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 String können 10x to bis fach größer ausfallen, als einzelene, defekte PV Module
Alt Text

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.

Alt Text

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 wei PID, Hostpots etc.
Die Abbildung zeigt exemplarisch mögliche Mismatchverluste
connection:

Alt Text

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.

Alt Text

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.

Alt Text

Inspektionsmethoden

Visuelle Inspektion

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.

Alt Text
Alt Text
Alt Text

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

using intelligent algorithmn

By-pass Diodenbruch

Erkennung von Fehlern (kurzgeschlossen oder offen)
Alt Text

The following picture shows an example of a simultaneous measurement of a PV array with 17 strings.

Alt Text

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

While using single-channel IV tracing systems will take a lot of time (days) for inspection of solar farms (e.g. 400 strings for 3 MW) the muti-channel IV-curve tracing system will allow inspection of solar power plants within very short time (~4 hours per MW)  and will give valueable information about the mismatch losses.

 

Alt Text

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:

  • Visuelle Inspektion
  • Thermographie
  • Elektrolumineszenz
  • IU Kennlinie
  • Multi-Kanal IU-Kennlinie

 

 

Alt Text

IU Kennlinien Messsysteme

Alt Text

 

 

 

Erfahren Sie mehr ..

Alt Text

How Not To - Überholter Messaufbau

Die Analyse der Auswirkungen von Superharmonischen erfordert Power Quality Analyzer, die einen Frequenzbereich bis zu 500 kHz abdecken. Klassische PQ-Analyzer können dies jedoch aufgrund ihrer begrenzten Bandbreite nicht tun - typischerweise können sie bis zur 50. Harmonischen (2,5 kHz) messen, höhere Spannungs- und Stromemissionen jedoch nicht erkennen. Sie sind nicht in der Lage, bei der Fehlersuche eingesetzt zu werden.

How To - Fehlersuche mit dem PQA 8000H

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 ..

Deutsch