Top50-Solar Experts - Neue Beiträge mit elektrolumineszenz-Tag

Effiziente Fehlersuche an Photovoltaikanlagen

Mon, 01 Feb 2016 08:38:21 +0000

Die effiziente Fehlersuche an Photovoltaikanlagen ist seit Jahren mein Steckenpferd. Ich verstehe darunter den Versuch, mit einem minimalen Aufwand eine maximale Zahl an Fehlern zu finden. Nur wenn der Aufwand gering ist, kann die Fehlersuche auch kosteneffizient sein, denn was nützt es einen Fehler zu finden, wenn am Ende die Fehlersuche teurer ist, als der durch die Fehlerbehebung gewonnene Mehrertrag einbringt. Am Besten ist es, wenn man den Hinweis auf einen Fehler bereits findet bevor man einen Ortstermin macht, um den Fehler dann beim Ortstermin nur noch zu lokalisieren. Ein Beispiel für diese Vorgehensweise beschreibt dieser Artikel.

Ich hatte in der Vergangenheit bereits häufiger darauf hingewiesen, dass die professionelle Betriebsführung einer Solarstromanlage eine Online Überwachung der Anlage unumgänglich macht. Wir nutzen für diesen Zweck unser Metaportal pvScreen, was hier im Blog ebenfalls bereits ausführlich beschrieben wurde. Kennzeichen eines guten Überwachungsportals sollte sein, dass man von unnötigen Informationen verschont bleibt und dass die wichtigsten Infos zu einer Anlage mit wenigen Mausklicks zugänglich sind.

Voruntersuchung am Online Portal
Bei der Untersuchung von PV-Anlagen am Überwachungsportal habe ich es mir angewöhnt immer zuerst nach den sogenannten "Clear Sky Days" also Tagen mit einer durchgehend hohen Einstrahlung zu suchen. An solchen Tagen lassen sich Auffälligkeiten an einer Anlage am einfachsten aufspüren. Neben der Beobachtung des Tagesverlaufs der Einspeiseleistung, ist es immer auch sinnvoll einen Blick auf die Verläufe der Gleichspannungen an den einzelnen Eingängen der Wechselrichter zu werfen. Hier kann man unter anderem wertvolle Informationen über die MPP Regeleigenschaften des Wechselrichters gewinnen. In diesem Fall möchte ich jedoch darauf hinweisen, dass man beim Vergleich der DC-Spannungen (DC steht für direct current und zeigt an, dass es sich um die Gleichspannungsseite handelt) unterschiedlicher Modulstränge auch auf kleine Unterschiede achten sollte. Wenn zwei Modulstränge die gleiche Anzahl an Modulen enthalten und die Modulstränge auf demselben Dach montiert sind, dann sollten auch die Spannungen sich höchstens um 2-4V unterscheiden. Ein Spannungsunterschied von "nur" 9V (bei Modulen mit 60 Zellen) kann bereits auf eine defekte kurzgeschlossene Bypassdiode an einem Modul hinweisen. Die nachfolgende Abbildung zeigt, wie die Verläufe im Idealfall aussehen müssen.

: Sehr gleichmäßiger Verlauf der DC Spannungen an allen drei Modulsträngen

Zum Vergleich sieht man im nachfolgenden Bild eine Abweichung zwischen zwei Modulsträngen von ca. 12V.

: Im diesem Bild erkennt man, dass ein Modulstrang eine um ca. 12V niedrigere Spannung aufweist.

Wenn man durch die Analyse der Daten am Online Portal bereits einen solchen Verdacht hat, kann man dann beim Ortstermin diesem Modulstrang besondere Aufmerksamkeit widmen, um die Ursache für die geringere Spannung zu finden. Am schnellsten gelangt man zum Ziel, wenn man den Modulstrang nachts mit Hilfe der Outdoor Elektrolumineszenz Methode untersucht. Dieses Verfahren war je bereits mehrfach Thema hier im Blog.

Untersuchung Vorort
Im oben gezeigten Fall haben wir diese Methode angewandt. Mit unserem Rückstromnetzteil pvServe haben wir zunächst sämtliche Modulstränge der Anlage mit einem definierten Rückstrom von 3,5 A beschickt und die Spannung notiert, die das Netzteil aufwenden musste um diesen Strom in die Modulstränge rückwärts einzuspeisen. Diese Methode ersetzt quasi die Messung der Leerlaufspannungen tagsüber. Wenn man nachts misst hat man allerdings den Vorteil, dass es keine Einstrahlungsschwankungen gibt und die Gegenspannungen des Solargenerators daher sehr gleichmäßig sind. Der einzige Einflussfaktor, der auch nachts auftritt ist die Modultemperatur. Auch hier gilt, wie man es von Messungen am Tag kennt: Je kälter es ist, desto höher sind die Spannungen. Die Abweichungen um die 6V in der Tabelle unten kommen daher, dass die Module auf zwei verschiedenen Dachseiten montiert sind und dass es im Laufe der Messungen etwas kälter geworden ist.

: Messung der Gegenspannungen bei einem definierten Rückstrom ersetzt nachts die Messung der Leerlaufspannungen der einzelnen Modulstränge.

Dennoch zeigt die Messung einen Modulstrang, dessen Gegenspannung deutlich von der Spannung der anderen Stränge abweicht. Damit konnte die Beobachtung vom Portal Vorort bestätigt werden. Nun galt es noch, den Fehler zu lokalisieren. Hierzu wurde von dem "verdächtigen" Modulstrang eine Elektrolumineszenzaufnahme mit unserer pvVision Kamera gemacht.

: Das Bild zeigt in der dritten Modulzeile ganz rechts, dass ein Drittel des Moduls inaktiv ist. Dies deutet auf eine kurzgeschlossene Bypassdiode hin.

Das defekte Modul konnte im wahrsten Sinne des Wortes "auf den ersten Blick" entdeckt werden. In diesem Fall sind auch die Bypassdioden gut zugänglich, so dass der Fehler einfach durch den Tausch der Bypassdiode behoben werden kann.

Wer Lust hat sich intensiver mit dem Thema "effiziente Fehlersuche an Solarstromanlagen" zu beschäftigen, sei an dieser Stelle nochmal auf mein Fehlersuche Seminar hingewiesen, das ich für die DGS (Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie) in Nürnberg regelmäßig zweimal im Jahr durchführe. In diesem Seminar wird versucht einen roten Faden zu spinnen, der die verschiedenen Untersuchungstechniken, von der Kennlinienmessung über die Thermographie bis zur Elektrolumineszenz in einen möglichst sinnvollen Zusammenhang zu stellen. Immer nach dem Motto: "Die maximale Anzahl an Fehlern mit dem minimal nötigen Aufwand finden und immer das jeweils passende Werkzeug einsetzen"
Den nächsten Termin findet man hier ...
Weitere Fachartikel zum Thema Fehlersuche an Photovoltaikanlagen findet man hier ...

Outdoor Elektrolumineszenz mit dem pvServe und dem pvVision Set vom photovoltaikbüro

Mon, 30 Jun 2014 10:22:19 +0000

[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.

https://www.youtube.com/watch?v=3UNkhJU9L70

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

Wie findet man Mikro Haarrisse in Solarzellen nach einem Hagelereignis ?

Sat, 21 Dec 2013 10:14:39 +0000

Am besten eignet sich dafür die Methode der Outdoor-Elektrolumineszenz.

Die Solarmodule werden dabei nachts rückwärts bestromt und leuchten dadurch im nahen Infrarotbereich.
Mit dieser Untersuchungsmethode kann man verschiedene Fehler auf den Zellen sehr gut diagnostizieren, unter anderem kleine Risse in den Zellen.

Mehr Informationen zu dem Thema findet man hier in unserem Blog.