Hotspot oder kein Hotspot

… das ist hier die Frage. Bereits im letzten Artikel über die typischen Schachbrettmuster auf den Thermogrammen von Solarmodulen hatte ich darauf hingewiesen, dass immer dann, wenn ein ganzes Modul oder ein Teil eines Moduls kurzgeschlossen ist, es zu diesen typisch ungleichmäßigen Temperaturverteilungen kommt. Am Ende des Artikels kam dann noch ein kurzer Hinweis darauf, dass es auch warme Zellen geben kann, wenn der Wechselrichter die Spannung so weit reduziert, dass sie deutlich unter der MPP (Maximum Power Point) Spannung des Solargenerators liegt. Dass dies tatsächlich so ist und dass die daraus resultierenden “warmen Zellen” eigentlich keine “echten Hotspots” sind, ist Inhalt dieses Artikels.  (Wie bereits der vorhergehende Beitrag wendet sich der Artikel an Fachpublikum. )

Bei der Thermographie von Photovoltaikanlagen wird beim vereinzelten Auftreten wärmerer Zellen oft vorschnell von Hotspots gesprochen und folglich ein Mangel an den betroffenen Modulen impliziert. Dass dies manchmal stimmt aber eben nicht immer, möchte ich an folgendem Beispiel zeigen. Ich habe den nagelneuen Solargenerator auf dem Dach über unserem Büro einmal in verschiedenen Arbeitspunkten betrieben. Verschiedene Arbeitspunkte heißt, bei verschiedenen Spannungen und den jeweils zugehörigen Strömen. Das wurde ganz einfach dadurch erreicht, indem der Wechselrichter ab- und eine elektronische Last angeklemmt wurde. Die elektronische Last simuliert einen einfachen ohmschen Verbraucher, ist aber so intelligent, dass man gezielt bestimmte Spannungen einstellen kann. Man kann den Solargenerator also gezielt im Leerlauf betreiben, im MPP (Punkt maximaler Leistung), im Kurzschluss oder in irgendeinem anderen Arbeitspunkt zwischen diesen Werten. Der Arbeitspunkt wurde jeweils eingestellt, dann wurde ca. 2 Minuten gewartet, bis sich ein thermisches Gleichgewicht am Solargenerator halbwegs eingestellt hatte und dann wurde eine Thermographieaufnahme des Solargenerators gemacht. Der Span, also die thermische Auflösung des Bildes wurde dabei so gewählt, dass auch kleinere Temperaturdifferenzen noch deutlich zum Vorschein kommen. Das Ergebnis dieser Messungen kann man im nachfolgenden Video sehen.

Im Video kann man sehen, dass zunächst nichts spannendes passiert. Solange der Generator in Arbeitspunkten oberhalb oder auf der MPP Spannung betrieben wird, zeigt sich ein sehr gleichmäßiger Temperaturverlauf über alle Zellen. Auch knapp unterhalb der MPP Spannung (die hier bei 375V liegt) sieht man noch keine Auffälligkeiten. Erst wenn die Solargeneratorspannung weiter reduziert wird, zeigen sich erste Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Zellen. Sinkende Spannungen auf der Solargeneratorkennlinie, sind ja immer mit steigenden Strömen verbunden. Senkt man die Spannung unter Umpp, so wird es irgendwann eine erste Zelle geben, die nicht mehr dazu in der Lage ist mehr Strom zu liefern. Wie bereits im vorangegangenen Artikel beschrieben, haben auch die besten Module mit der engsten Leistungstoleranz Zellen, die sich niemals 100%ig gleichen. Wenn nun die erste Zelle nicht mehr mithalten kann, wird ihre Spannung ins Negative kippen und sie wird vom Generator zum Verbraucher. Irgendwann, wird dann die Bypassdiode leitend um eine zu große Erwärmung der Zelle zu vermeiden und die negative Zellspannung zu begrenzen. Die Zelle wird allerdings warm genug, um auf dem Thermogramm deutlich hervorzutreten.

Wann wird die Bypassdiode an einem Solarmodul leitend ?

Treibt man das Spiel weiter und reduziert die Spannung erneut, so wird weiteren Zellen die Puste ausgehen und auch sie werden zu Verbrauchern und immer mehr Bypassdioden schalten durch, bis schließlich der ganze Generator ein einziges “Schachbrettmuster” aufweist. Am Ende bleibt nur das Teilmodul von dem Effekt befreit, das die besten Zellen des gesamten Solargenerators beinhaltet. Es gilt die Regel: je schlechter die Zellsortierung, desto schneller wird sich der Effekt der unterschiedlichen Temperaturverteilung zeigen. Man kann mit der im Video gezeigten Methode außerdem sehr schnell die “schlechteren Module” aus einem Solargeneratorstrang herausfiltern. Die wichtigste Erkenntnis für alle die mit Thermographiekameras auf Solargeneratoren schauen ist allerdings die, dass nicht jede thermische Auffälligkeit an einzelnen Zellen gleich als Hotspot und damit als Fehler am Solarmodul interpretiert werden kann. Gerade wenn sehr viele Modulstränge an einem Zentralwechselrichter parallel geschaltet wurden, wird es immer wieder einzelne Modulstränge geben, die unter ihrer MPP Spannung betrieben werden. Der Zentralwechselrichter muss ja bei seiner MPP Regelung immer einen Kompromiss zwischen dem schlechtesten und dem besten Modulstrang finden. Daher sind Fehlanpassungen einzelner Stränge in einem gewissen Maß “normal” und es kann durchaus zu den oben beschriebenen Effekten kommen, ohne dass die betroffenen Module schadhaft sind.

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