Kennlinienmessgeräte für Photovoltaikanlagen

Um die Leistung einer fertig installierten Photovoltaikanlage messen zu können und die Qualität der Solarmodule beurteilen zu können, gibt es sogenannte Kennlinienmeßgeräte. Mit diesen Geräten kann man sowohl die Leistung von Einzelmodulen, als auch die ganzer Solargeneratoren bestehend aus mehreren in Reihe und parallel verschalteten Modulen bestimmen. Am Markt in Deutschland am weitesten verbreitet sind hier die Geräte von PV-Engineering und von Tritec. Ein paar praktische Erfahrungen mit diesen Geräten möchte ich in folgendem Artikel an Sie weitergeben. Kommentare anderer Nutzer dieser oder ähnlicher Geräte sind hier natürlich absolut wünschenswert und unter diesem Artikel jederzeit möglich.

In der Endkontrolle einer Solarmodulfertigung werden Solarmodule vermessen. Dies geschieht mit einem sogenannten Flasher (vom englischen Blitz). Zu diesem Zweck werden die Module mit einer definierten Einstrahlung bestrahlt. Gleichzeitig wird die gesamte Kennlinie des Moduls gemessen um eine Aussage über dessen Leistungsfähigkeit machen zu können. Zusätzlich wird die Temperatur gemessen und heraus kommt dabei ein Datensatz, der die Kennwerte der Module unter den sogenannten Standard Testbedingungen (STC Standard Test Conditions) repräsentiert. Diese Werte kann man als Endkunde übrigens von seinem Solarteur anfordern. Wenn die Anlage erst einmal auf dem Dach oder im Freiland montiert wurde, lassen sich diese Standard Testbedingungen natürlich nicht mehr herstellen. Die Einstrahlung schwankt ständig und auch die spektrale Zusammensetzung des Lichtes und die Temperatur ist ständigen Veränderungen unterworfen. Um trotzdem eine Aussage über die Leistung einer fertig installierten Photovoltaikanlage machen zu können wurden sogenannte Kennlinienmessgeräte entwickelt. Beim Kennlinien-Messen wird mit jeweils einem kalibrierten Fühler die Einstrahlung und die Temperatur gemessen. Sinnvollerweise sollte der Einstrahlungsfühler aus dem selben Material hergestellt sein, wie die zu messende Photovoltaikanlage, so dass auch die spektrale Empfindlichkeit der Solarmodule Berücksichtigung findet. Um eine sinnvolle Messung machen zu können, sollte der Messfühler mit exakt gleicher Ausrichtung und Neigung wie die zu vermessenden Solarmodule montiert werden. Außerdem sollte natürlich auch die gemessene Temperatur möglichst exakt der Temperatur der Solarmodule entsprechen. Ein Problem bei diesen Messungen stellt die Mindesteinstrahlung dar, die auf der Modulebene mindestens gemessen werden muss, damit die Messung aussagekräftig genug ist. Nach der DIN EN 60904-1 muss die Einstrahlung mindestens 800W/m² betragen und darf während der Messung nicht mehr als um +-1% schwanken. Dies ist einer der Gründe warum solche Messungen in der Regel eher selten durchgeführt werden, bzw. warum sie oft erst dann durchgeführt werden, wenn ein Fehler an der Anlage vermutet wird. In der Tat kommen nur wenige Tage im Jahr für solche Messungen in Frage. Wir führen daher eine Liste mit Kunden, die gerne eine Messung durchführen lassen möchten und reagieren dann je nach Wetterlage sehr spontan. Wir erachten es als äußerst hilfreich, wenn man eine solche Kennlinienmessung bereits direkt ca. 3 Monate nach Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage durchführt. Eine etwaige Anfangsdegradation ist dann abgeschlossen und man misst die Anlage im Neuzustand. Wenn nach ein paar Jahren dann eine Leistungsminderung vermutet wird, kann man jederzeit auf die alten Messdaten zurückgreifen und die Begründung eines Leistungsgarantiefalles wird dadurch – wenn er denn vorliegt –  erheblich einfacher.

Nachfolgend sollen nun die beiden Messgeräte einmal näher vorgestellt werden.
Zunächst das PVE Kennlinienmessgerät:
Es handelt sich um einen 19” Einschub mit einem kleinen Display auf der Frontseite über das die Messvorgänge ausgelöst werden können.

PVE Kennlinienmessgerät

Das Gerät eignet sich sowohl zum vermessen von Einzelmodulen als auch zum Messen ganzer Solargeneratoren. Die konkreten technischen Daten der einzelnen Varianten des Gerätes, die sich im Wesentlichen durch unterschiedliche Spannungs- und Strommessbereiche unterscheiden kann man hier nachlesen. Wenn man eine Messung mit dem Gerät macht ist man mit zwei Koffern unterwegs. Der eine enthält das Messgerät selbst, der zweite Koffer enthält den Strahlungsfühler, den Temperaturfühler, einen DC Leistungsschalter zum Trennen des Solargenerators, sowie die CD mit der Software und einigen Kabeln mit jeweils unterschiedlichen Steckern (MC4, MC 3 etc…). Ich habe beim ersten Start direkt die Software auf einem Laptop installiert. Die Software ist selbsterklärend und liefert neben der gemessenen Kennlinie auch den Serienwiderstand Rs, sowie den Parallelwiderstand Rp der Kennlinie. Außerdem bekommt man die Rohdaten der Kennlinie und –wenn es Einstrahlungs- und Temperaturwerte gibt – auch eine Umrechnung auf STC. Das PVE Gerät liefert zusätzlich (und im Gegensatz zum Tritec Gerät) noch eine idealisierte Kennlinie bei der gemessenen Einstrahlung. Erste Probleme gab’s jedoch direkt beim Verbinden des Laptops mit dem Messgerät. Hier musste zunächst eine Berechtigung in der Registry des Rechners geändert werden, bevor die Geräte miteinander kommunizieren konnten. Keine große Sache aber für Anwender ohne große EDV Kenntnisse ärgerlich.
Nun sollte es losgehen mit der ersten Messung. Die Wechselrichter hingen wie bei vielen Anlagen im Keller. Die Strings wurden vom Wechselrichter getrennt und über den mitgelieferten DC Freischalter mit dem Messgerät verbunden. Um eine STC Messung zu ermöglichen wurde der Strahlungsfühler und der Temperaturfühler in der Frontseite des Gerätes eingesteckt und die Kabel mit den Fühlern wurden aus dem Kellerfenster gesteckt. Der Versuch, die Fühler am Dach direkt an den Modulen anzubringen scheiterte jedoch an der Kabellänge.

typische Position des Einstrahlungsfühlers wenn das Kabel zu kurz ist

Die Fühler wurden daher in den Garten gelegt. Mit Hilfe eines Neigungsmessers wurde versucht, die Ausrichtung des Fühlers auf die Ausrichtung der Solarmodule zu bringen. Beim Temperaturfühler gab es das gleiche Problem. Das Kabel war zu kurz und der Fühler landete anstatt auf der Rückseite des Moduls im Garten…
Die Messung selbst konnte anschließend problemlos durchgeführt werden. Im Gegensatz zum Tritec Gerät wird die Messung mit Hilfe einer Kondensatorladung durchgeführt, so dass der Messvorgang sehr schnell geht und es während der Messung kaum zu Einstrahlungsschwankungen kommt. Beim Trika Gerät dauert dieser Vorgang erheblich länger. Die Messdaten konnten anschließend als Datei auf dem Rechner abgelegt werden. Die gemessenen Werte waren durchweg plausibel. Der Hersteller gibt für die Messung eine Genauigkeit von +-5% an. Eine Messung des gleichen Generators mit dem PVE Messgerät und anschließend mit dem Trika von Tritec ergab eine Abweichung von 2% zwischen beiden Geräten.
Testweise wurde anschließend die Position des Einstrahlungsfühlers leicht verändert, was zu einer (erwarteten) starken Abweichung bei der STC Umrechnung führte. Es zeigt sich daher, dass die möglichst exakte Messung der Einstrahlung hierfür kritisch ist. Zu diesem Zweck ist allerdings bei sehr vielen Anlagen die Kabelverbindung zwischen Fühlern und Messgerät äußerst unpraktisch. Eine Messung an einer weiteren Anlage brachte einen weiteren Nachteil im Handling. Die Wechselrichter hingen unter der Decke in einer Gewerbehalle und waren nur per Leiter erreichbar. Es mussten mehrere Stränge vermessen werden. Während man das Trika mit nach oben nehmen konnte um die einzelnen Messungen durchzuführen, war beim PVE ‘Kabel anschließen’, ‘Leiter herunterklettern’, ‘Messung auslösen’, ‘Leiter wieder hoch’ … ‘Kabel umklemmen’, ‘Leiter wieder herunter klettern’, ‘Messung auslösen’ usw… angesagt. Eine anstrengende Aktion. Auch bei der zweiten Messung waren die Kabel der Fühlerleitungen zu kurz um die Fühler direkt neben den Modulen montieren zu können.

Zum Trika Kennlinienmeßgerät von Tritec: Es handelt sich um einen kleinen Aktenkoffer, der bereits alles enthält, was für eine Kennlinienmessung notwendig ist. Das Messgerät selbst, den Einstrahlungsfühler, sowie Kabel mit sämtlichen denkbaren Steckverbindern, sowie ein Kartenlesegerät um die SD Karte auf denen die Messdaten im Gerät abgelegt werden auslesen zu können.

Trika Kennlinienmessgerät inklusive Zubehör

Die technischen Daten des Gerätes kann man hier nachlesen. Die Bedienung des Gerätes ist recht einfach und intuitiv durch ein Touchscreen realisiert. Bevor man eine Messung machen kann, muss man zunächst einige Daten eingeben. Welche Anlage wird gemessen, welcher Wechselrichter, welcher Strang  ?… Das führt zwar bei den Messvorgängen zu etwas Vorarbeit, dadurch ist jedoch gewährleistet, dass man die verschiedenen Messungen später noch eindeutig zuordnen kann. Das Gerät selbst speichert zu jeder Messung noch die Uhrzeit und das Datum. Beim Tritec hatte ich bei der ersten Benutzung direkt das Gefühl, dass man sich hier viel Gedanken um den Praxiseinsatz des Gerätes gemacht hat. Die Einstrahlung und die Temperatur werden beim Trika mit einem getrennten Gerät gemessen. Das Gerät muss allerdings nicht mit einem Kabel angeschlossen werden, sondern stellt automatisch eine Funkverbindung zum eigentlichen Messgerät her. Wenn die Funkverbindung abreißt werden die Einstrahlungsdaten trotzdem weiter aufgezeichnet und anschließend sobald der Sensor wieder in Reichweite ist, anhand der Systemzeit wieder mit den Messdaten synchronisiert. Anfänglich gingen hier hin und wieder Daten verloren, das letzte Firmware-Update hat dieses Problem jedoch gelöst. Der Strahlungsfühler wird mit einem Schnellspannsystem an den Modulrahmen geklemmt (kannte ich bisher nur vom Fahrrad…). Dadurch ist auf denkbar einfache Weise sichergestellt, dass die Ausrichtung und die Neigung des Sensors immer mit der des zu vermessenden Solargenerators übereinstimmt. Die Temperaturmessung erfolgt manuell (mit dem kombinierten Einstrahlungs- und Temperaturfühler) per Knopfdruck. Man misst in der Regel einmal vor der Montage des Strahlungsfühlers und einmal nach erfolgter Messung bei der Demontage. Das Gerät ermittelt dann einen Mittelwert. Durch die kabellose Verbindung zwischen beiden Geräteteilen kann man im Prinzip in allen Anwendungsfällen sinnvoll messen.

Trika Strahlungsfühler am Modul montiertEin klarer Nachteil des Trika Gerätes ist die relativ lange Messdauer. Diese erstreckt sich über mehrere Sekunden (bis zu 30s) und resultiert aus dem Messprinzip. Hier werden mehrere Messpunkte nacheinander gezielt eingestellt, während beim PVE Messgerät während einer Kondensatorladung innerhalb kürzester Zeit alle Kennlinienpunkte durchfahren werden. Die lange Messzeit ist eindeutig der Preis, den man für die außerordentlich kompakte Bauweise zahlen muss. Um die Messdaten zum PC zu transferieren wird bei Trika Messgerät die SD Karte in ein mit dem PC verbundenes Kartenlesegerät gesteckt. Mit einer eigens für die Datenverarbeitung programmierten Software können die gemessenen Kennlinien dann als Bericht ausgedruckt werden.

So gut das Handling dieses Gerätes Vorort beim Messen ist, so verbesserungswürdig ist im Moment noch die PC Software. So war es Anfangs z.B. nicht möglich bestimmte Voreinstellungen einfach zu kopieren. Hat man zum Beispiel eine Anlage mit 10 Wechselrichtern an die jeweils 5 Stränge a 15 Module in Serie angeschlossen wurden, so musste man jeden Wechselrichter einzeln in der Software anlegen und immer wieder die selben Daten eingeben. Das nervt mit der Zeit gewaltig. Inzwischen gibt es dafür einen Assistenten, der die Arbeit etwas erleichtert. Die Standardfunktionen eines Windows PC (Strg +C; Strg +V) um einfach mal einen Datensatz zu kopieren oder Mehrfachmarkierungen durch gehaltene Strg Taste kennt das Programm leider nach wie vor nicht. Auch das Ausdrucken von Messprotokollen einer umfangreichen Messung ist alles andere als einfach und intuitiv. Hier wurde vom Hersteller allerdings bereits Nachbesserung angekündigt.

Die Wunschliste: Es wäre wünschenswert ein Kennlinienmessgerät zu haben, dass schneller misst oder auch bei schlechterer Einstrahlung noch zu vernünftigen Messergebnissen kommt. Kennlinienmessungen sind im Moment – zumindest mit dem Trika -nur an absolut wolkenfreien Tagen sinnvoll zu realisieren. Bei wechselnder Einstrahlung ist das Gerät durch die lange Messzeit unbrauchbar. Bei der Auswertung der Kennlinien gäbe es sicherlich auch noch Verbesserungsbedarf. Ein Vergleich verschiedener Kennlinien wäre zum Beispiel sehr wünschenswert um Abweichungen besser erkennen zu können. Außerdem wäre eine Kennliniendatenbank im Internet mit typischen Fehlerfällen und den dazu gehörenden Kennlinien hilfreich um schnell und präzise diagnostizieren zu können. Was das Thema Solarmoduldatenbanken angeht ist es immer wieder das gleiche Dilemma. Das Modul, das man gerade benötigt ist meist nicht in der Datenbank vorhanden und man muss es manuell eingeben.  Wann gibt es endlich die open source Moduldatenbank im Internet, auf deren Daten man für beliebige Softwareprojekte zugreifen kann. Das gilt sowohl für Auslegungsprogramme, als auch für Programme zur Analyse von Kennlinien. Meine Gedanken zu diesem Thema hatte ich bereits in diesem Artikel einmal formuliert.

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11 Kommentare zu “Kennlinienmessgeräte für Photovoltaikanlagen

  1. Hallo pvbuero,
    vielen Dank für den sehr interessanten Praxiseinblick. Als Betreiber mehrerer Anlagen bin ich an einem Kennlininemessgerät interessiert und habe das Tri-Ka im Rahmen einer Schulung auch schon kurz antesten dürfen. Hattet Ihr die Möglichkeit auch das HT I-V 400 in der Praxis zu testen? Das kenne ich bislang nur vom Papier – dank kondensatorbasiertem Messprinizip dürfte die Messung hier schneller ablaufen, demgegenüber steht vermutlich ein Minuspunkt im Handling gegenüber dem Tri-Ka…
    Beste Grüße
    SP

  2. Hallo SPSolar,

    ich habe mich natürlich auch für das HT I-V 400 interessiert, hatte aber zweimal sehr negative Erfahrungen mit den Vertrieblern, die dieses Gerät zu verkaufen versuchten. Die hatten leider nicht sehr viel Ahnung und konnten detailliertere Fragen sehr schnell nicht mehr beantworten. Ich habe mich daher nicht weiter um das Gerät gekümmert.

    Gruß pvbuero

  3. Hallo,
    danke für die Informationen bezüglich dieser 2 Geräte.
    Habe vor kurzer Zeit im Rahmen eines Projektes das HT I-V400 bestellt und wollen dieses testen. Haben es aber leider noch nicht bekommen.
    Bei mir hat sich einer des Vertriebes 5 Minuten nach meiner Anfrage per Mail gleich telefonisch gemeldet und hat meiner Meinung sehr detaillierte Fragen beantworten können. Hat mir das Messprinzip, die Anzahl der aufgenommenen Punkte und die Zeit ohne Probleme erklärt. Jetzt bin ich dann schon gespannt, wie dieses Gerät vom Handling her funktioniert und wie aussagekräftig die Kennlinie ist.

  4. Hallo,
    danke für den Kommentar. Ich bin an brauchbaren Infos zum HT I-V 400 sehr interessiert. Vielleicht können Sie ja mal einen kleinen Erfahrungsbericht schreiben …
    Gruß
    Matthias Diehl

  5. Hallo,
    tut mir leid, dass ihr so lange warten musstet, für meinen kleinen Bericht, aber jetzt komme ich endlich dazu.
    Meiner Meinung ist das HT I-V 400 ein sehr kompaktes Gerät, bei dem man sich leicht zurecht findet. Man muss nicht ewig lange die Betriebsanleitung studieren um sich auszukennen. Mit den Menüpunkten erklärt sich ziemlich alles von selbst. Etwas nervig ist jedoch das gepiepse beim Startvorgang und dem Ende der Messung und dem Ein/Ausschalten.
    In der mitgelieferten Tasche kann man das ganze benötigte Messequipment leicht transportieren und auch das Umhängen des HT I-V 400 selbst ist mittels eines Gurtes schön Möglich, wodurch keine Ablegefläche für das Messgerät benötigt wird. Dieser Umhängegurt ist aber leider nicht standardmäßig beim Messgerät dabei, ist leider schade.
    Von den Kennlinienaufnahme bin ich auch positiv überrascht, haben damit eine kleine Abdeckung einer Solarzelle (kommt der Größe eines Vogelkots nahe) unter 14 Modulen in Serie sehr schön erkennen können. Auch haben wir uns gespielt und zum Beispiel eine Kennlinie mit Strombegrenzung vermessen, hat ebenfalls super funktioniert.
    Das Speichern und Übertragen der Daten auf den PC geht ebenfalls sehr einfach. Es wäre aber öfters geschickt einen längeren Namen als 14 Zeichen abspeichern zu können. Das Programm am PC zeigt die Kennlinien ebenfalls schön an und man kann sich zu jeden Messpunkt die Daten genau anschauen wenn man will.
    Das Gerät schaltet sich auch nach einer bestimmten Zeit aus, wodurch die Batterien geschont werden. Die Lebensdauer der Batterien ist auch ganz gut, messen jetzt schon gute 4 Monate damit mehrmals am Tag und sind noch nicht schwächer geworden. Dabei ist zu sagen, dass trotzdem ein Akku vielleicht geschickter gewesen wäre und man sich im Fall der Fälle das Batterien wechseln ersparen könnte.
    Ich kann nur sagen, dass ich sehr zufrieden mit dem Messgerät bin und gegenüber den anderen doch etwas billiger gefahren bin.
    Ich hoffe ich kann euch mit den Erfahrungen etwas weiterhelfen.

  6. Hallo,
    Danke für den Bericht. Was mich noch interessieren würde ist der Anschluss des Strahlungsfühlers. Geht das per Funk oder per Kabel. Außerdem wäre interessant ob es eine Umrechnung auf STC gibt und ob diese vernünftig funktioniert ?

    Gruß pvbuero

  7. Der Strahlungsfühler wird über ein Kabel angeschlossen, genauso der Temperaturfühler.
    Umrechnung auf STC ist ebenso möglich und scheint ganz vernünftig zu sein, soweit ich das gesehen habe. Außerdem ist dann auch noch ein Vergleich mit Modulen aus der Datenbank möglich.

  8. Hallo,
    Bin auf der suche nach einem Messgerät für PV
    es sollte für Anlagenerstprüfung und eben wiederkehrende prüfung verwendet werden können.
    hat jemand erfahrung mit benning pv1 und benning sun 2
    sollte ja das gleiche können wie das ht I-V 400 laut papier.

    und hat schon jemand erfahrung mit dem ht solar300n

  9. Hallo,

    das Benning PV1 habe ich öfter im Einsatz. Es ist aber kein Kennlinienmessgerät. Es misst lediglich den Kurzschlussstrom, die Leerlaufspannung und den Isolationswiderstand. Das Gerät ist von der Hardware her gut um eine normgerechte Abnahme einer Solarstromanlage zu machen. Die Software um die Daten zum PC zu transferieren ist unterirdig schlecht. Man sollte die gemessenen Daten also einfach wie früher aufschreiben…

    Gruß pvbuero

  10. Zum HT Solar 300N: dort kann ein externer kabelloser Messwertsensor (Solar-02) eingesetzt werden. Dieser wird mit dem Solar 300N zuerst synchronisiert und misst dann Einstrahlung sowie Temperatur (Modul- und Umgebung) auf einem Datenlogger. Am Ende der Messung können die Werte per USB an Solar 300N übertragen werden. Das Solar-02 beim HT Solar 300N kann zwar kabellos die Werte aufnehmen, aber es sind jeweils ein Gerät für Einstrahlung und Modulrückseitentemperatur nötig, die dann per Kabel ans Solar 02 angeschlossen werden.

    Beim Tri-Ka ist hingegen der Vorteil, dass man nur ein zusätzliches Messgeräte für Einstrahlung und Temperatur hat und dies auch noch per Funk erfolgt (gibt´s da Erfahrungen zur Reichweite). Ob das die lange Messdauer rechtfertigt?

    Noch ein Wort zur Modultemperatur. Sensor von Solar-02 wird auf der Rückseite raufgeklebt, externes Messgerät von Tri-Ka misst berührungslos (im Herstellervideo auf der Frontseite direkt die Zelltemperatur). Modulrückseiten- und -vorderseitentemperatur nur bei äußerst gut hinterlüfteten Anlagen gleich zu setzen, Zelltemperatur entspricht nicht der Oberflächentemperatur.

  11. Zum HT Solar 300N: dort kann ein externer kabelloser Messwertsensor (Solar-02) eingesetzt werden. Dieser wird mit dem Solar 300N zuerst synchronisiert und misst dann Einstrahlung sowie Temperatur (Modul- und Umgebung) auf einem Datenlogger. Am Ende der Messung können die Werte per USB an Solar 300N übertragen werden. Das Solar-02 beim HT Solar 300N kann zwar kabellos die Werte aufnehmen, aber es sind jeweils ein Gerät für Einstrahlung und Modulrückseitentemperatur nötig, die dann per Kabel ans Solar 02 angeschlossen werden.

    Beim Tri-Ka ist hingegen der Vorteil, dass man nur ein zusätzliches Messgeräte für Einstrahlung und Temperatur hat und dies auch noch per Funk erfolgt (gibt´s da Erfahrungen zur Reichweite). Ob das die lange Messdauer rechtfertigt?

    Noch ein Wort zur Modultemperatur. Sensor von Solar-02 wird auf der Rückseite raufgeklebt, externes Messgerät von Tri-Ka misst berührungslos (im Herstellervideo auf der Frontseite direkt die Zelltemperatur). Modulrückseiten- und -vorderseitentemperatur nur bei äußerst gut hinterlüfteten Anlagen gleich zu setzen, Zelltemperatur entspricht nicht der Oberflächentemperatur.

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