Drohnen Inspektion von Photovoltaikanlagen – Welche Fehler / Schadensbilder können mit Thermografie lokalisiert werden?
Die regelmäßige Inspektion von Photovoltaikanlagen ist entscheidend, um ihre Leistungsfähigkeit und Lebensdauer zu maximieren. Eine der effektivsten Methoden zur Fehlerdiagnose ist die Thermografie. In diesem Blogbeitrag erfahren Sie, welche typischen Fehler mit dieser Methode lokalisiert werden können und warum sie für die Wartung Ihrer Solaranlage unerlässlich ist.
Was ist Thermografie?
Thermografie ist eine berührungslose Inspektionsmethode, die Infrarotkameras verwendet, um die Temperaturverteilung auf der Oberfläche von Photovoltaikmodulen zu messen. Durch die Visualisierung von Temperaturunterschieden können Defekte und Anomalien in den Modulen identifiziert werden, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind.
Früher mussten Inspektoren jeden Strang von Solarmodulen einzeln auf Schäden oder Defekte überprüfen. Dieser Prozess war zeitaufwendig und führte oft dazu, dass Stränge übersehen wurden oder nur ein Bruchteil des PV-Systems inspiziert wurde, um eine Stichprobe zu sammeln.
Die Fähigkeit von Drohnen, schnell jeden Standort zu erreichen, hat es PV-Inspektoren ermöglicht, ein viel größeres Gebiet in kürzerer Zeit abzudecken und sicherzustellen, dass alle Module überprüft werden. Anstatt ein Team von Technikern zu schicken, um die sprichwörtliche Nadel im Heuhaufen zu finden, kann ein Drohnenpilot vor Ort eine Inspektion mit Hilfe von Thermografie und einer Drohne innerhalb weniger Stunden durchführen. Dies spart Zeit und Ressourcen und liefert dennoch eine genaue Bewertung der Situation.
Gewerblicher Solarpark mit mehreren MWp
Wie erkennen Wärmebildkameras Anomalien bei Photovoltaik Anlagen mit Hilfe von Thermografie?
Wärmebildkameras arbeiten, indem sie Infrarotstrahlung detektieren, die von allen Objekten auf unterschiedlichen Ebenen emittiert wird, abhängig von deren Temperatur, Emissivität, reflektierenden Eigenschaften und anderen Faktoren. Diese Strahlung ist für das menschliche Auge unsichtbar, da Infrarotlicht weniger Energie als die Farben im sichtbaren Spektrum hat. Spezielle Instrumente wie Wärmebildkameras können diese jedoch erfassen. Die Sensoren von Wärmebildkameras erkennen einzigartige Wärmesignaturen (Strahlung), also sehr subtile Temperaturunterschiede, und können somit eine Vielzahl potenzieller Anomalien bei Solarmodulen identifizieren.
Ein Beispiel für eine Anomalie, die durch Wärmebildkameras bei der Inspektion von Solaranlagen erkannt wird, sind Hotspots. Diese sind lokal begrenzte Bereiche mit höheren Temperaturen auf einem Solarmodul, die die Effizienz verringern, indem sie Energie abführen anstatt sie zu erzeugen. Diese Bereiche werden von Wärmebildkameras erkannt und erscheinen auf dem Display als helle Flecken in der Farbpalette des Panels.
Eine Farbpalette auf einer Wärmebildkamera zeigt an, wie der Sensor Temperaturen in ein sichtbares Bild der Strahlung umwandelt. Diese benutzerdefinierten Paletten heben spezifische Bereiche des Wärmebilds hervor, ohne die erfassten Temperaturdaten zu verändern. Der Anwender kann aus verschiedenen Palettenoptionen wie „White Hot“, „Black Hot“, „Fusion“, „Rainbow“ usw. wählen, je nach den Anforderungen der Inspektion. Die gewählte Farbpalette einer Wärmebildkamera zeigt eine Temperaturverteilung über ein Objekt und variiert je nach den absorbierten oder reflektierten Strahlungsniveaus.
Beispielsweise werden bei Verwendung einer „Fusion“-Farbpalette Temperaturen auf dem Display in Farben von dunkel bis hell dargestellt. Die kühlsten Temperaturen sind im Bereich von Schwarz bis Blau zu sehen, während die heißesten Temperaturen in leuchtendem Gelb bis Weiß erscheinen. Bereiche wie Hotspots absorbieren mehr Strahlung (Wärme) und erscheinen daher als leuchtend gelb-weiße Bereiche auf einem Panel.
Thermografie einer PV Anlage mit “White / Hot”
Thermografie einer PV Anlage mit “Fusion”
Welche Schäden / Schadensbilder können an einer PV Anlage identifiziert werden?
Drohneninspektionen bei Solaranlagen mit Tender Inspect können eine Vielzahl von PV-Anomalien erkennen. Dabei ist es wichtig, alle möglichen Anomalien zu erkennen. Anomalien können alles sein, was von der Norm abweicht, wie z. B. ein Riss in einem Paneel oder ein nicht angeschlossener String. Bei Tender Inspect werden alle Anomalien dokumentiert und komprimiert zusammengefasst. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Probleme sich nicht verschlimmern. Anomalien können in 4 allgemeine Arten von Problemen unterteilt werden:
Modul Schadensbilder einer PV Anlage
Schäden / Schadensbilder / Störungen am Modul sind (äußere oder innere Schäden, welche bei der PV Inspektion durch Tender Inspect mit Hilfe von Drohneninspektion & Thermografie lokalisiert werden):
Zell-Hotspots / Fehler an Solarzellen: Heiße Stellen innerhalb des Photovoltaik-Moduls. Hotspots können durch verschiedene Faktoren verursacht werden z.B. Verschmutzung oder schlechte Verarbeitung. Die Folgen sind Leistungsverlust, verminderte Lebensdauer und Brandgefahr.
Riss im PV Modul: Risse in den Solarzellen oder in der Glasabdeckung können den Lichtdurchgang und die Energieumwandlung beeinträchtigen, was zu einem merklichen Rückgang der Stromerzeugung führt. Des Weiteren kann Wasser eindringen und es kann zu Korrosion der Kontakte / Verkabelung kommen.
Schäden am Verteiler der PV Anlage: Verteilerkästen bei PV Anlagen sind entscheidend für die Verbindung der Module und der Weiterleitung des Stroms. Schäden können die Leistung erheblich mindern bis hin zum vollständigen Ausfall des Moduls.
Verschmutzung des Solarmoduls: Verschmutzung der Module z.B. durch Dreck oder Sahara Staub auf der PV Anlage kann die Leistung beeinträchtigen und die Abschattungseffekte können die Zellen beschädigen.
Modul-Delamination / Ablösen von Materialien am PV Modul: Delamination beschreibt den Prozess, bei dem sich Schichten eines Photovoltaik-Moduls voneinander trennen oder ablösen. Dies kann schwerwiegende Folgen für die Leistung und Lebensdauer der Solarmodule haben wie z.B. Reduzierte Leistung, Zellschäden oder Instabilität.
Diodenfehler der PV Anlage: Dioden sind dazu da bei Zelldefekt oder anderen kleineren Fehlern, den Strom weiterzuleiten und die Leistung des Moduls aufrecht zu erhalten. Bei defekten Dioden können Überlastung, Materialermüdung oder mechanische Schäden entstehen.
Wetterschaden an Photovoltaikanlagen: Hagel oder Beschädigungen auf Grund von Sturm können die Oberfläche von PV Modulen beschädigen, was die Leistung negativ beeinflusst.
Diebstahl von PV Modulen: Gerade bei größeren Anlagen auf Freiflächen, kann es sein, dass Module entwendet werden. Drohnenaufnahmen helfen hier schnell einen Überblick zu verschaffen.
Zell Hotspot auf PV Modul identifiziert mit Drohnen Thermografie
Thermografie macht Diodenfehler am PV Modul sichtbar
Hagelschaden an Photovoltaikanlage
Potentielle Photovoltaik Schäden durch Hindernisse
Hindernisse an / um die PV Anlage bzw. Gegenstände können die Leistung beeinträchtigen oder die PV Module beschädigen indem sie den vollen Strahlungsempfang behindern.
Vegetationsbewuchs des PV Moduls: Vegetationsbewuchs durch z.B. Flechten oder Mose kann zur Verschattung und deswegen unterschiedlichen Belastung der Solarzellen führen. Dies wiederum mindert die Leistung und kann zu bleibenden Schäden oder Bränden führen.
Physische Objekte auf Photovoltaikanlagen: Physische Objekte wie z.B. Gegenstände oder falsch platzierte Antennen können zu dauerhafter Verschattung führen.
Verschattung von PV Zellen / PV Modulen: Aufgrund von externen Einflüssen entsteht Verschattung. Dadurch werden PV Anlagen bzw. einzelne Module nur teilweise genutzt und es entstehen durch ungleichmässige Leistung des Modules Hotspots, was zu bleibenden Schäden führen kann.
Antenne ruft Verschattung hervor und beschädigt auf Dauer das PV Modul.
Verschattung des PV Moduls auf Grund von Vegetation / Bewuchs
Ordnungsgemäßes Design von PV Anlagen bei Objekten
Photovoltaik Schadensbilder elektrotechnischer Natur
Die schwerwiegendsten aber am leichtesten mit Thermografie der Solaranlage durch Tender Inspect identifizierbare Anomalien entstehen auf elektrotechnischer Ebene :
Falsche Polarität / Verpolung bei Teilen der Photovoltaikanlage: Verpolung bei PV-Modulen ist oft auf eine fehlerhafte Installation und Verkabelung zurückzuführen. Dadurch kann die gesamte Leistung beeinträchtigt werden und den Wechselrichter beschädigen.
Interner Kurzschluss des PV Moduls: Ein interner Kurzschluss bei einem PV-Modul entsteht, wenn innerhalb des Moduls ein ungewollter elektrischer Kontakt zwischen normalerweise isolierten Punkten auftritt, was zu Leistungseinbußen oder Ausfällen führt. Dies kann durch Material- oder Produktionsfehler, physische Beschädigungen oder langfristige Degradation verursacht werden.
Strangausfälle der Solaranlage: Ein Strangausfall bei einer PV-Anlage bezeichnet den Ausfall eines ganzen Strings, also einer Reihe von in Serie geschalteten Solarmodulen, wodurch der betroffene String keinen Strom mehr liefert. Dies kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden, wie z.B. defekte Module, Verkabelungsprobleme, schlechte Verbindungen oder Abschattungen.
Eingeschränkter Strang eines Solarparks: Ein eingeschränkter Strang kann durch teilweise Verschattung, Verschmutzung, Defekte einzelner Module oder fehlerhafte Verbindungen innerhalb des Strangs verursacht werden. Solche Einschränkungen reduzieren die Leistungsfähigkeit des gesamten Strangs, da der Stromfluss in einem seriell geschalteten Strang durch das schwächste Modul begrenzt wird.
Kaputter Wechselrichter der Photovoltaik Anlage: Ein Defekt am Wechselrichter kann verschiedene Ursachen haben, wie z.B. elektrische Überlastung, Überhitzung, fehlerhafte Elektronik oder Verschleiß. Ein defekter Wechselrichter führt dazu, dass die gesamte Anlage oder zumindest die betroffenen Stränge keinen Strom mehr ins Netz einspeisen können, was die Gesamtleistung der PV-Anlage stark beeinträchtigt.
Verpolung / Falsche Verkabelung von PV Modulen
Eingeschränkter bzw. ausgefallener Strang im Solarpark
Eingeschränkter Wechselrichter am PV Modul
Montagefehler bei PV Anlagen
Bei Drohneninspektionen von Photovoltaikanlagen kann die Vogelperspektive helfen, Fehler, welche auf die Montage der PV Anlage bzw. die Tragkonstruktion zurück zuführen sind, schnell und einfach zu identifizieren und zu lokalisieren:
Mechanismen für die automatische PV Ausrichtung: Manchmal kann es vorkommen, dass der Mechanismus für die automatische Ausrichtung der PV Module nicht richtig funktioniert. Dadurch werden nur einzelne bzw. ein Teil der Module des Solarparks ausgerichtet und ein weiterer Teil, bleibt in seiner Ursprungsausrichtung. Das hat zur Folge, dass dieser Teil nicht optimal im Laufe des Tages ausgerichtet wird und deswegen einen geringeren Ertrag liefert.
Schäden am Gestell / Befestigung: Manchmal kann im Lebenszyklus einer Anlage auf Grund von externen Einflüssen wie z.B. Sturm das Gestellt bzw. die Befestigung der PV Module beschädigt werden. Solche Schäden lassen sich einfach bei einer Drohneninspektion mit Tender Inspect durch die normale RGB Weitwinkel und Zoom Kamera der Drohne identifizieren.
Ausrichtung der PV Module - Helix: Gerade bei Solarparks, welche Ihre PV Module auf hügeligem Boden haben, wird die Ausrichtung oft über die Lebensdauer durch externe Faktoren negativ beeinflusst. Oft sieht man hier, dass Module nicht mehr die gleiche Ausrichtung wie die unmittelbaren Nachbarmodule haben. Man spricht vom Helix Schadensbild was sich negativ auf die Leistung der Anlage auswirkt. Drohnenpiloten können bei einer Inspektion, dies sehr leicht identifizieren.
Fehler bei der automatischen Ausrichtung von PV Modulen
Montagefehler bei der Ausrichtung der Photovoltaikanlage
Ausrichtungsfehler in Helix Form der PV Module
Fazit: Effiziente Fehlerdiagnose mit Hilfe von Drohnen & Thermografie durch Tender Inspect
Mit Thermografie können Fehler in Solarmodulen schnell und unkompliziert lokalisiert werden. Trotz des relativ geringen Aufwands ist eine sorgfältige Durchführung unerlässlich, da die Wärmemessungen durch Umgebungsfaktoren beeinflusst werden können. Eine thermografische Analyse ist besonders empfehlenswert, wenn der Stromertrag einer Photovoltaikanlage ohne erkennbare Ursachen sinkt. Des Weiteren hat die Inspektion aus der Luft zusätzliche Vorteile. Neben der Thermografie helfen Weitwinkel und Zoom Aufnahmen der Drohnenkamera Fehler zu identifizieren, zu unterstützen und genau zu lokalisieren. Wir empfehlen grundsätzlich vor Ablauf der Garantie eine Inspektion ihrer Photovoltaikanlage durchführen zu lassen. Manchmal kann es auch sinnvoll sein, den Ist - Status der PV Anlage direkt nach der Installation thermografisch erfassen zu lassen. So kann das Optimum zum Vergleich herangezogen werden, oder man kann sich absichern, dass nach der Installation die Anlage auch optimal funktioniert. Sollten Sie Interesse an einer Inspektion Ihrer PV Anlage mittels Drohne & Thermografie haben, können Sie hier Kontakt mit Tender Inspect aufnehmen. Tender Inspect bietet deutschlandweit Inspektionen von Photovoltaikanlagen mittels Thermaldrohne an und fokussiert sich auf PV Inspektion in der Region Bergstraße, PV Inspektion im Rhein-Neckar Gebiet und PV Inspektion im Rhein-Main Gebiet.