CTR Carinthian Tech Research AG
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- Alexander Dresdner
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1 Thermografie-Forum Eugendorf 2013 CTR Carinthian Tech Research AG Competence Centre for Advanced Sensor Technologies Lokalisierung und Erkennung von auffälligen Photovoltaikmodulen mittels Thermografie in der Praxis Dipl.Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc. CTR Carinthian Tech Research AG Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
2 Agenda Unternehmensvorstellung Standardequipment in der Photovoltaik Messgeräte und Verfahren zur Diagnose Normative Grundlagen in der Photovoltaik Vorstellung des CTR Messsystems Beispiele von Einsätzen im Feld Begleitende Thermografie Untersuchungen im Labor Zusammenfassung CTR Carinthian Tech Research AG Seite 1 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
3 Unternehmensvorstellung Die CTR AG als Sensorikzentrum in der Forschung und Entwicklung Optische Systeme Messen mit Licht vom Labor Funk-Sensoren Funk-Sensoren für heikle Aufgaben in die Praxis Mikrosystemtechnik Systeme auf kleinstem Raum Photovoltaik Mehr Stromgewinnung aus Sonnenenergie CTR Carinthian Tech Research AG Seite 2 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
4 Standardequipment in der Photovoltaik (PV) Elektrisches Verfahren Strom(I)-Spannungs(U)-Kennlinie Ermittlung der elektrischen Leistung eines PV Modul Analysemöglichkeit: Mängelerkennung durch elektrische Kennlinienform - Kommt raus, was der Kunde bezahlt hat Bildgebendes Verfahren Elektrolumineszenz (EL) Ermittlung durch Betrieb eines PV Moduls als großflächige IR-Leuchtdiode Analysemöglichkeit: Schädigungserkennung von Brüchen, Rissen, Produktionsfehlern etc. über Lumineszenz Bildgebendes Verfahren Thermografie (TG) Ermittlung durch Temperaturdifferenz benachbarter Solarzellen Analysemöglichkeit: Mängelerkennung durch Stellen relativ erhöhter bzw. erniedrigter Temperatur CTR Carinthian Tech Research AG Seite 3 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
5 Einsatz der Thermografie in der Photovoltaik - Norm Normative Grundlagen: In der Norm VDE bzw. DIN EN wird auf die Prüfung mittels Wärmebildkamera hingewiesen. Zur Bewertung einer Photovoltaikanlage empfiehlt die Norm eine Mindestbeleuchtungsstärke in PV-Generator-Ebene von mehr als 600 W/m², so dass zur Erzeugung von wahrnehmbaren Temperaturschwankungen ein ausreichender Strom vorhanden ist. Problematik: In der Norm steht nur wie man messen soll aber nicht ab wann ein Modul thermografisch als Defekt gilt. Somit gibt die Norm viel Handlungsfreiraum und keineklarenrichtwerte. CTR Carinthian Tech Research AG Seite 4 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
6 Einsatz des CTR Thermografie Systems im Feld Systembeschreibung Thermografiekamera: InfraTec Head 640 Auflösung: 640 x 480 IR-Pixel Detektor: Ungekühltes Mikrobolometer Array Messbereich: -40 C bis 1200 C Spektralbereich: 7,5 µm bis 14 µm Empfindlichkeit: 30 mk CTR Carinthian Tech Research AG Seite 5 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
7 Untersuchungen in der Photovoltaik In der Photovoltaik sind Voruntersuchungen nötig, damit z.b. der Sachverständige mit den Resultaten seine Thermografie Aufnahmen besser deuten kann. Umso mehr Daten also vorliegen umso genauer ist die Diagnose. Meistens liegen für eine PV Anlage Kennlinienmessungen und evtl. Thermografie Aufnahmen bei Sonneneinstrahlung (Hell-Thermografie) vor. Aus diesen Daten kann zwar schon eine Aussage getroffen werden, eine zusätzliche Laboruntersuchung von PV Modulen ist aber sinnvoll. Als Laboruntersuchung wird die Elektrolumineszenz und die Dunkel Thermografie eingesetzt. Dunkel Thermografie heißt, dass ein PV Modul in Vorwärtsrichtung bestromt wird, so dass die Solarzellen als Leuchtdioden betrieben werden. An den Stellen wo die Solarzellen defekt sind wird z.b. bei Kurzschlüssen mehr Wärme erzeugt. Die Thermografie Bilder der Hell-Thermografie und der Dunkel Thermografie sind ähnlich im Aussehen und deuten auf ähnliche Resultate. CTR Carinthian Tech Research AG Seite 6 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
8 Anlagendaten in der Photovoltaik - I-U-Kennlinie Vor der Thermografiemessung existieren die I-U-Kennlinien der Einzelmodulstrings der 18,5 kwp Anlage. Der Grund für den Leistungseinbruch ist aber nicht erkennbar. Aufbau: 4 Strings zu je 15 Module á 210 Wp 2 Strings zu je 14 Module á 210 Wp Messung Ist-Wert: abnormale Kennlinien Vergleich Soll-Wert: normale Kennlinien CTR Carinthian Tech Research AG Seite 7 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
9 Einsatz der Thermografie an einer PV Anlage (1) Inspektion 18,5 kwp Anlage in Meeresnähe: Über die Thermografie wurde der Effekt der Potenzial Induzierten Degradation (PID) entlarvt. Sehr deutlich sind die typischen PID Muster (Ring wärmerer Zellen am Rand) zu sehen. Vorsicht bei thermografischer Interpretation wegen Aufnahmewinkel und Lambertschem Effekt! CTR Carinthian Tech Research AG Seite 8 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
10 Einsatz der Thermografie an einer PV Anlage (2) Qualitätskontrolle der neuen 18,5 kwp Anlage in Meeresnähe: Über die Thermografie wird der Status der neuen Anlage dokumentiert und als Indiz für einwandfreie Funktionstüchtigkeit hergenommen. Durch eine Änderung im Anlagenkonzept ist der Betreiber des PV Kraftwerks zukünftig vor dem PID-Effekt geschützt. Vorsicht bei thermografischer Interpretation wegen Aufnahmewinkel und Lambertschem Effekt! CTR Carinthian Tech Research AG Seite 9 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
11 Einzelmessung PID befallenes PV Modul Separate Thermografie Messung eines PID befallenen Moduls der 18,5 kwp Anlage: Der Vergleich von Thermografie und Elektrolumineszenz zeigt deutlich Ähnlichkeiten im Zellmuster. Somit kann die Thermografie beim PID Problem die gleiche Aussage liefern wie das Standardverfahren Elektrolumineszenz. TG Aufnahme EL Aufnahme CTR Carinthian Tech Research AG Seite 10 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
12 Labormessungen zur Inspektion 18,5 kwp Anlage (1) Foto Elektrolumineszenz Dunkel Thermografie Das PID-Effekt behaftete PV Modul im Labor unter Betrieb in Vorwärtsrichtung CTR Carinthian Tech Research AG Seite 11 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
13 Labormessungen zur Inspektion 18,5 kwp Anlage (2) Foto Elektrolumineszenz Dunkel Thermografie Ein weiteres PID-Effekt behaftetes PV Modul im Labor unter Betrieb in Vorwärtsrichtung CTR Carinthian Tech Research AG Seite 12 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
14 PV Modul nach Unfall von Transportwagen Labormessung mittels Elektrolumineszenz und Dunkel Thermografie im Vergleich. Sowohl im EL als auch TG Bild erscheinen die gebrochenen Zellen sichtbar auf. Defekterkennung ist mit beiden Verfahren möglich. CTR Carinthian Tech Research AG Seite 13 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
15 Anlageninspektion in einem PV Park (1) Auffällige Module und der Grund dafür in diesem Fall: Glasbruch CTR Carinthian Tech Research AG Seite 14 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
16 Anlageninspektion in einem PV Park (2) Auffällige Module und der Grund dafür in diesem Fall: Verschattung durch Rosenbusch CTR Carinthian Tech Research AG Seite 15 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
17 Anlageninspektion in einem PV Park (3) Auffällige Module sind schon auf große Entfernungen zu sehen Relativ wärmere Anschlussdosen und relativ wärmere Zellen sind in diesem Beispiel zu sehen. CTR Carinthian Tech Research AG Seite 16 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
18 Anlageninspektion in einem PV Park (4) Auffällige Module und der Grund dafür in diesem Fall: Glasbruch CTR Carinthian Tech Research AG Seite 17 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
19 Anlageninspektion in einem PV Park (5) Auffällige Module und der Grund dafür in diesem Fall: Problem in Anschlussdose Relativ wärmere Anschlussdosen sind weiterhin zu beobachten und dem Anlagenbetreiber zur eventuellen Ursachenfindung in einem Bericht aufzuzeigen oder direkt zu melden. CTR Carinthian Tech Research AG Seite 18 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
20 Untersuchung PV Anlage auf einem Stalldach Beobachtung: Durch die Thermografie wurden heiße Zellen aufgedeckt, die teils kritisch aber auch unkritisch sind und über die nächsten Jahre beobachtet werden sollten. Ein Modul zeigt über einer defekten Zelle eine braune Verfärbung, die durch viel geflossene Leistung entstanden sein muss. Hier wird ein Tausch empfohlen. CTR Carinthian Tech Research AG Seite 19 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
21 Untersuchung PV Modul mit Verfärbung Auffällige Module und der Grund dafür in diesem Fall: Überhitzung durch Zellrisse PV Modul mit Brandfleck mit unterschiedlichen Methoden untersucht. Foto Modul EL bei Isc TG bei Isc CTR Carinthian Tech Research AG Seite 20 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
22 Untersuchung PV Modul mit Verfärbung bei Sonne Beobachtung: Durch die Thermografie wurde die heiße Zelle aufgedeckt, die eine kritische Temperatur erreicht hat, so dass sich der Bereich um die Zelle schon verfärbt hat. Diese Braunfärbung zeigt den Bereich der Überhitzung. Hier wird ein Tausch empfohlen. CTR Carinthian Tech Research AG Seite 21 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
23 Untersuchung PV Anlage auf einem Scheunendach Beobachtung: Durch die Thermografie wurde eine heiße Zelle aufgedeckt, die über die nächsten Jahre zu beobachten ist. Der Zellbruch war schon während der Herstellung vorhanden, da dieser sehr breit ist. Ein Austausch des Moduls innerhalb der Hersteller- Produktgarantie bzw. auf Kulanz wird empfohlen. CTR Carinthian Tech Research AG Seite 22 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
24 Untersuchung PV Anlage auf einem Hausdach (1) Beobachtung: Durch die Sichtung der Anlage wurden 3 Module identifiziert, die Glasbruchschäden zeigten. CTR Carinthian Tech Research AG Seite 23 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
25 Untersuchung PV Anlage auf einem Hausdach (2) Beobachtung: Keine direkt erkennbaren Auffälligkeiten bei TG Aufnahmen zeitnah nach aufgetretenen Glasbrüchen, da noch wenig Feuchtigkeit vorhanden. Dafür wurde ein anderes Modul erkannt, dass einen Mangel aufweist. CTR Carinthian Tech Research AG Seite 24 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
26 Großanlagen Inspektionssystem für PV Parks Beispiel für ein Thermografie Drohnensystem zur Inspektion von PV Parks aus der Luft. Das Profiequipment war an einem Messestand der Intersolar 2013 in München ausgestellt. Auflösung: 640 x 480 Pixel Geometrische Auflösung (IFOV): 0,68 mrad CTR Carinthian Tech Research AG Seite 25 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
27 Zusammenfassung und Fazit Gründe für heiße Zellen: Verschattung bzw. zerbrochene Zellen: Schatten von angrenzenden Modulen, Antennen, Schornsteine, Dachvorsprünge, Bäume, Vogelkot; sehr kritisch sind kleine Verschattungen und Teilverschattungen, bei denen die Bypassdiode nicht reagiert. Fehler im Herstellungsprozess: Risse in den Solarzellen, Verbindungsfehler durch Löten etc. ;Fehler in der Zellherstellung Fehler im Moduldesign: Überlappung der Zellen bzw. defekte Bypassdioden Fehler bei Installation: Gehen über Module führt evtl. zu Zellbruch, Einbau in Verschattungsbereiche Fehler während Betrieb: Spontaner Glasbruch, Hagelschlag oder Vandalismus Fazit: Die Thermografie ist eine ausgezeichnete Möglichkeit schnell und kostengünstig eine PV Anlage zu inspizieren. Mittels zusätzlichen anderen Messmethoden ist eine gute Diagnose zum Fehlerfall noch sicherer zu bewerkstelligen. CTR Carinthian Tech Research AG Seite 26 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
28 Thermografie-Forum Eugendorf 2013 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit CTR Carinthian Tech Research AG Seite 27 Dipl.-Ing.(FH) Wolfgang Mühleisen, M.Sc.
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