Montag, 21.05.2012

Solar | 06.07.2011

Alle Fehler aufspüren

Ganz egal, ob mäßig montiert, im Nachhinein beschädigt oder durch Dreck beschmutzt: viele Photovoltaikanlagen erbringen oft nicht die erhoffte Leistung. Nicht bemerkt, kann das viel Geld kosten. Doch mittels Thermographie ist die Fehlersuche jeder Zeit möglich.

von Werner Preugschat

Bei Freiflächenanlagen ist es vorteilhafter, von hinten bzw. unten zu thermographieren.
© Preugschat

Wenn Stephan Neitzel zur Kamera greift, gerät er ins Schwärmen. Der 43-jährige Elektrotechniker porträtiert jedoch weder Personen noch Landschaften, es handelt sich vielmehr um technische Anlagen. Er arbeitet auch nicht mit einem normalen Camcorder, sondern mit einer 50.000 Euro teuren Wärmebildkamera. „Wenn irgend etwas kaputt geht, wird es heiß, und das ist auf dem Display der Kamera gut zu sehen. Die Fehlerstellen leuchten rot auf und rot bedeutet, es funktioniert, wird aber die Leistung nicht los“, erklärt der Chef der Firma Systemtechnik Weser-Ems aus dem niedersächsischen Ganderkesee lapidar die Funktionsweise der Hightech-Kamera. „Blaue Farben bedeuten, dass überhaupt keine Funktion vorliegt“, fügt der agile Unternehmer noch hinzu.

Deshalb erfreuen sich die Wärmebildkameras schon seit Jahren großer Beliebtheit in der Industrie, etwa wenn ein Lager heiß zu laufen droht. Da viele Macken oft für das bloße Auge unsichtbar bleiben, installieren zahlreiche Industrieunternehmen weltweit Infrarotkameras sogar zur vorbeugenden Instandhaltung in ihre großen und teuren Geräte und Maschinen.

Mit dem Kennlinienmessgerät analysiert Neitzel die Leistung des Moduls. Vorab hat er Sonnenintensität und Neigungswinkel gemessen.
© Preugschat

Für bäuerliche Stromerzeuger wäre so eine sehr teure Investition jedoch nicht rentabel. Hier wird Neitzel aktiv. Er bietet sich als Dienstleiter an - nicht nur bei PV-Anlagen, sondern ebenfalls bei der Biogaserzeugung. „Auch bei defekten Solarmodulen steigt die Temperatur an, jeder kleinste Fehler ist gut auszumachen“, betont Neitzel gegenüber joule.

Wie das funktioniert, zeigt er auf einer 1,8-MW-Freiflächenanlage auf einem 4,5 Hektar großen Acker bei Wildeshausen südlich von Bremen. Das imposant anzuschauende Megakraftwerk, das im Frühjahr ans Netz gegangen ist, wurde noch just vor der letzten Vergütungsänderung genehmigt. Bekanntlich ist die Errichtung von PV-Neuanlagen auf landwirtschaftlichen Flächen nun nicht mehr möglich.

Modul defekt: Elektrotechniker Stephan Neitzel spürt mit seiner Infrarotkamera bei Photovoltaikanlagen jeden Defekt auf.
© Preugschat

Aus unerklärlichen Gründen ist eines der 10.000 Module beschädigt. Steinschlag wird vermutet. Der wie ein Spinnengewebe aussehende kreisförmige Defekt leuchtet auf dem Kameradisplay kräftig rot. „Das ist sehr überzeugend“, meint auch Landwirt Meyer, der das 5-Mio.- Euro-Ökostromprojekt zusammen mit einer Energiegenossenschaft realisiert.

Solche Fehler kann Neitzel auch über größere Distanz ausmachen, etwa bei einer Dachanlage, egal in welcher Höhe die Module Sonnenschein in Strom umwandeln.

Auch Hubsteiger

Da die direkt von unten oft kaum einzusehen sind, geht der Elektrotechniker auch von Nachbargrundstücken aus auf Fehlersuche. Mit dem teuren Kameraobjektiv kann er bis auf 100 m die Solarplatten heranzoomen, um sich ein Bild von dem lädierten Modul zu machen. Bei großen Anlagen setzt der Unternehmer auch seinen Hubsteiger ein oder das Messfahrzeug mit klimatisiertem Auswertungsraum, das über einen acht Meter hohen Masten verfügt.

Steinschlag kann sehr teuer werden: Falls der Schaden nicht erkannt wird, produzieren meist sechs andere Modul auch keinen Strom.
© Preugschat

Die meisten Kameras messen Licht einer Wellenlänge, das nicht durch Glas dringt. Deshalb kann man mit Thermographie nur Fehler finden, die so viel Hitze entwickeln, dass das Glas erwärmt. Für detailliertere Analysen setzt Neitzel sogar eine gekühlte Kamera aus der Militärtechnik ein. Sie misst auch Licht mit kürzeren Wellenlängen, das durch Glasflächen dringt. Das gibt eine bessere Information darüber, wie heiß die unter dem Glas liegenden Strukturen sind. So kann er sich die optimale Perspektive für seine Messungen suchen und große Flächen thermographieren.

Mit der Fehlerfeststellung endet jedoch nicht die Tätigkeit von Neitzel oder seinen beiden Mitarbeitern. Mittels eines Kennlinienmessgerätes (Analysators) und der anschließenden Auswertung im Rechner können sie genau die Einbußen für den PV-Betreiber errechnen.

Mit der Infrarot-Kamera ist der Beweis möglich: Die Module am Dachfirst erzeugen keinen Strom.
© Preugschat

Da das Messgerät über fast alle Daten der weltweit renommierten Modulhersteller verfügt, wird vor der Messung nicht nur der jeweilige Modultyp mit der entsprechenden Wattleistung eingegeben, sondern auch die Dachneigung und die gerade vorkommende Sonnenintensität. Im PC stellt Neitzel gleich vor Ort fest, wie weit entfernt von der möglichen Modulleistung das tatsächliche Ergebnis liegt. „Da bei einem defekten Modul aufgrund der Verknüpfung der Strings gleich mindestens sechs weitere Module nicht ausreichend oder keinen Strom erzeugen, kann selbst die kleinste Macke - über einen längeren Zeitraum gesehen - ganz schön ins Geld gehen“, unterstreicht Neitzel. Er ist bundesweit tätig und berechnet für den Einsatz ab 300 €, zuzüglich Fahrtkosten. Bei Großanlagen kommen Aufschläge hinzu. „Die erstellten Gutachten sind auch gerichtsfest“, fügt er noch hinzu.

Mängel kann das Team mit den insgesamt vier Infrarotkameras auf allen Modulen feststellen, egal ob mono- oder polykristallin oder Dünnschicht. Auswertungen kann das Kennlinienmessgerät jedoch nicht bei Dünnschichtmodulen vornehmen.

Sorgsam reinigen

Stromerzeuger rufen Neitzel jedoch nicht nur bei plötzlich auftretenden Defekten zu Hilfe. Auch wenn die Anlagen nicht die versprochenen Leistungen bringen, greift er zur Kamera. Oft stellt er auch fest, dass die Module nicht fachmännisch verlegt oder verkabelt worden sind, dass Vogeldreck die Leistung beeinträchtigt oder dass in Nachbarschaft von Staub emittierenden Schweine- oder Geflügelställen die PV-Anlagen mit einer dünnen, aber kaum sichtbaren Schicht Schmutz überzogen sind.

Kaum zu glauben, dass diese neue PV-Anlage defekt ist.
© Preugschat

Sorgsam müsse seiner Ansicht nach auch bei der Reinigung der PV-Anlagen vorgegangen werden. Häufig stellt er Kratzspuren fest oder auch Modulbrüche, weil das Reinigungspersonal sorglos über die Solarplatten gelaufen ist. Entweder weisen sie dann Risse auf oder die Silberfäden gehen entzwei. Mit dem Auge sind solche Fehler nicht festzustellen. „Wenn die Solaranlage aus Eigenmitteln finanziert wurde, erzielt man eben nur weniger Rendite, bei fremdfinanzierten muss dann oft noch Geld nachgeschossen werden, weil die Erträge nicht Zins und Tilgung decken“, unterstreicht Neitzel die Notwendigkeit häufiger Überprüfungen. Gespräche mit Bankern sollen dann nicht gerade angenehm sein.

Fehler werden nach Neitzels Meinung schon bei der Installationsplanung gemacht. Bei größeren Anlagen seien auf jeden Fall schmale Wartungsgänge vorzusehen. Nicht nur das PV-Reinigungspersonal könne sich besser bewegen, im Falle eines brüchigen Moduldefektes sei auch der Defekt leichter zu beheben. Neitzel: „Die bis zu 100 °C heiß werdenden Platten können leichter auszutauschen, ohne dass die gesamte Anlage über Tage vom Netz muss.“

Mit den Wärmebildkameras spürt das Systemtechnik-Team aber nicht nur Fehler bei PV-Modulen auf.

Oft stellen die Thermographie-Experten auch Mängel am Übergang von Wechselrichter zum Zähler fest oder dass die Wechselrichter an einem falschen Ort montiert wurden, beispielsweise an der Sonnenseite eines Gebäudes. Neitzel: „Werden sie beispielsweise im Sommer zu heiß, drosseln sie automatisch die Leistung. Und das geht zu finanziellen Lasten des Stromproduzenten.“

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