Hagelschaden oder offene Zellverbinder die Lichtbögen zünden ?

Zum Blogartikel zur schleichenden Ertragsminderung an Solarstromanlagen der hier vor Kurzem veröffentlicht wurde möchte ich in diesem Artikel noch eine kurze Ergänzung und einen Erklärungsversuch für das beobachtete Phänomen liefern.

Im letzten Artikel wurde ja ein Fall beschrieben, bei dem sich der Verbinder innerhalb der Modulanschlussdose geöffnet hatte und ein Substring des betroffenen Solarmoduls dadurch ausgefallen war. Hier möchte ich jetzt nochmal die Variante beschreiben, bei der sich die Zellverbinder zwischen den Zellen öffnen. Der Effekt ist am Ende ähnlich. Auch hier verringert sich zunächst die Leistung des Modulstranges um ein Drittel eines Moduls (bei Standardmodulen.).

Wir wurden kürzlich zu einem Kunden gerufen, bei dem einige Solarmodule einen Glasschaden aufwiesen. Es wurde vermutet, dass es sich um einen Hagelschaden handelt und wir hatten die Aufgabe dies nachzuweisen oder zu widerlegen. Beim Ortstermin stellte sich schnell heraus, dass Hagel nicht in Betracht kam, da die Glasoberflächen der zerstörten Solarmodule völlig glatt waren.

Eine glatte Oberfläche der zerstörten Frontglasscheibe und brauche Flecken im Bereich der Zellverbinder sind ein deutlicher Hinweis darauf, dass es sich nicht um einen Hagelschaden handelt.
Eine glatte Oberfläche der zerstörten Frontglasscheibe und brauche Flecken im Bereich der Zellverbinder sind ein deutlicher Hinweis darauf, dass es sich nicht um einen Hagelschaden handelt.

Es gab keinerlei Einschlagpunkte oder sonstige Hinweise auf von außen einwirkende Kräfte. Stattdessen konnte man deutlich bräunliche Verfärbungen an einigen Zellverbindern beobachten. Die Zellverbinderbändchen leiten den Strom immer von der Rückseite der einen Zelle zur Vorderseite der nächsten Solarzelle weiter. Wenn sich, durch den extremen thermischen Stress den diese Bändchen in einem Solarmodul aushalten müssen, die ohmsche Verbindung im Laufe der Jahre verschlechtert entsteht zwischen den Solarzellen ein Übergangswiderstand. Auf der Kennlinie des betroffenen Modulstranges oder des betroffenen Solarmoduls macht sich dieser erhöhte Widerstand durch einen höheren differenziellen Widerstand und einen flacheren Verlauf der Kennlinie bemerkbar.

Die Kennlinie zeigt den typisch flachen Verlauf mit hohem differentiellen seriellen Widerstand. Dies ist typisch, bei hochohmigen Zellverbindern.
Die Kennlinie zeigt den typisch flachen Verlauf mit hohem differentiellen seriellen Widerstand. Dies ist typisch, bei hochohmigen Zellverbindern.

Irgendwann ist dieser Widerstand dann so groß, dass sich das betroffene Modul aus der Sicht des Wechselrichters verhält wie ein Modul mit einer Teilverschattung. Bei entsprechender MPP Regelung des Wechselrichters wird er die Spannung herunterziehen und die Bypassdiode des betroffenen Moduls wird immer öfter aktiv. Dies wiederum resultiert in einer verstärkten Wärmeentwicklung der Bypassdiode.

Die Bypassdiode war der dauerhaften Belastung mit dem vollen Strangstrom offenbar nicht gewachsen.
Die Bypassdiode des betroffenen Substrings war der dauerhaften Belastung mit dem vollen Strangstrom offenbar nicht gewachsen.

Solange die Bypassdiode aktiv ist, wird allerdings die Spannung an dem hochohmigen Verbinder auf die maximale Leerlaufspannung von 20 Zellen (bei Standardmodulen) beschränkt. Die Bypassdiode wirkt hier quasi wie ein Überspannungsschutz für die Fehlstelle. Wenn nun aber die Bypassdiode der dauerhaften Beanspruchung mit dem vollen Strangstrom nicht mehr gewachsen ist, öffnet sich die Diode und an der Fehlstelle kann eine Spannung entstehen, die groß genug ist um einen Lichtbogen zu zünden.

Die Schmauchspuren auf der Rückseite des Solarmoduls zeugen von einer hohen Wärmeentwicklung.
Die Schmauchspuren auf der Rückseite des Solarmoduls zeugen von einer hohen Wärmeentwicklung.

Es handelt sich hier quasi um die Differenz der Leerlaufspannung des Stranges und der Mindesteingangsspannung des Wechselrichters, die als Zündspannung für den Lichtbogen zur Verfügung steht.  Auf dem Dach schein das genauso auch passiert zu sein. Darauf weisen zumindest die Schmauchspuren auf der Rückseite des Moduls hin.

Aufgrund der großen Hitze die dabei entsteht werden dann auch die Frontglasscheiben der Solarmodule zerstört. Der Fehler ist insofern besonders gefährlich, da er zur Entzündung der Rückseitenfolie führen kann, mit entsprechenden Konsequenzen wenn etwas brennbares in der Nähe ist.

Es ist daher wichtig solche Auffälligkeiten an einzelnen Modulsträngen am Monitoring  und bei Sichtprüfungen Vorort sorgfältig zu beobachten und nicht auf die leichte Schulter zu nehmen.

Das Bild zeigt, wie man einen hochohmigen Zellverbinder im Vergleich zu einem normalen Verbinder leicht erkennen kann.
Das Bild zeigt, wie man einen hochohmigen Zellverbinder im Vergleich zu einem normalen Verbinder leicht erkennen kann.

Auch das regelmäßige Messen von Dunkelkennlinien bringt diesen Fehler zum Vorschein bevor es zu spät ist und ein Lichtbogen gezündet hat.

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