Inspektion von Photovoltaik Anlagen

Die Zahl der Solarkraftwerke ist in den letzten Jahren stetig gestiegen. Photovoltaikanlagen sind bekannt für:

  • Lange Lebensdauer
  • Geringe Alterungseffekte
  • Geringe Wartung
  • Geringe Betriebskosten
  • Einfache Installation
  • Robust

Dennoch können unterschiedliche Fehlerarten in PV-Anlagen auftreten:

  • Performance Verluste >10% innerhalb von 3 Jahren bei den meisten Anlagen
  • Der Großteil der Fehler sind durch visuelle Inspektion nicht detektierbar
  • Mismatch Verluste von PV Strings können 10x bis 100x größer ausfallen, als einzelne, defekte PV Module
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Fehlererkennung

  • Mismatch Losses

  • Hotspots

  • Potential induzierte Degradation (PID)

  • Bypass Dioden Defekt

  • Zellriss

  • Glasbruch / Verschmutzung

  • Delaminierung / Verfärbung

  • etc.

Auch wenn Hersteller von Modulen für ihre Produkte werben als: Non-PID, No Cell crack, no hotspot möglich, die oben genannten Probleme treten natürlich bei jeder Art von PV-Modul auf.

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Mismatch Verluste

Mismatch Verluste entstehen durch die Serien- oder Parallelschaltung von PV-Modulen
Die Ursache von Mismatch verlusten können sein:
unterschiedliche Ausrichtung, Verschattung, Neigungsunterschiede aber vor allem
Fehler bei PID, Hostpots etc.
Die Abbildung zeigt exemplarisch mögliche Mismatchverluste
connection:

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Beispiel: Mismatchverluste PV Park

 In Solarparks wird meist eine Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung von PV-Modulen verwendet, um den vollen MPP-Eingangsbereich von Wechselrichtern zu nutzen. Über Reihenschaltung werden Panels zu einem PV-String verbunden. Durch die Parallelschaltung dieser PV-Strings entsteht ein PV-Array. Wenn nun ein String des PV-Generators seine Ausgangsleistung aufgrund eines defekten Moduls oder einer vorübergehenden Verschattung reduziert, wird nicht nur die Leistung dieses Strings reduziert. Die gesamte Systemspannung (Parallelschaltung von Spannungsquellen) sinkt und die Leistung des gesamten Arrays sinkt. Im folgenden Beispiel wird die Ausgangsleistung des Arrays aufgrund dieser Mismatch-Verluste um 8 kW (30 %) statt 3 kW (10 % Reduzierung am String) reduziert.

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Inspektionsmethoden

Die Inspektion von PV-Parks ist in mehrere Disziplinen unterteilt. Zunächst muss das System auf Sicherheitsprobleme überprüft werden. Kriechströme und Isolationsfehler können gefährlich für Personen sein und können auch andere Betriebsmittel wie Rohrleitungen beeinträchtigen. Weitere leistungsbegrenzende Fehler wie PID, Hotspots, defekte Bypass-Dioden etc. sollten erkannt und die Leistung des Gesamtsystems nach IEC62446-2 analysiert werden.

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Inspektionsmethoden

Sichtprüfung

Visuelle Inspektionen sind wichtig, um größere Probleme wie defekte Sicherungen, offensichtliche Probleme zu erkennen. Trotzdem können mit dieser Methode nur wenige Probleme erkannt werden. So wurden beispielsweise nach einem Hagelschlag in einem Solarkraftwerk nur wenige Module getauscht. Detaillierte Untersuchungen zeigten, dass viel mehr Module von dem Hagelschlag betroffen waren als durch die visuelle Inspektion erkannt wurden.

 

Thermal Imaging

Diese Technik wird am häufigsten zur Inspektion von PV-Anlagen verwendet. Es erfordert Know-How zur Durchführung und Auswertung der Messungen. Oft werden Drohnen oder Flugzeuge eingesetzt und das Kraftwerk muss im Vollbetrieb (Wärme) sein. Es ermöglicht die Erkennung verschiedener Fehlerarten und das Auffinden defekter Komponenten.

Nachteile

  • Keine Erkennung von Mismatch Verlusten
  • keine Erkennung von PID
  • keine Erkennung von Zellrissen

Elektrolumineszenz

 Diese Technik wird hauptsächlich in Labors durchgeführt. Module werden durch Stromeinspeisung aktiviert. Messungen erfolgen ohne Sonneneinstrahlung (bei Nacht). Es ermöglicht eine detaillierte Analyse von PV-Modulen. Trotzdem gibt es noch keine mobilen Messsysteme zur Analyse ganzer PV-Strings. Die Systeme benötigen eine hohe Leistung zur Signalinjektion.

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IV Kennlinienanalyse

mit automatischer Fehlerdiagnose

Diese Technik zeichnet das Spannungs- und Stromprofil (IV-Kurve) von PV-Modulen von der Leerlaufspannung (Voc) bis zum Kurzschlussstrom (Isc) durch Anlegen einer Last auf. Je nach Kurvenverlauf können die unterschiedlichen möglichen Fehler erkannt und unterschieden werden. Darüber hinaus ist es die einzige Methode, um Mismatch-Verluste zu erkennen.

Mismatch Verluste

nur durch Multi-Kanal Messung möglich

Verschattung

Erkennung und Abschätzung des Verlustes

Verschmutzung

Verwendung eines intelligenten Algorithmus

By-pass Diodenbruch

Erkennung von Fehlern (kurzgeschlossen oder offen)
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Die folgende Grafik zeigt ein Beispiel einer simulatanen Messung einer PV Anlage mit 17 Strings.

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Hotspot

Erkennung von Hotspots - sogar bei geringer Einstrahlung

PID

Erkennung von Potentialinduzierter Degradation

Zellriss, Glasbruch

und viele weitere Fehler werden erkannt

IEC 62446

konform IEC 62446-2

Während die Verwendung von Einkanal-IV-Überprüfungssystemen viel Zeit (Tage) für die Inspektion von Solarparks in Anspruch nehmen wird (z. B. 400 Strings für 3 MW), ermöglicht das Mehrkanal-IV-Kurven-Überprüfungssystem die Inspektion von Solarkraftwerken innerhalb sehr kurzer Zeit (~4 Stunden pro MW) und liefert wertvolle Informationen über die Mismatch Verluste.

 

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Automatische Diagnose

Das patentierte Diagnosesystem zeigt automatisch den Zustand jedes Strings an. Dabei kann anhand der Farbcodierung auf unterschiedliche Fehlerarten und der Anzahl von Fehler zurückgeschlossen werden.

Fehlerdiagnose: Mistmatch, PID, Bypass Dioden defekt, Verschattung, Glasbruch, Verschmutzung, Delamnieriung, Zellriss, etc.

Vergleich der verschiedenen Inspektionstechnologien

Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich dieser Technologien:

  • Sichtprüfung
  • Thermographie
  • Elektrolumineszenz
  • IU Kennlinie
  • Multi-Kanal IU-Kennlinie

 

 

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IU Kennlinien Messsysteme

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In dieser AppNote skizzieren wir die Komplexität und die Unzulänglichkeiten traditioneller Messansätze, die wir oft in der Praxis sehen. Glücklicherweise werden Ingenieure mit der entsprechenden Messausrüstung nicht in diese Verlegenheit kommen. Unsere Kunden schätzen den PQA8000H bei der Fehlersuche von supraharmonischen Emissionen, bei denen er seine Stärken ausspielt ..

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