Letzte Aktualisierung: 27.10.2020

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Finde den Fehler: Elektrolumineszenz-Messung von Solarmodulen

Funktionierende Solarmodule sind die Voraussetzung für hohe Erträge einer PV-Anlage. Doch die Folgen physischer Einflüsse, dazu gehören beispielsweise schwere Unwetter, mindern die Leistung erheblich. Werden im Anlagen-Monitoring Ertragsverluste registriert, so gibt es u.a. die Möglichkeit der Elektrolumineszenz-Messung (EL-Messung), um Schäden an der Solaranlage wie z. B. defekte Bypass-Dioden, ausgefallene Module oder Zellen, Micro-Cracks und Zellbrüche zu detektieren.

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Elektrolumineszenz-Messung im Solarpark Hontheim: Durch eine Rückwärtsbestromung des Modulstrangs entsteht elektromagnetische Strahlung, die sich mit einer speziellen Kamera im Dunkeln aufnehmen lässt. (Foto: WI Energy GmbH)

Elektrolumineszenz-Messung im Solarpark Hontheim: Durch eine Rückwärtsbestromung des Modulstrangs entsteht elektromagnetische Strahlung, die sich mit einer speziellen Kamera im Dunkeln aufnehmen lässt. (Foto: WI Energy GmbH)

Werden im Anlagen-Monitoring Ertragsverluste registriert, so gibt es u.a. die Möglichkeit der Elektrolumineszenz-Messung (EL-Messung), um Schäden an der Solaranlage wie z. B. defekte Bypass-Dioden, ausgefallene Module oder Zellen, Micro-Cracks und Zellbrüche zu detektieren.

Wie funktioniert eine Elektrolumineszenz-Messung (EL-Messung)?

Fehler wie Microrisse, defekte Zellteile oder schadhafte Bypass-Dioden lassen sich mit dem bloßen Auge nicht erkennen. Um diese gezielt aufzudecken, eignet sich die Elektrolumineszenz-Messung (EL-Messung). Diese Technik gehört zu den bildgebenden Verfahren und macht es möglich, ähnlich wie Röntgenstrahlen, das Innere einer Solarzelle zu beleuchten.

Bei der EL-Messung wird eine sogenannte Rückwärtsbestromung durchgeführt. Bei der Rückwärtsbestromung legt man mit einem speziellen Gerät Strom auf den Modulstrang, wodurch eine elektromagnetische Strahlung entsteht. Diese Strahlung lässt sich von einer speziellen Kamera im Dunkeln aufnehmen, weshalb die Messungen am einfachsten nachts durchgeführt werden.

Die angeschlossenen Module einer Reihe fangen dann an zu glimmen, vergleichbar mit LEDs. Das Leuchten liegt visuell im Nahinfrarotbereich und ist mit einer normalen Foto- oder Wärmebildkamera nicht sichtbar. Zeigen sich dunkle Zellbereiche oder bleiben Module komplett schwarz, so sind die Solarzellen defekt.

Für eine schnelle und effiziente Messung während der Nacht sind drei bis vier Personen erforderlich. Eine Person bedient die Kamera, eine weitere steuert das Netzgerät während zwei Teammitglieder die Strings anklemmen. Wichtig dabei: Alle Beteiligten müssen in der Lage sein, ständig miteinander zu kommunizieren (z. B. über Walky-Talky-Geräte). Darüber hinaus bedarf die Kamera der permanenten Kühlung, um eine Überhitzung zu vermeiden.

Gerade bei großen Solarparks ergibt sich zudem die Herausforderung weiter Kabelwege. Denn das gesamte Equipment zur Elektrolumineszenz-Messung braucht durchgehend Stark-Strom. Für die Vermessung eines ganzes Solarparks in der Größe von 1 MW bedarf man rund 3 bis 4 Nächte.

Grundsätzlich gilt, nicht jeder Riss ist kritisch und das Solarmodul muss nicht sofort ausgetauscht werden. Weisen Module jedoch großflächig, dunkle (elektrisch nicht aktive Bereiche) auf, können die Solarmodule eine entsprechende Minderleistung aufweisen.

Ob diese elektrisch inaktiven Bereiche vor oder nach der Produktion aufgetreten sind und wie hoch eine Leistungsminderung ist, kann nur eine Leistungsmessung der PV-Module klären. Ebenso gibt es bisher keine fundierten Erkenntnisse darüber, ob Mikrorisse in den nächsten Jahren wachsen und zu Zellbruch führen.

Wie führt man Elektrolumineszenz-Messungen an Solaranlagen durch?

Das Energieunternehmen WI Energy hat im Juli 2020 eine Elektrolumineszenz-Messung bei einer etwa vier Hektar großen PV-Anlage in der Gemeinde Hontheim durchgeführt. Die Solar-Freiflächenanlage besteht bereits seit zehn Jahren und erzielt eine Leistung von 2,6 Megawatt – dies entspricht dem Energiebedarf von 700 4-Personen-Haushalten.

Im Januar 2020 übernahm WI Energy die Betreuung der Anlage. Die Experten wiesen bei einer Überprüfung Ertragsverluste nach. Um die Leistung des Solarparks voll auszuschöpfen, führte Projektmanager Jonathan Koch mit seinem Team eine EL-Messung auf dem gesamten Gelände der PV-Anlage durch.

„Wir hatten die Anlage schon länger bei uns im Monitoring und stellten fest, dass es zwischen den 552 Modulstrings Abweichungen im gesamten Park gibt“, so der Fachmann. Er ergänzt: „Wir waren sogar schon mit einer Thermografie Kamera vor Ort, aber auch da zeigten sich keine offensichtlichen Schäden. Schließlich entschieden wir uns dann für die EL-Messung, um weitere Fehlerquellen zu lokalisieren und die Anlage in ihrer Performance zu steigern und die Modulstrings auf ein Niveau anzupassen.“

Die erste Untersuchung des Solarparks verlief erfolgreich und liefert laut Koch eindeutige Ergebnisse. „Ein Modul besteht aus 60 Zellen und wir konnten ganz klar sehen, wenn mehrere Zellen defekt waren. Das zeigt sich in dunklen Bereichen. Wir haben auch defekte Module ausfindig gemacht, die komplett schwarz blieben. Alle Fehlerquellen dokumentieren wir sorgfältig, werten diese aus und machen uns dann an die Ausbesserung.“

Für die Zukunft plant Koch den Ausbau der Methode: „Die Technik lässt sich beispielsweise auch bei neuen Solarparks einsetzen. Dann sehen wir sofort eventuelle Transportschäden oder falsche Montagen – sozusagen als Garantie für eine einwandfreie Anlage“.

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