Der Bypassdiodencheck (Teil 2)

Bereits im ersten Teil der Serie zur Überprüfung der Bypassdioden in Solarmodulen (Bypassdiodencheck Teil 1) habe ich ausführlich beschrieben welche Fehler an Bypassdioden auftreten können und wie man fehlende Bypassdioden aufspüren kann. Ein zweites Fehlerbild, das vor allem nach Überspannungen häufig auftritt, ist der Kurzschluss über die Bypassdioden. Dieser Fehler und die Methode solche Fehler aufzufinden ist der Inhalt dieses Artikels. Wie bereits der erste Teil des Artikels ist dieser Beitrag für “Technikmuffel” eher nicht geeignet…

Bei der regelmäßigen Überprüfung von Photovoltaikanlagen nach VDE 0126-23 wird unter anderem die Leerlaufspannung von Solargeneratoren gemessen. Bei diesen Messungen muss besonders darauf geachtet werden, dass die Spannungen der einzelnen Stränge miteinander verglichen werden. Ein Fehler, den man bei sorgfältiger Ausführung dieser Spannungsmessungen finden kann, sind defekte Bypassdioden, die einen Teil des betroffenen Moduls kurzschließen. Leider ist die Leerlaufspannung eines Solargenerators von verschiedenen Faktoren, nämlich der Modultemperatur und der Einstrahlung, abhängig. Außerdem haben zwei Solarmodule sehr selten die exakt gleiche Leerlaufspannung, so dass es auch durch die Fertigungstoleranzen immer zu leichten Unterschieden bei den Leerlaufspannungen der Solarmodulstränge kommt. Bevor man eine Messung macht, sollte man daher zunächst überlegen, nach welchem Fehler man eigentlich sucht. Dafür ist es notwendig die Anzahl der Module pro Strang und die Anzahl der Bypassdioden pro Modul zu kennen. Bei kristallinen Modulen sind dies in der Regel 3. Dann teilt man die Leerlaufspannung des Stranges mit der höchsten Leerlaufspannung durch die Anzahl der Bypassdioden. Die so erhaltene Spannung, stellt die maximal zulässige Spannungsdifferenz zwischen zwei Strängen mit gleicher Modulanzahl dar. Liegt die Spannungsdifferenz zwischen zwei Strängen höher, kann ein Fehler nicht mit letzter Sicherheit ausgeschlossen werden.

Bypassdiodencheck: Rueckstromthermographie eines Solarmoduls mit defekter Bypassdiode

Vergleicht man die Spannung zweier Stränge mit unterschiedlicher Modulanzahl, müssen diese natürlich zunächst umgerechnet werden. Bei diesen Messungen und der darauf folgenden Auswertung der Ergebnisse ist entsprechende Sorgfalt geboten, da auch Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Modulsträngen, wechselnde Einstrahlung während der Messung oder eine Teilverschattung eines Modulstranges, ähnliche Auswirkungen auf die Leerlaufspannung haben kann wie eine defekte Bypassdiode.

Wenn man eine auffällig große Spannungsdifferenz zwischen zwei Modulsträngen gleicher Modulanzahl festgestellt hat, gilt es im zweiten Schritt herauszufinden ob tatsächlich eine Bypassdiode defekt ist und wenn ja welches Modul betroffen ist ?
Dazu bieten sich zwei Möglichkeiten:

Bei der Thermographie tagsüber muss man eine ausreichend große Einstrahlung von mindestens 400W/m² haben, damit ein nennenswerter Strom durch die Module fließt. An einem Modul mit kurzgeschlossener Bypassdiode wird in dem betroffenen Teilstrang (1/3 des Moduls) der Kurzschlussstrom der besten Zelle fließen. Die “schlechteren” Zellen werden dabei zu Verbrauchern und im Thermographiebild entsteht das für den Kurzschluss typische Schachbrettmuster mit wärmeren und kälteren Zellen.  Dieses Bild unterscheidet sich deutlich von dem Modulbereich mit intakten Bypassdioden, wo die Zellen annähernd die gleiche Temperatur haben.

Bypassdiodencheck: Rueckstromthermographie eines Solarmoduls mit defekter Bypassdiode

Noch einfacher ist es kurzgeschlossene Bypassdioden mit der Methode der Rückstromthermographie zu finden. Dabei wird ein Rückstrom in die Module eingespeist. Diese Methode ist wetterunabhängig und kann auch nachts durchgeführt werden. Durch den Rückstrom erwärmen sich die bestromten Solarzellen gleichmäßig, während der Modulteil mit defekter kurzgeschlossener Bypassdiode kühl bleibt. Dadurch ist dieser mit der Thermographiekamera leicht zu identifizieren.

Bypassdiodencheck: Outdoor Elektrolumineszenzaufnahme eines Solarmoduls mit zwei defekten Bypassdioden

Bei der Outdoor Elektrolumineszenz wird ebenfalls ein Rückstrom in die Module eingespeist. Diese Untersuchung kann allerdings nur nachts durchgeführt werden. Die bestromten Module emittieren eine Infrarotstrahlung die man mit einer speziellen Kamera aufnehmen kann. Die defekte Bypassdiode schließt einen Teil des betroffenen Moduls kurz, so dass dieser Teil keine Strahlung mehr emittiert und dadurch leicht erkannt werden kann.

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