Thermografie: Wärmebildkamera für Photovoltaikanlagen

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Wärmebildkameras können an einer Vielzahl von Photovoltaiksystemen zur Thermografie eingesetzt werden. Die Zahl der mit Photovoltaikanlagen zur Erzeugung regenerativer Energien ausgestatteten Wohn- und Nichtwohngebäude ist in den letzten Jahren deutlich gestiegen. Es wurden große Parks zur Nutzung der Sonnenenergie geschaffen. Die Nutzung erneuerbarer Energien wird in den kommenden Jahren immer wichtiger werden. Viele Photovoltaikanlagen erreichen mit der Zeit nicht ihre ursprüngliche installierte Leistung, was zu einer Verringerung der Energieeffizienz führt. Einzelne Zellen fallen aus, wichtige Komponenten wie Wechselrichter arbeiten nicht mehr mit vollem Wirkungsgrad. Die Folgen sind – neben einer Ertragsminderung – die Erwärmung oder Überhitzung von Störungen durch parasitäre Ströme, die zu weiteren Schäden oder gar Bränden führen können.

Diese Fehler – auch Hotspots genannt – können mit Hilfe einer Wärmebildkamera mit ihrer thermischen Signatur sehr einfach erkannt und anschließend gezielt behoben werden. Unterschiedliche Marken von Photovoltaikanlagen, die heute im Einsatz sind, können eine große Anzahl von Fehlfunktionen mit den unterschiedlichsten Geometrien und Frequenzen aufweisen. Ihre zuverlässige Erkennung erfordert den Einsatz einer Wärmebildkamera mit hervorragenden Eigenschaften und das Fachwissen geschulter Inspektoren.

Prüfung von Solarmodulen mittels Thermografie

Die Thermografie ermöglicht eine sehr einfache Inspektion der Solarmodule. Das Verfahren basiert auf der Tatsache, dass Defekte an Solarmodulen den elektrischen Widerstand lokal erhöhen und damit zur Wärmeentwicklung führen. Daher sind Fehler im Wärmebild in der Regel leicht zu erkennen. Wann sollten Solarmodule durch Thermografie untersucht werden?

Eine Überprüfung sollte immer dann durchgeführt werden, wenn die Photovoltaikanlage unerklärliche Leistungsverluste aufweist. In diesem Fall kann die Thermografie helfen, defekte Module zu identifizieren. Fehler in der elektrischen Verkabelung erkennt man so auch als Nebeneffekt. Fehlerhafte Stecker, Kabel oder Dioden erzeugen ebenfalls Wärme und sind deshalb auf thermografischen Bildern identifizierbar. Andererseits ist nicht ganz klar, ob eine Wärmebildanalyse auch prophylaktisch von Zeit zu Zeit durchgeführt werden soll, wenn es keine direkten Hinweise auf Probleme gibt.

Prophylaktische Wärmebildanalyse

Bei großen Freiflächenanlagen ist dies aus zwei Gründen empfohlen: Erstens sinken die Kosten für die Thermografie pro Modul um die Anzahl der Module, und zweitens entdeckt man einzelne defekte Module oft nicht. Denn  sie beeinträchtigen die Gesamtleistung weniger . Bei kleinen privaten Dachanlagen erscheint eine regelmäßige Vorsorgeuntersuchung eher übertrieben. Die Netzbetreiber sollten jedoch in Erwägung ziehen, eine solche Inspektion kurz vor Ablauf der Herstellergarantie durchzuführen. Darüber hinaus kann man die Thermografie auch zum Nachweis von Mängeln gegenüber der Versicherung einsetzen. In der Regel übernehmen die Versicherungsgesellschaften die Kosten nur, wenn man einen solchen Nachweis erbringt.

Welche Kosten entstehen bei einer Thermografie

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Falsch gemessen: Nicht nur Reflexionen des Sonnenlichts, sondern auch Reflexionen der Umgebung im Bild

Eine typische Dachanlage in einem Einfamilienhaus mit einer Leistung von weniger als zehn Kilowatt verursacht in der Regel Kosten in Höhe von 300 bis 400 Euro. Es gibt noch günstigere Angebote, aber diese werden oft nicht empfohlen. Die Thermografie ist in der Tat eine relativ einfache Messmethode. Aber ein paar Mal mit einer Drohne und einer billigen Kamera aus dem Elektronikmarkt über das Dach zu fliegen, reicht nicht aus.

Ohne beides wird die Thermografie mit Solarzellen nicht funktionieren. Das Ausleihen einer Wärmebildkamera und das Fotografieren der Photovoltaikanlage führt nicht zu viel Wissensgewinn. Das grundlegende Problem ist, dass genügend Leistung vorhanden sein muss, damit die Fehler sichtbar sind. Das bedeutet, dass man bei Sonnenschein fotografieren muss. Auf diese Weise entstehen nicht nur Reflexionen des Sonnenlichts im Bild, sondern auch Reflexionen der Umgebung.

Probleme bei der Thermografiemessung

Ein zweites Problem ist, dass die Glasabdeckung der Photovoltaikmodule im Infrarotbereich nicht durchlässig ist. Ein Hotspot im kristallinen Modul selbst ist daher nicht direkt sichtbar, sondern nur die daraus resultierende Erwärmung des darüber liegenden Glases. Der Temperaturunterschied zum Rest des Glases ist manchmal nicht allzu groß. Wind verschärft dieses Problem, da er zu einem zusätzlichen Wärmeaustausch entlang der Glasoberfläche führt. Um Muster zu erzeugen, die man sinnvoll interpretiert kamm, muss die Kamera Temperaturunterschiede von weniger als einem Zehntel Grad auflösen. Insgesamt sind die fachlichen und technischen Anforderungen an eine thermografische Analyse einer Solaranlage deutlich höher als beispielsweise bei der Suche nach Löchern in der Thermik.

Zusammenfassung: Einsatz von Wärmebildkameras in Photovoltaikanlagen

Die richtige Wärmebildkamera kann als Diagnosehilfe für Solar-Außensysteme verwendet werden. Mit einer ausreichend hohen Sensorauflösung und geringer Wärmeempfindlichkeit erkennt man  selbst kleinste Fehler zeitsparend. Der Einsatz von Wärmebildkameras ist für Anwender älterer Systeme sicherlich eine Überlegung wert. Verdachtsfälle untersucht man sofort untersucht dokumentiert sie. Bei Kabeln und Schaltanlagen sowie dem Wechselrichter und den Transformatoren prüft man natürlich auch die thermischen Eigenschaften.