Wartung & Betrieb: Fehler finden durch clevere Technik

Solargeneratoren sollen in der Regel mindestens 20 Jahre lang zuverlässig sauberen Strom liefern. Wie alle elektrischen Anlagen müssen sie dazu regelmäßig durchgesehen und gewartet werden. Und gelegentlich sind verschlissene oder korrodierte Teile auszutauschen und zu ersetzen.

Ohne Monitoring läuft nichts

Die Basis einer reibungslosen und kostengünstigen Wartung ist die laufende Überwachung der Betriebsdaten einer Photovoltaikanlage. Sie erfolgt über die Wechselrichter und ein Internetportal, in dem der Betreiber der Anlage oder der Servicetechniker die Spannungen, die Ströme und die Momentanleistungen erfasst. Treten Abweichungen oder Fehler auf, setzt das Monitoringportal eine entsprechende Meldung ab.
Manche Fehler sind über die Betriebsdaten und typische Veränderungen in den Ertragskurven erklärbar. Andere Abweichungen brauchen den Experten vor Ort. Wichtig: Nur eine korrekt dokumentierte und überwachte Anlage erlaubt es, eventuelle Fehler schnell aufzuspüren und abzustellen.

Anlagen durchprüfen mit dem Laser

Die Realität ist oft eine andere: Viele vor allem ältere Solargeneratoren verfügen weder über eine Dokumentation der Modulfelder und der elektrischen Anschlüsse, noch über ein laufendes Monitoring. Um solche Anlagen möglichst einfach in die reguläre Wartung zu übernehmen, empfiehlt sich der Einsatz von Lasertechnik. Sie erlaubt es, auch nachträglich sehr schnell einen Modulplan der Anlage zu erstellen. Die Lasertechnik (Lasertektor) hilft zudem, sogar schwierige Fehler im Modulfeld zu orten und damit den Austausch defekter Komponenten zu erleichtern. Denn Zeit ist Geld, auch im Wartungsgeschäft. Zudem nutzt die Lasertechnik eine sonnenunabhängige Lichtquelle, ist also auch in der Nacht oder bei bewölktem Wetter zuverlässig einsetzbar.
Das Prinzip ist recht einfach: Eine Laserquelle schickt einen Laserblitz auf das Modulfeld. Die Zellen erzeugen daraus elektrischen Strom, der am Eingang zum Wechselrichter messbar ist. Dieser elektrische Impuls wird jedoch in einen Ton umgewandelt, den der Servicetechniker über Kopfhörer verfolgt. Auf diese Weise fährt er mit dem Laser alle Module ab und kann sie genau den Strings zuordnen. Auch Unterbrechungen durch defekte Zellen, Stecker oder Kabel werden schnell aufgespürt.
Diese Technik macht sich vor allem bei größeren Anlagen bezahlt und für Handwerker, die sehr viele Anlagen prüfen. Die Anwendung der kalibrierten Lasertechnik erfordert eine gewisse Expertise, Einweisung und Erfahrung, vor allem bei der Suche nach Fehlern im Modulfeld. Ohne Lastertechnik gerät sie oft zur sprichwörtlichen Suche nach der Nadel im Heuhaufen.

Elektrolumineszenz: Gegenstrom in der Nacht

Um Solarmodulfelder zu prüfen, kann man einen Trick nutzen: In der Nacht, wenn sie keinen Sonnenstrom erzeugen und kalt sind, wird am DC-String ein Gleichstrom angelegt. Er regt die Solarzellen zu einem schwachen Leuchtbild an, das mit speziellen Elektrolumineszenz-Kameras erfasst werden kann. Die Elektroluminszenzbilder geben wertvolle Hinweise vor allem bei Fehlern innerhalb eines Moduls, beispielsweise in der filigranen Struktur der Siliziumzellen oder bei Glasbruch, die von außen kaum erkennbar sind.

Thermografie: Heiße Fehlerstellen sind rot

Das umgekehrte Prinzip bietet die Thermografie. Sie wird genutzt, wenn die Solarmodule stromen, also am Tag. Denn durch die Stromerzeugung erwärmen sich die Solarzellen, die Kontaktbahnen und die Module. Dann kann man die flächigen Generatoren mit Wärmebildkameras (Thermografie) prüfen.
Sind Teile von Zellen oder Modulen beschädigt und liefern keinen Strom mehr, so erscheinen sie im Wärmebild als dunkel oder kalt. Zudem gibt es korrodierte Kontakte, verschlissene Stecker oder Zellbrüche, die höhere elektrische Widerstände verursachen. An diesen Stellen erwärmt sich die Solartechnik stärker. Im Wärmebild sind diese Bereiche als rote Hochtemperaturareale erkennbar. Sie weisen auf mögliche Brandherde hin. Wie die Technik für die Elektrolumineszenz sind die Wärmebildkameras eher etwas für Profis.

Anlagencheck per Flugdrohne

Größere Anlagen auf dem Freiland oder Dachanlagen eignen sich besonders für den Überflug mit Drohnen. Damit kann man sehr leicht den Grad der Verschmutzung feststellen oder nach einem Hagelschlag einen ersten Eindruck von eventuellen Schäden gewinnen. Solche Flugdrohnen können auch Wärmebildkameras tragen, um den Zustand der Solarmodule zu analysieren.
Der Einsatz von Flugdrohnen ist gesetzlich geregelt. Die Vorschriften der Drohnenverordnung sind unbedingt zu beachten, beispielsweise Flughöhe, Reichweite oder Überflug von fremden Grundstücken. In der Nähe sensibler Bereiche wie Flughäfen gelten besonders strenge Regelungen – bis hin zu Flugverboten. Wer Flugdrohnen professionell einsetzt, braucht einen Drohnenschein. Die Dohnen sind gemäß den Vorgaben zu kennzeichnen. Bestimmte Einsätze brauchen eine Genehmigung.

FTIR: Folien testen im Modulfeld

Die FTIR-Spektroskopie (Fourier-Transform Infrarot) ist eine zerstörungsfreie Untersuchungsmethode, die mittlerweile nicht nur im Labor, sondern auch mittels portabler Geräte im Feld angewandt wird. Beispielsweise nutzt man die handlichen Geräte, um den Zustand der Rückseitenfolien von Solarmodulen zu prüfen. Denn manchmal sind sie in die Jahre gekommen, versprödet und können teilweise erhebliche Fehler verursachen.
FTIR nutzt den Effekt aus, dass jede elektromagnetische Strahlung Einfluss auf die Bindungen organischer Moleküle hat. Bei der Absorption von Infrarotstrahlung werden die Bindungen zu Schwingungen (durch nahes, mittleres und fernes Infrarot) und Rotationen (fernes Infrarot) angeregt. Die Molekülschwingungen werden vom FTIR-Gerät als Absorption der Strahlung im Infrarotspektrum gemessen. Der Grad der Abschwächung jeder Frequenz wird als Absorptionsbande im Spektrum festgehalten. Je stärker absorbiert wird, desto intensiver sind die Absorptionsbanden. Mit Hilfe einer Datenbank für FTIR-Spektren der Folienpolymere werden die gemessenen Spektren abgeglichen. Auf diese Weise lassen sich kritische Rückseitenfolien schnell und eindeutig erkennen.

Mit dem Roboter reinigen

Wie im privaten Haushalt sind auch auf den Photovoltaikanlagen die Reinigungsroboter auf dem Vormarsch. Vor allem größere Generatoren mit ausgedehnten Solarfeldern lassen sich mit Hilfe von automatischen oder halbautomatischen Robotern gleichmäßig und kostengünstig reinigen.
Der Einsatz der Roboter ist durch die Dachneigung begrenzt. Auf Schrägdächern kann man sie nicht einsetzen, wohl aber auf flachen und wenig geneigten Dächern. Um den Roboter auf die Reise über die Solarmodule zu schicken, braucht der Servicetechniker eine Einweisung. Gesteuert wird das Gerät per Joystick oder Automatik. Die Stromversorgung erfolgt über Kabel oder Bordbatterie.
Solarparks auf dem Freiland werden meist durch Bürstentechnik gereinigt, die an einen Traktor oder ein anderes geeignetes Trägerfahrzeug montiert wird. Dann fährt der Techniker die Modulreihen ab und befreit sie von Staub, Schmutz oder Vogelkot.