PV-Modulüberwachung

[crasythom]

Hallo zusammen,

Ich wollte mit Euch mal diskutieren, wie man defekte PV-Module innerhalb einer Installation überwachen kann. Leider ist bei mir schon nach 1,5 Jahren ein Modul zu 1/3 defekt und ich habe das nur durch Zufall erkannt, da der Frost an einem Modul schneller getaut ist (siehe Bild). Eine nähere Untersuchung hat dann ergeben, dass das eine Modul nur noch zu 2/3 arbeitet. 1/3 ist also inaktiv und der Strom wird durch eine Bypassdiode vorbeigeleitet. Ich habe die Daten meiner PV-Anlage dann etwas näher angesehen und festgestellt, dass man hier einen Einbruch der DC-Spannung des betroffenen Strings sehen kann. Ich habe zwei identische Strings mit je 15 Modulen. Ein Modul hat lt. Datenblatt eine Spannung von 33,41 V.

Meine Idee war nun folgende:
Da die Strings identisch sind und auch gleich ausgerichtet sind, ermittle ich die Spannungsdifferenz zwischen den Strings. Das mache ich, sobald die Spannung jedes Strings mindestens 400 V beträgt um den Ruhezustand auszuschließen. Die Differenz mittle ich über eine Stunde. Ist die Differenz größer als 10 V (Toleranz?), ist wohl etwas defekt. In dem Fall würde ich dann eben eine Mail versenden oder eine andere Benachrichtigung abschicken.

Momentan ist das Modul noch nicht getauscht. Ich frage mich nun, ob der Weg zur Erkennung eines Schadens hilfreich ist, oder es eine bessere Idee gibt. Wie prüfen denn die Profis, ob die PV-Anlage noch einwandfrei arbeitet? An der Leistung (kW) hätte ich das nie gemerkt. Denn die 9,9 kWp bringen in der Spitze bei optimalen Wetterbedingungen kurzfristig immer noch bis zu 10,5 kW. Der Wechselrichter hat nur 10 KW. Daher wird das dann schnell wieder runtergeregelt.

Danke für Eure Ideen und Euren Input, wie man defekte Module mit Loxone schnell erkennen kann. Ich könnte mir vorstellen, dass das mehr Leute interessiert.

[Loxham]

Hört sich interessant an. Mir fällt spontan nur ein, dass bei gleich großem Defekt auf beiden Strings es dadurch nicht detektiert werden kann. Wobei die Wahrscheinlichkeit eher gering ist.

Was mich noch interessieren würde: Warum taut die defekte Stelle schneller? Ich hätte es genau umgekehrt vermutet.

[Thomas M.]

sehe ich auch so ... müsste genau andersrum sein ...
Meiner Meinung nach starten die Zellen mit der Produktion und das sieht man halt bei Eis am Glas

[crasythom]

Der defekte Zellbereich taut schneller, weil die solare Strahlungsenergie in diesem Bereich nicht in Strom und Wärme umgewandelt wird, sondern nur in wärme. Normalerweise wird ein teil der solaren Strahlung in Strom gewandelt und abgeleitet. Das passiert hier nicht.

[Loxham]

Ok, danke. Wieder was gelernt.

[Thomas M.]

Sind die nun defekt?

In meinem Verständnis ist eine kaputte kurzgeschlossene Bypassdiode eine Drahtbrücke, wird also nicht mehr warm. Der Strom gelangt ja nicht mehr flächig durch die Zelle, sondern punktuell durch die Drahtbrücke.

Kann das nicht sein, dass das am einem Modul eine 1/3 der Zellen bei Sonnenschein (am Foto scheint ja die Sonne) einfach zuerst starten und sich optisch so zeigen?

[crasythom]

Der Strom der restlichen Zelle wird über die Bypassdiode an dem defekten Teil vorbeigeleitet. Dadurch wird auch die Bypassdiode etwas wärmer.

[Thomas M.]

Eine Art Fehlersuche kann man ja auch machen ...
In der Nacht schickt man Strom durch die Module und mit Thermografie sucht man welche Module welche kalt bleiben, also wo der Strom über die Diode fließt.

https://photovoltaikbuero.de/pv-know-how-blog/bypassdiodencheck-2/

[crasythom]

Ja, ich habe auch eine Thermografie-Aufnahme machen lassen. Man sieht den Schaden mit einer guten Kamera auch tagsüber. Der defekte Teil war 6 C° wärmer. Sowas macht man aber sicherlich nicht einmal im Jahr oder so. Ich würde das möglichst gerne an den Werten der Anlage erkennen. Wenn dann etwas auffällig ist, kann man ja immer noch eine erneute Thermografie durchführen.

[crasythom]

Danke noch für den Link. Sehr interessant. Hier steht auch:

"Dafür ist es notwendig die Anzahl der Module pro Strang und die Anzahl der Bypassdioden pro Modul zu kennen. Bei kristallinen Modulen sind dies in der Regel 3. Dann teilt man die Leerlaufspannung des Stranges mit der höchsten Leerlaufspannung durch die Anzahl der Bypassdioden. Die so erhaltene Spannung, stellt die maximal zulässige Spannungsdifferenz zwischen zwei Strängen mit gleicher Modulanzahl dar."

Das wäre ja sozusagen meine Toleranz, die ich auch schon vorsehen wollte. Für nicht Techniker stellt sich die Frage, wie stelle ich denn die Leerlaufspannung fest? Ist das dann einfach die Spannung, die Nachts an den Strings anliegt?

Dann wäre das bei mir:
Leerlaufspannung / (15 *3) = Toleranz?

Momentan weichen die Strings im Mittel übrigens 14V voneinander ab.

[Benjamin Jobst]

Die Leerlaufspannung beschreibt die Spannung, die ein Modul oder ein String ohne Leistungsabnahme liefert. Sie ist abhängig von der Einstrahlung, allerdings deutlich schwächer als der Kurzschlussstrom.
Die Nenn-Leerlaufspannung kannst du aus dem Datenblatt deines Moduls herauslesen. Zum Messen braucht man ein geeignetes Messgerät und misst dann den abgesteckten String.
Je nach Wechselrichter kann man auch etwas tricksen und den WR bei gutem Wetter kurz ausschalten, dann wird auch die aktuelle Leerlaufspannung des jeweiligen MPPs angezeigt.

[Benjamin Jobst]

Hi,
in der Praxis fallen solche Fehler häufig gar nicht auf. Das liegt daran, dass sich ein so eindeutiges Bild wie von dir oben gepostet nur selten zeigt bzw. man genau in dieser Situation vielleicht nicht drauf schaut.
Bei den üblichen Messungen im Rahmen der Wartung bei gewerblichen Anlagen kann man so etwas mit etwas Glück anhand unterschiedlicher Stringspannungen erkennen - aber häufig weichen die Strings alleine aufgrund von Verschattung oder Wolken sowieso von einer Messung zur anderen schon voneinander ab.
Am besten kann man so etwas wohl tatsächlich mit IR-Bildern erkennen - die werden mittlerweile immer häufiger im Rahmen der regulären Wartung auch durchgeführt.

Bei Großanlagen kann man in der Anlagenüberwachung anhand der Vergleiche identischer Strings (Ertrag, Strom, Spannung) so etwas durchaus sehen, allerdings werden häufig mindestens 2 Strings parallel verschalten, sodass man den Defekt an einem Modul so auch kaum sehen kann. Und wenn man ehrlich ist, stellt sich bei einer 100 kWp-Anlage schon die Frage, ob man für ca. 100 - 150W Ausfall einen großen Aufwand betreiben will. Rein wirtschaftlich amortisiert sich der Austausch eines solchen Moduls über die Lebensdauer der Anlage meistens gar nicht. Dann stellt sich eher die Frage des Gefahrenpotenzials, z.B. durch Hotspot im Modul oder der Diode in der Anschlussdose.

Im privaten Bereich sieht die Sache wieder anders aus, hier geht es nicht nur um die Wirtschaftlichkeit, außerdem stehen die 150W ja in ganz anderem Verhältnis zur Gesamtleistung. Wenn man wie du hier zwei identische Strings hat, kann man einen direkten Vergleich von Spannung, Leistung und Strom anstellen, um verschiedene Fehlerbilder zu erkennen.Wenn ein String vom anderen abweicht, scheint es ein Problem zu geben.
Sobald aber unterschiedliche Stringlängen da sind oder sogar Verschattung ins Spiel kommt (bei mir der Kamin mittem im Dach), muss man den Vergleich weiter differenzieren, z.B. auf die Spannung oder die Leistung je Modul herunterrechnen, vergleichen, ob die Anlage in einem gewissen Zeitraum in diesen Parametern gleiche Werte bringt etc.

[crasythom]

Vielen Dank. Jetzt weiß ich wenigstens schon mal, dass ich nicht auf dem Holzweg bin, wenn ich die Spannung der Strings im Auge behalte. Die Nenn-Leerlauf-Spannung meiner Module (Solarfabrik Mono S2 - Halfcut) habe ich auch im Datenblatt gefunden. Die beträgt 40,94 V.
Ich würde die Toleranz dann erstmal mit dieser Nennleistung einstellen und 13,64 oder 14V Differenz als Toleranz sehen.

Welche Fehlerbilder würde ich denn mit dem Vergleich des Stroms (A) oder der Leistung (W) sehen? Kann man da noch andere Fehlerbilder erkennen?