, kann man mit der Kamera sogar aus der Hand im Videomodus arbeiten. Hier der Link zu einem Video, das ich so gemacht habe:
Ich arbeite nach wie vor mit einer Kombination an verschiedenen Methoden:
Tagsüber mache ich meist einfache Voruntersuchungen mit zwei Benning PV-1. Damit werden auffällige Stränge zunächst aufgespürt. Dann erfolgt entweder eine Thermographie der entsprechenden Stränge, wenn das Wetter passt. Ist das Wetter schlecht macht man eine Rückstromthermographie. Für einfache Fehler, wie kurzgeschlossene Bypassdioden oder falsch angeschlossene Module ist das meist ausreichend. Für schwieriger zu findende Fehler wie "sich ablösende Zellverbinder" partielle Zellabrisse oder PID hilft allerdings nur ein Nachttermin und die Durchführung einer EL-Untersuchung. Die Kennlinienmessung kommt bei mir "nur" zum Einsatz, wenn ich wissen möchte wie viel an Leistungseinbuße einem bestimmten Fehler zuzuordnen ist.
Wenn Sie mal im Rhein Main Gebiet sind, lade ich Sie gerne mal zu einer Demountersuchung ein um sich die Vorgehensweise anzusehen...