Wenn man an einer Photovoltaikanlage die Leerlaufspannung an sämtlichen Modulsträngen misst, sollte diese Messung immer mit zwei Messgeräten erfolgen und man sollte jeden Strang immer mit einem Referenzstrang vergleichen. Wenn man dann Spannungsunterschiede von mehr als 7 -8V feststellt, deutet dies oft bereits auf einen Fehler hin. Ich hatte das in diesem Artikel hier im Blog bereits einmal detailliert beschrieben. In diesem Artikel möchte ich nun noch einmal etwas intensiver auf die verschiedenen Fehler eingehen, die zu so einer Spannungsdifferenz führen und wie man sie unterscheiden kann.
Um die typischen Fehler zu verstehen, bei denen immer 1/3, 2/3 oder die Spannung eines ganzen Modules fehlen, muss man sich zunächst noch einmal den prinzipiellen Aufbau eines Solarmoduls klarmachen. Wie hier im Bild zu sehen, sind die meisten heute am Markt verfügbaren kristallinen Solarmodule aus 6 Zellspalten aufgebaut. Bei Modulen mit einer Zellkantenlänge von 5” (12,7cm) werden in der Regel 72 Zellen pro Modul verschaltet, so dass sich eine Anordnung von 6 Spalten mit jeweils 12 Zeilen ergibt. Die Maße dieser Module liegen immer bei 0,8×1,65m. Bei Modulen mit Zellen die eine Kantenlänge von 6” (15,24cm) haben ergibt sich ein typisches Modulmaß von 0,99×1,66m. Diese Module haben dann 60 Zellen mit 6 Zellspalten und 10 Zellzeilen. Damit bei einer Teilverschattung nicht das gesamte Modul lahmgelegt wird, schaltet man jeweils über ein Drittel eines Modules eine Bypassdiode, das heißt im Fall einer Verschattung kann die Bypassdiode leitend werden und die Modulspannung sinkt in diesem Fall um 1/3. Ich habe hier im Blog bereits zahlreiche Artikel zu diesem Thema verfasst. Hier die Artikel zur Teilverschattung und hier ein Link zu allen Artikeln, die sich um die Bypassdioden drehen. Hier nochmal der typische Aufbau eines Solarmoduls:
Wenn ein Modul ein Drittel weniger Leerlaufspannung liefert, dann bedeutet das bei Modulen mit 60 Zellen eine Differenz von ca. 11V und bei 72 Zellern eine Differenz von ca. 13 V zwischen Strängen die in Ordnung sind und solchen, die ein Problem haben. Man sollte allerdings bedenken, dass die Leerlaufspannungen temperaturabhängig sind und die Spannungen bei hohen Temperaturen etwas kleiner und bei niedrigen Temperaturen etwas höher sind. Als Daumenwert sind die beiden oben genannten Werte allerdings gut zu gebrauchen und wer es ganz genau wissen will, muss eben ins Datenblatt schauen, die Temperatur messen und dann mit dem entsprechenden Temperaturkoeffizient ausrechnen wie hoch die Spannung eines Drittel-Moduls genau ist.
Das Bild zeigt den typischen Fall einer kurzgeschlossenen Bypassdiode (die mittlere Diode ist kurzgeschlossen). Zu erkennen sind die betroffenen Module auf verschiedene Weise. Bei der Thermographie sieht man das typische Muster, dass bei einem Drittel des Moduls einzelne Zellen deutlich wärmer sind als andere.
Untersucht man den gleichen Defekt mit der Methode der Rückstromthermographie, so sieht man dort wo die Diode defekt ist ein Drittel des Moduls um etwa 2-4K kühler als die anderen Module des rückwärts bestromten Stranges. Da die Diode einen Kurzschluss macht, fließt der Strom an der defekten Diode nicht über die Zellen und diese können sich in Folge dessen auch nicht erwärmen. Bei der Methode der Outdoor-Elektrolumineszenz zeigt sich der Fehler auf ähnliche Weise, nämlich dadurch, dass an der Stelle, an der sich die defekte Diode befindet keine IR Emission der überbrückten Solarzellen mehr stattfindet. In der hier gezeigten EL Aufnahme ist die rechte Bypassdiode des betroffenen Moduls kurzgeschlossen.
Woran kann es noch liegen, dass die Spannung fehlt ?
Nun gibt es aber ein zweites Fehlerbild, bei dem auch die Leerlaufspannung des betroffenen Modulstranges um die typischen 11V bzw. 13V zu niedrig ist, bei dem aber keine der Bypassdioden defekt ist, sondern es stattdessen eine Unterbrechung zwischen der Modulanschlussdose und den Solarzellen gibt. In diesem Fall fließt der Strom immer über die Bypassdiode, weil der Weg durch die Solarzellen an einer Stelle unterbrochen ist. Das nachfolgende Schaubild soll veranschaulichen, was damit gemeint ist.
Diesen Fehler kann man bei guter Einstrahlung sehr einfach mit der Thermographiemethode erkennen. Auf dem Thermogramm ist dann jeweils 1/3 , 2/3 oder das ganze Modul deutlich wärmer als die Module ohne Fehler. Außerdem kann man eine leicht erhöhte Temperatur der Modulanschlussdosen erkennen, da der gesamte Strom nicht mehr durch die Solarzellen, sondern an der jeweiligen Stelle mit dem Defekt, durch die Bypassdioden fließt. Um das Bild zu verstehen, sollte man sich nochmal vergegenwärtigen, dass Solarzellen, die sich im Leerlauf befinden um ca 2-3K wärmer sind als Zellen, die im MPP betrieben werden. Das erklärt sich dadurch, dass im Leerlauf die gesamte Sonnenenergie, die nicht vom Modul reflektiert wird im Modul in Wärme umgesetzt wird, während beim Betrieb im MPP ein Teil der Energie in Form von elektrischer Energie aus dem Modul abgezogen wird. Es wird also – für einige Leser mag das paradox erscheinen – eine Kühlung dadurch herbeigeführt, dass ein Strom fließt. Im Unterschied zur kurzgeschlossenen Bypassdiode sieht man bei diesem Fehler nicht das typische Bild dass einige Zellen deutlich wärmer sind als andere, wie es im Thermogramm oben zu sehen ist. Bei diesem Fehler sind alle Zellen im betroffenen Bereich gleich warm und die Moduldose erscheint signifikant wärmer als die Umgebung.
Mit der Rückstrommethode kann man diesen Fehler nicht ohne weiteres finden, da der Weg durch die Zellen unterbrochen ist und die Bypassdioden den Strom in Rückwärtsrichtung sperren. Man kann bestenfalls die Bypassdiode opfern und die Spannung soweit erhöhen, dass diese im Durchbruch betrieben wird. Dann hat man zwar die Bypassdiode zerstört aber man hat dafür das defekte Modul gefunden und kann es auswechseln. Wenn als Bypassdioden keine Schottkydioden (mit einer Sperrspannung von 50V) sondern Si-Dioden mit einer hohen Sperrspannung eingebaut wurden, kann die Spannung dafür allerdings im ungünstigsten Fall zu hoch sein.
Fazit: Wenn man auffällige Modulstränge gefunden hat, die etwa 11-13V weniger Leerlaufspannung aufweisen als die übrigen Stränge, so kann dies unterschiedliche Ursachen haben. Im einfachsten Fall handelt es sich um kurzgeschlossene Bypassdioden, die man im Idealfall, wenn die Anschlussdose nicht vergossen wurde, auch reparieren kann. Schlechter sieht es aus, wenn es sich um einen Fehler handelt, bei dem irgendwo im Laminat des Moduls ein Verbinderbändchen unterbrochen ist und dadurch ein Teil des Moduls keinen Strom mehr liefern kann. Hier können nur Fachfirmen helfen, die das Laminat aufschneiden, die Verbindung wieder herzustellen und anschließend eine Reparaturfolie darüber laminieren können. In den meisten Fällen, werden solche Module allerdings ausgetauscht.
Vielen Dank, für diesen aufschlussreichen Artikel!
Man findet nur selten so hilfreiche Erläuterungen zu diesem Thema, weshalb ich mich gerne mit meinem Problem an Sie wenden würde, auch wenn es sich in diesem Fall “nur” um ein einzelnes Panel auf einem Wohnmobil handelt.
Hier sind 32 Zellen mit zwei Bypass-Dioden verbaut, Leerlaufspannung laut Datenblatt 23,4V. Dann wurde nicht mehr geladen und ich messe nur noch ca. 10V Leerlaufspannung. Daher bin ich von einer defekten Diode ausgegangen. Jetzt habe ich aber immer wieder nachgemessen und manchmal wieder eine Leerlaufspannung 21V (eine Regelmäßigkeit konnte ich schwer feststellen, ich habe aber den Eindruck bei sehr niedrigem Sonnenstand, also bei geringem Stromfluss) gemessen. Dann aber wieder plötzlich 10V oder sogar 0V. Sind solche Effekte bei den Bypass-Dioden bekannt? Schlagen die Dioden trotz defekt eventuell erst bei einem gewissen Stromfluss durch, und funktionieren daher bei geringer Sonneneinstrahlung “normal”. Leider habe ich keine Wärmebildkamera zur Verfügung und konnte die Dioden bisher nicht abklemmen/tauschen, da diese in der Anschlussdose vergossen sind.
Beste Grüße, Emanuel
Hallo Emanuel,
es handelt sich mit ziemlich hoher Wahrscheinlichkeit um Zellverbinder, die sich langsam ablösen. Je nach Temperatur haben sie mal Kontakt oder eben auch nicht. Die Bypassdioden sind in solchen Fällen O.K. Das ist der letzte, oben im Artikel behandelte, Fall.
Bitte auch nochmal hier nachlesen: https://photovoltaikbuero.de/pv-know-how-blog/schleichende-ertragsminderung-an-solarstromanlagen/
Matthias Diehl
Vielen Dank für die gut nachvollziehbare Fehlerbeschreibung!
Nun würde mich interessieren, wie man bei einer Anlage (reine Reihenschaltung) reagieren sollte, wenn ein Modul durch den oben beschriebenen Fehler die Leistung der gesamten Anlage “herunterzieht”. Ist es in einem solchen Fall sinnvoll, das betroffene Modul aus der Reihenschaltung herauszunehmen (abzuklemmen), um die übrigen Module wieder mit voller Leistung weiterarbeiten zu lassen?
Vielen Dank für einen guten Rat!
Solange man durch das Herausnehmen des defekten Moduls nicht unter die Mindesteingangsspannung des Wechselrichters gelangt, kann man das machen. Aufpassen muss man noch, wenn am MPPT des Wechselrichters 2 Stränge parallel geschaltet wurden. Dann kann man auch nicht einfach ein Modul entfernen.
Bei mir hat ein Modul einen defekten Substring. Insgesamt sind sieben 330W-Module im String. Ich habe als Austausch ein 340W-Modul (gleiche Modulserie, gleiche Architektur) abgeboten bekommen. Was passiert jetzt mit dem MMP des Strings? Ist das marginal oder ein Problem?
https://www.soluxtec.de/dam/jcr:65ba5110-2103-4433-bea9-b531093e504d/2021_Das%20Modul%20Mono%20FS_German.pdf
Herzlichen Dank
bei identischer Modularchitektur kein Problem.
Ein Strang mit 20 Modulen (Kyocera KC175, 48 Zellen, Leerlaufspannung 29,2 V) hat seit kurzem nur noch ca. 130 V Generatorspannung. Am Monitoringsystem sieht man, dass die Generatorspannung am Vortag noch gepasst hat und dann am nächsten Morgen nicht mehr.
Woran könnte das liegen?
Das kann unterschiedliche Ursachen haben. Wenn die Leerlaufspannung auch geringer geworden ist, könnten kurzgeschlossene Bypassdioden der Grund sein. Wenn nur die MPP Spannung betroffen ist, könnten Zellverbinder hochohmig geworden sein. Da hilft nur eine Diagnose Vorort, das ist aus der Ferne schwer zu machen.
Matthias Diehl
Ein Freund von mir betreibt in Portugal eine Solaranlage mit zwei Strängen von je 10 Panelen je 300W, Leerlaufspannung von Strang 1 ca. 350V, Leerlaufspannung Strang 2 ca. 230V. Strang 2 auseinandergesteckt und alle Module einzeln gemessen, jedes Modul für sich liefert die 35V Leerlaufspannung, wieder zusammengesteckt jedoch nur die beschriebenen 230V. Gibt es dafür eine plausible Erklärung? Danke schon mal vorab.
Hallo Herr Kestler,
an einem hochohmigen Verbinder bricht die Spannung sofort zusammen, wenn auch nur ein klein wenig Strom fließt. Dieser Strom ist bei konstantem Innenwiderstand des Messgerätes etwas höher, bei der höheren Spannung. Klarheit bringt da nur eine Kennlinienmessung, dann kann man das sehen.
Hallo Herr Diehl,
erstmal danke für die prompte Antwort, eine hochohmige Verbindung schließe ich aus, der Betreiber hat das mehrfach gegengecheckt. Der Betreiber ist elektrotechnischer Laie aber eben ein heller Kopf (Chemieingenieur). Er kann Dinge die ich ihm rate (ich bin E-Ingenieur, wenn auch in einem ganz anderen Spezialthema) schon richtig umsetzen. Er hat an jeder einzelnen Zelle den Kurzschlussstrom gemessen, daraus ergibt sich nichts. Ich habe ihm gesagt, er möge doch die Panels mit einem Infrarot-Thermometer messen uns siehe da, ein Panel wird zumindest in einem Teilbereich deutlich wärmer als alle Kollegen drumherum. Er wird dieses Panel mal rausbauen und gegen ein anders Panel ersetzen, dann sieht man weiter.
Infrarot-Thermometer statt Thermographiekamera … auch nicht schlecht. Muss ich auch mal ausprobieren zur “Low-cost” Fehlersuche. Gute Idee.
Hallo,
ich habe eine Frage und hoffe bei ihnen eine Antwort zu bekommen.
Für ein Wohnmobil habe ich 2 Solarmodule und einen Mppt Regler gekauft.
Die Artikel hatte ich mit dem Verkäufer tel. abgestimmt.
1x 120W 25,3V Leerlaufspannung und 5,59 A // Zellanordnung 120 (3×40)
1x 160W 26,4 V Leerlaufspannung und 7,27 A // Zellanordnung 164 (4×41)
1x Victron SmartSolar MPPT 100/20-48V
Diese möchte ich parallel verschalten.
Lt. Verkäufer ist die minimal unterschiedliche Spannung kein Problem.
Andere raten mir nun strickt von diese Kombination ab bestehen darauf, dass die Spannung 100%ig gleich ist.
Ich bin nun sehr verunsichert.
Ich würde mich über ein Feedback sehr freuen und bedanke mich bereits im Vorfeld.
MFG D. Bürger
Man kann Solarmodule mit leicht differierenden Leerlaufspannungen parallel schalten. Es fließen dann allerdings bei ausgeschaltetem Laderegler oder Wechselrichter bereits Ausgleichsströme zwischen den beiden Modulen. Die Größe der Ausgleichsströme kann man grafisch ermitteln. Da die Frage ständig mal kommt und auch für die Fehlersuche an PV-Anlagen eine gewisse Relevanz hat, werde ich demnächst mal einen Blogartikel zu dem Thema schreiben.
Hallo, bei mir hatte der Laderegler mutmasslich einen Kurzschluss und alle angeschlossenen 4 Module haben nur noch eine Kurzschluss-Spannung von ca. 12-13 V anstatt 37V. Es handelt sich um Module des Typs Longi LR5-54HIH-410M. Die Module sind in Reihe geschaltet.
Sind die Sperrdioden durchgebrannt und sehen Sie eine Chance diese zu tauschen? Auf der Rückrückseite befinden sich 3 Anschlussdosen, befinden sind dort die Sperrdioden? Ich sehe nur eine weisse elastische Masse.
MfG Matthias
Man spricht von der Leerlaufspannung und dem Kurzschlussstrom. Wenn der Laderegler abgeklemmt ist und die Module im Leerlauf nur noch 12-13V Spannung liefern, dann sind wohl jeweils 2 Bypassdioden kurzgeschlossen. Wenn die niedrige Spannung im Betrieb gemessen wurde, dann wird das durch den Laderegler verursacht. Bei einfachen Reglern schaltet dieser die Module einfach zur Batterie durch. Wenn es sich um eine 12V Batterie handelt, so misst man dann einfach die Batteriespannung.
Hallo Herr Diehl, Danke für die schnelle Rückinfo. Die Spannung habe ich im unbelasteten Zustand, kein Laderegler angeschlossen, gemessen. Kann man die kurzgeschlossenen Bypassdioden tauschen und wie finde ich die passenden Ersatzteile?
Schottkydion 15A 50V. Elektronikhandel.
Guten Tag.
Ich habe ein komisches Phänomen. Habe mir 2 Gebrauche Module von Ja Solar gekauft mit jeweils 270w Spannung sollte bei 30-38v sein.
Mein Problem ist: Die beiden Module sind in Serie geschaltet um die Spannung zu erhöhen. Mein Wechselrichter von EASUN MIT MPPT arbeitet ab 30V. Sobald es angeschlossen ist, liegt die Spannung bei ca 65V schwankt + – 5V und nach und nach geht sie runter auf 28-30V.
Die Module liefern einzeln ca 28-30V
Zu erwähnen ist, dass das wetter gerade sehr regnerisch ist und nur diffuses licht kommt.
Wo liegt das Problem das die Spannung so runterfällt?
Das dürfte wohl dem schlechten MPP Regler des Modulwechselrichters geschuldet sein.
Hallo Herr Diehl,
Ich habe auf einer Dachseite 8 Module, auf der anderen Dachseite 20 Module.
Wenn Ich beide Dachseiten miteinander vergleiche habe ich auf der DC-Seite gerade mal 2A unterschied und nur eine minimal höhere Leistung Seite, obwohl dort über die doppelte Menge an Anzahl von Modulen verbaut sind.
Bei der Leerlaufspannung komme ich etwa auf die vorgegebenen Werte der verbauten Geräte.
Woran könnte der Fehler liegen?
Könnte es sein das ein einzelnes Modul nicht richtig arbeitet?
Vielen Dank
Hallo Lukas,
wenn Module mit unterschiedlichen Ausrichtungen an einen Wechselrichter angeschlossen werden, dann müssen diese immer an verschiedene MPP-Tracker des Wechselrichters angeschlossen werden.
Dann kann man sich die Spannungen jedes MPPT ansehen und diese mal durch die Modulanzahl teilen. Bei gleichen Modultemperaturen sollten diese Spannungen sich nicht zu stark unterscheiden.
Wenn man den Verdacht eines Fehlers hat, kann man auch mal die MPPT Belegung tauschen. Wandert das Problem mit, so liegt es an den Modulen, bleibt es beim gleichen Wechselrichtereingang, liegt es am Wechselrichter.
Die spezifischen Erträge bei einer Ost-Westanlage sollten auf der Westseite (wegen den höheren Temperaturen bei voller Einstrahlung) immer etwas geringer sein, als auf der Ostseite.
Wenn all diese Plausibilitätsprüfungen weiter den Verdacht auf eine Fehler bestätigen, hilft nur Messtechnik. Man kann dann mal eine Kennlinie beider Stränge messen oder mal mit einer Thermographiedrohne über das Dach fliegen. Falls es ein Problem gibt, wird man das dann schnell finden.
Hallo Matthias,
ich würde mir gerne eine Inselanlage bauen, welche auch im Winter bei 20% Sonneneinstrahlung am Berg Strom liefern soll.
Mein Wechselrichter benötigt 90V, meine vier Panele liefern je 46V (bei 420W)
Sinken die Volt bei geringerer Sonneneinstrahlung?
Hallo Maximilian,
der Zusammenhang zwischen Einstrahlung und Spannung ist logarithmisch. Beim Sonnenaufgang wird die Spannung ganz schnell größer und ändert sich dann nur noch wenig mit der Einstrahlung. Der Strom der Module ist hingegen gut Proportional zur Einstrahlung.
Bei der Auslegung muss man immer auf die Temperaturden achten. Bei sehr hohen Temperaturen (65°C) sollten die Module immer noch eine ausreichende Spannung liefern, so dass der Laderegler arbeiten kann. Den Temperaturkoeffizienten der Spannung findest Du auf dem Datenblatt der Module.
Hallo,
ich habe im Juni eine Anlage mit 60 Elementen bekommen. Da die Dachfläche ganzjährig unverschattet ist sind 4 gleiche Strings mit je 15 Modulen verschaltet. Die Messungen die nach DIN vorgeschrieben sind wollte mein Anlagenerbauer erst nicht durchführen. Heute hat er das nachgeholt und dabei festgestellt das 3 Strings 515 – 516 V Leerlaufspannung haben und einer nur 481 V. Nach seiner Aussage ist das völlig in Ordnung und im Toleranzbereich. Nach dem Lesen Ihrer Ausführungen komme ich zu einem anderen Ergebnis.
Können Sie bitte Ihre Einschätzung darlegen und was evtl. noch gemessen werden sollte.
Die Module sind JAMS5430_405.
Hallo Herr Rückert,
nein, das ist ganz eindeutig nicht in Ordnung. Wenn alle Modulstränge die gleiche Ausrichtung haben und alle 4 Stränge unverschattet sind, darf sich die Spannung nur um wenige Volt (1-3V) unterscheiden. Bei Teilverschattung sieht das natürlich anders aus. Man muss solche Messungen daher bei diffuser Einstrahlung machen oder zu einem Zetpunkt an dem alle Stränge unverschattet sind. Noch besser ist es natürlich, die von uns vorgeschlagenen Dunkelkennlinien zu messen. Damit bekommt man in jedem Fall heraus, ob alle Module korrekt angeschlossen sind. Das dürfte aber für eine Kleinanlage zu aufwändig und damit zu teuer sein.
Hallo Herr Diehl.
Ich hatte heute am Vormittag 101V Eingangsspannung am Lagerfeuer. Am Nachmittag nur mehr 14V. Sind drei Module in Serie. Module abgedeckt, abgeklemmt Abdeckung weg siehe da 101V. Abgedeckt, angeschlossen, Abdeckung weg 98V. In Folge ist die Spannung langsam (ca. 10min) auf 19V abgefallen. Haben sie vielleicht eine Idee was hier falsch läuft?
Danke im voraus
LG
am Lagerfeuer ? Die Spannung ändert sich auch ein wenig bei wechselnder Einstrahlung, nur bei weitem nicht so stark wie der Strom.
Hallo Herr Diehl,
vielen Dank, dass Sie es auf sich nehmen, Fragen zu beantworten. Ich habe im August einen ostseitigen String mit 6 Modulen á 200W auf meinem Dach parallel verbaut.
Vom Hersteller angegebene Leerlaufspannung 44,57V, Nennspannung 37,62V, nur vorkonfektionierte Kabel (mit MC4-Steckern) des Lieferanten zur Verbindung verwendet
Die Leerlaufspannung dieses Strings kommt auch bei guter Sonneneinstrahlung nicht über 39 Volt, die Nennspannung liegt meist bei 32V mit Maximum 35,36V.
Wenn das nicht in Ordnung ist – wie kann ich den Fehler finden? Wenn ich es richtig verstanden habe, wäre ja bei einem Defekt im Modul der Spannungsunterschied größer.
LG
Bitte bei Spannungsvergleichen immer darauf achten, dass die Spannungen auf den Datenblättern bei einer Temperatur von 25°C (STC = Standard Test Conditions) angegeben sind. Die Module auf dem Dach haben in aller Regel (im Sommer) höhere Temperaturen, so dass die Spannungen dann immer niedriger als auf dem Datenblatt sind. Wenn man es genau wissen will, muss man den Temperaturkoeffizient vom Datenblatt nehmen und umrechnen.
Herr Diehl,
Ich habe auf einer Dachseite (Ost-Westanlage) 6 Module (Ostseite), auf Westseite 18 Module.
So wie ich das einschätzen kann bis zum Mittag gibs kaum Leistung.
Woran könnte der Fehler liegen?
Könnte es sein das ein einzelnes Modul nicht richtig arbeitet?
Gibst mündest Modulen zahl die auf gleichen Strang angeschlossen werden müsse?
Vielen Dank
Das kann viele Gründe haben und ist ohne weitere Infos nicht zu beantworten. Die Mindestmodulanzahl ergibt sich aus dem Datenblatt des Wechselrichters. Die Spannung Udcmin bestimmt, welche MPP-Spannung mindestens erreicht werden muss, also bei hohen Temperaturen und niedrigen Einstrahlungen. Daraus kann man die Mindestanzahl der Solarmodule berechnen.