Photovoltaik

Wärmebildkameras bei der Instandhaltung von PV-Anlagen

09.09.2010 | Redakteur: Ines Stotz

In den letzten Jahren wurde zahlreiche Unternehmen gegründet, die sich mit der Entwicklung, Installation und Verwaltung von Solarparks beschäftigen. Natürlich müssen solche Installationen profitabel arbeiten, was unter anderem von der optimalen Leistung der gesamten Anlage abhängt. Dabei ist die Thermografie ein wichtiges Werkzeug.

Der wachsende Energiebedarf führte zur Verwendung anderer Energiequellen als Alternative zu Öl und anderen fossilen Energien. Im Laufe der letzten fünf Jahre ist der Einsatz von Photovoltaikanlagen zur Stromerzeugung sprunghaft angestiegen. Dies wurde durch unterschiedliche Faktoren wie den Fortschritt der Technologie sowie die finanziellen und steuerlichen Anreize von Seiten mancher Regierungen ermöglicht.

Eine Photovoltaikanlage besteht aus zu Feldern zusammen geschalteten Solarmodulen - die auf geeigneten Strukturen befestigt werden, Wechselrichtern — die den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, Solarmodulnachführungen (je nach Anlagentyp) sowie Mittelspannungswechselrichtern — wenn die Anlage an ein öffentliches Netz angeschlossen ist. Die Solarmodule bestehen aus lichtempfindlichen Halbleiterzellen, die den Gleichstrom erzeugen. Bei ihrer Herstellung kommen verschiedene Technologien und Materialien zum Einsatz, z.B. polykristallines Silizium, Dünnschichtmaterial, Cadmiumtellurid (CdTe) und Galliumarsenid (GaAs). Die Zellen werden im Modul in parallelen Reihen zusammengeschaltet, um die gewünschte Spannung und Leistung zu erzeugen. Unter normalen Betriebsbedingungen entsteht bei Sonneneinstrahlung in jeder Solarzelle eine Spannung, die sich bei Zusammenführung mit der Spannung der restlichen Zellen zur Ausgangsspannung des Moduls summiert. Diese wird wiederum im Wechselrichter in die gewünschte Wechselspannung umgewandelt. Bei Sonneneinstrahlung wird schließlich Energie erzeugt. Wenn eine Solarzelle nicht arbeitet oder keine Energie erzeugt, weil keine Sonneneinstrahlung erfolgt, kann sie u.U. eine umgekehrte Polarität aufweisen. Sie verhält sich dann wie eine Senke statt wie ein Generator, so dass es zu einer erhöhten Umwandlung von Energie in Wärme kommen kann.

Defekte Zellen durch die Überhitzung schnell erkennbar

Dieser Sachverhalt lässt sich mit einer Fluke Wärmebildkamera mit IR-Fusion-Technologie leicht erkennen. Sie nimmt gleichzeitig ein vollständig radiometrisches Wärmebild und ein Sichtbild auf. Diese Bilder werden Pixel für Pixel überlagert. Dabei ist der Grad der Überblendung einstellbar. Das entstandene Bild zeigt mit einer Palette benutzerdefinierbarer Farben, die jeweils für eine andere Temperatur stehen, die Oberflächentemperaturen der abgebildeten Objekte an.

Außerdem zeigt es ein Sichtbild, mit dem die Zonen der Elemente identifiziert werden können. So lassen sich defekte Zellen durch die Überhitzung schnell erkennen. Die günstigsten Voraussetzungen zum Aufspüren von Problemen herrschen dabei, wenn das Modul den meisten Strom abgibt. Unter solchen Bedingungen können Zellen schnell Temperaturen bis über 100°C annehmen. Je nachdem wie das Solarmodul aufgebaut ist und ob die Zellen in Reihe geschaltet sind, um die vom Wechselrichter benötigte Spannung zu erreichen, kann ein Fehler in einer der Zellen zu einem vollständigen oder teilweisen Leistungsausfall eines Solarmoduls führen. Zudem können die mit der Überhitzung in Zusammenhang stehenden Probleme die Ursache dafür sein, dass benachbarte Zellen weniger effizient arbeiten oder ganz ausfallen und sich das Problem über das gesamte Modul ausbreitet.

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