Defekte in Photovoltaikzellen

Motivation
Solarmodule wandeln Sonnenlicht in Strom um und in bares Geld.
Um maximalen Gewinn und hohe Erträge über Jahrzehnte hinweg zu
erhalten, ist jedoch eine hervorragende Qualität Grundvoraussetzung.
Das Solarmodul, der wichtigste Teil eines Solarsystems, muss
zuverlässig sein und kontinuierlich für viele Jahre Strom produzieren
können. Eine hohe Qualität lässt sich mit der Unterstützung durch
Wärmebildkameras für die ganze Lebensdauer eines Solarmoduls
sicherstellen.

Inspektion von Solarmodulen
Die Verwendung einer Wärmebildkamera zur Untersuchung von Solarmodulen bringt gleich mehrere Vorteile. Anomalien lassen sich auf einem scharfen Wärmebild klar erkennen und - im Gegensatz zu den meisten anderen Verfahren - können Wärmebildkameras zur Untersuchung montierter Solarmodule verwendet werden, auch während diese in Betrieb sind. Außerdem genügt bei Wärmebildkameras eine kurze Zeitspanne, um große Bereiche zu erfassen.

Durch die Stromerzeugung erwärmen sich die Solarzellen, die Kontaktbahnen und die Module. Dann kann man die flächigen Generatoren mit Wärmebildkameras (Thermografie) prüfen. Sind Teile von Zellen oder Modulen so beschädigt, dass sie keinen Strom mehr liefern, erscheinen sie im Wärmebild als dunkel oder kalt. Dagegen gibt es korrodierte Kontakte, verschlissene Stecker oder Zellbruch, die höhere elektrische Widerstände
verursachen. An diesen Stellen erwärmt sich die Solartechnik stärker. Im Wärmebild sind diese Bereiche als rote Hochtemperaturareale erkennbar.

Sie weisen auf mögliche Fehlerstellen hin.

Wärmebildkamera-Aufnahmen eines defekten Forschungsmoduls
Im Digitalbild ist sofort eine beschädigte Zelle (2te Zeile, 2te Zelle von rechts) erkennbar, bei der eine Ecke ausgebrochen ist.

Die Infrarot-Aufnahme im Leerlauf ist unauffällig, während im Kurzschluss und unter Last die schadhafte Zelle sofort als heißere Zelle verglichen mit den anderen Zellen des Moduls auffällt. Durch den Ausbruch wird die Fläche verkleinert, so dass der Kurzschlußstrom größer ist.

Beispiel
Zur Simulation eines Störfalls wurde ein Modulstrang am Wechselrichter ausgesteckt. Im Wärmebild 1 ist dies deutlich an den hellgrünen Modulen (insgesamt 8 Stück), erkennbar. Diese acht Module laufen quasi im Leerlauf.

Wärmebild 1

Erklärung
Im Sonnenlicht enthaltene Photonen, erzeugen im Solarmodul freie Elektronen. Diese sogenannten freien Elektronen fließen im geschlossenem Modulstrang (Unter Last) in einem Gleichstromkreis hin zum Wechselrichter.
Wird nun ein Stromkreis, wie in unserem Beispiel 8x Module (heller sichtbar), unterbrochen bzw. ausgesteckt, hat dies zur Folge, dass bei diesem String nur eine Leerlaufspannung ansteht, aber kein Strom fließt.

Da unsere Wärmebildkameras von engl-solar mit einer sehr hohen termischen Empfindlichkeit ausgestattet sind, können bereits Temperaturunterschiede von 0,1° C dargestellt werden, und somit fehlerhafte Module sicher lokalisiert werden.