Ich habe hier im Blog ja schon öfters mal über Thermografie an Photovoltaikanlagen berichtet und auch darauf hingewiesen, dass sich die Methode der Drohnen-Thermografie immer mehr als Standard-Methode für Wartungszwecke und Wiederholungsprüfungen durchsetzt. Neben den unschlagbaren Vorteilen dieser Untersuchungsmethode gibt es allerdings auch einiges zu beachten, insbesondere im Hinblick darauf, was man mit den gewonnenen Thermografie Aufnahmen im Anschluss an die Prüfung anfängt. Das soll der Inhalt dieses Blogartikels sein.

Hauptziele der Wartung einer Photovoltaikanlage

Wenn man eine große Anzahl an gewerblichen PV-Anlagen verwaltet, stellt sich immer die Frage, wie viel Aufwand man für die Wartung der Anlagen betreiben muss, um die beiden Hauptziele einer Wartung zu erreichen. Erstens soll von der untersuchten PV-Anlage keine Gefahr ausgehen und außerdem sollen die Stromerträge der Anlage möglichst hoch gehalten werden. Die DIN EN 62446-2 enthält Anforderungen an und Empfehlungen für die Wartung von Photovoltaikanlagen und bietet eine gute Grundlage dafür, was sinnvollerweise an PV-Anlagen im Zuge der Wartung gemacht werden sollte.  Hierbei stelle ich bei unseren Seminaren häufig fest, dass die PV-Service-Betriebe auch bei den Wiederholungsprüfungen wieder, wie schon bei der Inbetriebnahmeprüfung, eine Isolationsmessung an jedem Modulstrang durchführen. Dafür muss natürlich an jedem Wechselrichter oder an jedem Gleichstromanschlusskasten der betreffende Strang erneut freigeklemmt und gemessen werden.  Ein Aufwand, der sich aus meiner Sicht erübrigt, da ein gutes Monitoring die gewonnenen Werte bereits liefert. Man bekommt von jedem MPP-Tracker jedes Wechselrichters einen Wert für die DC-Spannung und den DC Strom. Außerdem führen die Wechselrichter morgens vor dem Zuschalten eine Isolationsprüfung durch, die in vielen Fällen auch dokumentiert wird, insbesondere wenn ein ISO-Fehler festgestellt wird. Es wird also ein erheblicher Aufwand getrieben, der viel Zeit kostet, insbesondere wenn dann noch der ein oder andere Einbaustecker an einem Wechselrichter abbricht. Viele Service-Teams können ein Lied davon singen und ich hatte die Thematik hier schon mal behandelt.

Wann macht die Drohnen-Thermografie an einer PV-Anlage Sinn ?

Warum also nicht auf diesen Aufwand verzichten und stattdessen die Thermografie-Befliegung der PV-Anlage zum Standard machen ? Die Vorteile liegen auf der Hand. Man erkennt nicht nur – wie es bei der Messung der Leerlaufspannung der Fall wäre – dass an dem ein oder anderen Strang 11-13 V fehlen, was auf einen defekten Substring hindeutet, sondern man hat mit der Drohnenthermografie auch gleich einen Hinweis darauf, wo sich das defekte Modul befindet. Man schlägt also zwei Fliegen mit einer Klappe. Die Drohnenthermografie sollte daher aus meiner Sicht regelmäßig, am besten einmal pro Jahr durchgeführt werden.

Was muss bei der Drohnenthermografie beachtet werden ?

Auch für die Drohnenthermografie gibt es eine Norm, an der man sich orientieren kann. Es handelt sich um die DIN IEC 62446-3. In dieser Norm werden allerdings Rahmenbedingungen gefordert, die es insbesondere in Ländern wie Deutschland, in denen mal über längere Zeit nicht die Sonne scheint quasi unmöglich machen regelmäßig Thermografieuntersuchungen durchzuführen. So fordert die Norm eine Bestrahlungsstärke von mindestens 600W/m² in der Ebene des PV-Moduls. Außerdem soll der Betriebsstrom mindestens 30% des Bemessungsstroms im untersuchten Strompfad betragen. Die Praxis zeigt, dass die Empfindlichkeit moderner Thermografiekameras mittlerweile so gut geworden ist, dass man wenige mK (Millikelvin)  Temperaturunterschiede messen kann. Das bedeutet man braucht keine großen Einstrahlungen mehr, um die typischen Fehler zu finden, die man mit der Thermografiemethode entdecken kann.

Welche Mindesteinstrahlung muss vorhanden sein um erfolgreich thermografieren zu können ?

Ich empfehle mittlerweile, nicht eine bestimmte Einstrahlung abzuwarten, sondern die anstehende Thermographieuntersuchung selbst zu “kalibrieren”. Was ich damit meine, möchte ich nachfolgend kurz beschreiben: Die typischen Fehler, die man mit der Drohnenthermographie extrem gut und schnell finden kann, sind “offene Substrings” und “kurzgeschlossene Bypassdioden” an Solarmodulen. Während bei den offenen Substrings immer jeweils 1/3 oder 2/3 des Moduls eine leicht erhöhte aber gleichmäßige Temperatur gegenüber dem Teil des Solarmodules aufweisen, das in Ordnung ist, sieht man bei kurzgeschlossenen Bypassdioden das typische Patternmuster, mit wärmeren und kälteren Zellen im betroffenen Substring. Was man ebenfalls sehr gut erkennen kann, sind ausgefallene Modulstränge, verursacht z.B. durch eine Strangunterbrechung. Genau dieses Fehlerbild kann man gezielt herstellen, wenn man vor der Befliegung der Anlage, entweder einen Strang abklemmt oder einen ganzen Wechselrichter ausschaltet. In beiden Fällen ist ein Teil des Solargenerators im Leerlauf. Wenn sich dieser Anlagenteil mit der Drohne einwandfrei identifizieren lässt (es handelt sich in der Regel um Temperaturunterschiede von 2-4 K)  dann kann man bei der gegebenen Einstrahlung in jedem Fall auch offene Substrings finden. Auch die Möglichkeit zum Auffinden kurzgeschlossener Bypassdioden lässt im Vorfeld testen. Dafür muss man allerdings mindestens einen Modulstrang abklemmen und mit einem geeigneten Kurzschließer kurzschließen.

Solche DC Schalter zum Kurzschließen des Solarmodulstranges als Untersuchungshilfe haben wir jetzt übrigens nicht mehr nur für uns selbst gebaut, sondern in kleiner Stückzahl auch für andere interessierte Branchenkollegen und kann bei uns erworben werden. Wer gern selbst bastelt, kann aber natürlich genauso selbst nach geeigneten Schaltern recherchieren, in einen Kasten einbauen und mit dem benötigten Zubehör versehen.

Wenn der kurzgeschlossene Modulstrang einwandfrei auf der Thermografieaufnahme erkennbar ist, so wird auch eine kurzgeschlossene Bypassdiodenstrecke bei der gegebenen Einstrahlung gefunden werden können.

Das Bild oben zeigt, dass beide Stränge eindeutig erkannt werden können, dass es allerdings noch einfacher ist kurzgeschlossene Stränge zu lokalisieren, als Stränge die sich im Leerlauf befinden. Dennoch konnte im obigen Bild gezeigt werden, dass bei der gegebenen Einstrahlung eine Thermografie Untersuchung möglich ist und Sinn macht.

Was sollte das Ziel der Drohnenthermografie-Untersuchung sein ?

Ich bekomme immer mal wieder Fragen von Betreibern größerer gewerblicher PV-Anlagen, die eine Thermografieuntersuchung beauftragt hatten und dann einen umfangreichen Mängelbericht erhalten, in dem alle möglichen thermischen Auffälligkeiten auf dem Solargenerator markiert und klassifiziert wurden. Oft werden solche Auswertungen mittlerweile KI-gestützt durchgeführt. Meistens kann man jedoch aus der reinen Thermografieaufnahme nicht herauslesen, unter welchen Bedingungen die jeweilige Aufnahme entstanden ist. Man sieht nicht, in welchem Arbeitspunkt der Wechselrichter den Solargenerator gerade betrieben hat und dadurch fällt es schwer, die Aufnahmen korrekt zu interpretieren. Es ist daher wichtig, beim Auswerten der Thermografieaufnahmen zu berücksichtigen, was in diesen beiden Artikeln hier im Blog beschrieben wurde: Artikel 1 (Interpretation von Thermografie-Aufnahmen von Photovoltaikanlagen – Grundlagen) und Artikel 2 (Interpretation von Thermographie-Aufnahmen von Photovoltaikanlagen)
Grundsätzlich gilt, dass man die Anlagen bei einem Verdacht auf kurzgeschlossene Bypassdioden grundsätzlich zweimal fliegen sollte: Einmal im eingeschalteten Zustand, wenn die Wechselrichter (hoffentlich) im MPP arbeiten und einmal im ausgeschalteten Zustand, wenn die Module also im Leerlauf sind. Wenn die Patternmuster auch im ausgeschalteten Zustand der Anlage sichtbar bleiben, dann handelt es sich in jedem Fall um kurzgeschlossene Bypassdioden.

Beim Bild oben zum Beispiel würde das Patternmuster auf dem betroffenen Solarmodul bei ausgeschaltetem Wechselrichter wieder verschwinden. Es macht daher hier keinen Sinn, dass ein solches Bild im Mängelbericht landet, da das Muster völlig “normal” ist und durch die Teilverschattung des Solarmoduls entsteht. Man sollte also versuchen die Probleme nicht nur thermografisch zu dokumentieren, sondern die Fehler auch direkt identifizieren, um dem Betreiber der Anlage eine brauchbare Handlungsanleitung dafür zu liefern, was als nächstes passieren muss. Wenn im Thermografiebericht hunderte von Aufnahmen auftauchen, wo Zellen einfach dadurch etwas wärmer geworden sind, weil sie an der ein oder anderen Stelle verschmutzt oder verschattet sind, ist das für alle Beteiligten wenig hilfreich und PV-Betreiber, die Laien sind, werden unnötig in Aufruhr versetzt.

Welche typischen Fehler findet man mit der Thermografie von PV-Anlagen ?

Letztlich suchen wir mit der Thermografie-Untersuchung von Photovoltaikanlagen im Wesentlichen nach dem wohl zweithäufigsten Fehler nach den Isolationsfehlern, nämlich den offenen Substrings. Das sind die Fehler, bei denen ein Teil des Solarmoduls (1/3 oder 2/3) vollständig unterbrochen ist und der Strom von den jeweils zugehörigen Bypassdioden übernommen wird. Ein Fehler, der dadurch nicht sofort auffällt und sich lediglich in einer leicht reduzierten Leerlauf- bzw. MPP-Spannung des Modulstranges bemerkbar macht. Dieser Fehler kommt im Moment leider auch bereits an nagelneuen PV-Anlagen vor, wie ich hier im Blog bereits berichtet hatte.

Der zweithäufigste  Fehler, den man immer wieder vorfindet, sind ausgefallene Modulstränge, verursacht durch Nagetierverbiss, fehlerhafte DC Stecker oder schlicht, weil vergessen wurde zwei DC Stecker zusammenzustecken.

Und schließlich findet man nach typischen Überspannungsschäden Solargeneratoren mit vielen kurzgeschlossenen Bypassdioden. Wie bereits erwähnt, ist für deren eindeutige Identifikation immer nochmal eine zweite Befliegung mit ausgeschalteten Wechselrichtern notwendig, um sicher zu sein, dass es sich tatsächlich um diesen Fehler handelt.

Bei allen anderen thermischen Auffälligkeiten sind in der Regel weitere Untersuchungen notwendig, um die zugrunde liegenden Ursachen eindeutig zu identifizieren. Hier kommt dann oft zusätzlich die Methode der Outdoor-Elektrolumineszenz zum Einsatz, um Klarheit über die Ursache des jeweiligen Problems zu bekommen.

Wie sollte ein gutes Serviceteam ausgerüstet sein ?

Ein gutes Serviceteam sollte, aus den oben genannten Gründen, neben dem Isolationsmessgerät, der Stromzange und dem Multimeter immer auch eine kleine Drohne an Bord haben. Wenn man dann noch über die entsprechenden Fähigkeiten verfügt, die gefundenen Aufnahmen korrekt interpretieren zu können, kann man sich teure Zusatzuntersuchungen sparen und beim Jahreswartungstermin direkt die wesentlichen Fehler lokalisieren und möglicherweise sogar gleich beseitigen.

Das pvBuero bietet regelmäßig Seminare zur systematischen Fehlersuche an Photovoltaikanlagen. Das nächste ist z.B. das 2-tägige Praxis-Seminar für die HdT, bei dem neben dem Theorieteil das erworbene theoretische Wissen direkt in einem Solarpark erprobt wird und in mit vielfältiger Messtechnik ausgestatteten kleinen Teams eigenständig die von uns vorpräparierten Fehler gesucht werden. Auf Anfrage bieten wir auch Inhouse-Seminare für Firmen an, die ihr eigenes Team fit machen wollen (inklusive Praxisteil, wenn eine eigene PV-Anlage oder Kundenanlage zur Verfügung steht)

Unser Ziel ist es, Serviceteams, die in ihrer täglichen Arbeit Photovoltaikanlagen untersuchen, mit dem notwendigen KnowHow auszustatten, um Drohnenthermografie an PV-Anlagen effektiv einsetzen zu können und die Möglichkeiten die sich daraus ergeben, voll ausschöpfen zu können. Außerdem empfehle ich an dieser Stelle auch unsere Webinarvideos, wie z.B. das zu diesem Blogartikel passende Webinarvideo zur Thermografie an PV-Anlagen.

Neben unseren Erstinbetriebnahmeprüfungen an größeren gewerblichen PV-Anlagen, die regelmäßig auch eine Drohnenthermografie beinhalten, bieten wir außerdem auch Drohnenthermografieuntersuchungen an kleineren gewerblichen PV-Anlagen in der Rhein-Main-Region an.

Mein Dank gilt pvServicePro – Michael Häusler und Drone Aveyrone Service für das Überlassen einiger Thermografieaufnahmen.