Normentwurf zur PV-Thermografie

In den letzten Jahren ist die Nachfrage nach Thermografie schnell gewachsen und damit ebenso die Anzahl der Anbieter. Da noch keine Richtlinien zur PV-Thermografie existieren, weisen die Überprüfungen ein sehr unterschiedliches Niveau auf.

Beispielsweise sind in der Vergangenheit bei Modulherstellern aufgrund von Thermografieaufnahmen Reklamationen eingegangen, die sich im Nachhinein als unbegründet erwiesen haben. Wenn eine erhöhte Temperatur gemessen wurde, lag das auch schon mal nicht an einem Modulfehler, sondern an einer Wolkenreflexion (siehe Aufnahme). Es gab natürlich auch den umgekehrten Fall. Modulhersteller sind bemüht, Reklamationsansprüche abzuweisen, sofern keine stichhaltigen Beweise dafür vorgelegt werden können. Wenn aber eine qualifizierte Person eine Aufnahme mit Angabe der nötigen Parameter erarbeitet hat, so wie es in einer Norm festgelegt werden kann, so hat dies mehr Glaubwürdigkeit.

Konsens ist wichtig

Wir von der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS) wollten dazu beitragen, die Untersuchungen vergleichbar zu machen und eine einheitliche Bewertung der thermischen Auffälligkeiten zu erreichen. Dazu haben wir zusammen mit der heutigen Hawe Engineering (früher ein Teil der Solarschmiede) Anfang 2013 ein zweijähriges Projekt im Rahmen des INS Förderprogramms („Innovation mit Normen und Standards“) begonnen, finanziert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, um die zu regelnden Kriterien zu spezifizieren. Die Festlegungen müssen im Konsens mit den Beteiligten getroffen werden, um einen Normenentwurf zu erarbeiten. Geregelt werden müssen zum Beispiel die Anforderungen an die Personalqualifikation, an die Messsysteme, an Umgebungsparameter, an die Durchführung der Prüfung und an die Dokumentation.

Interessen nicht immer gleich

Dabei divergieren, wie bei solchen Verfahren üblich, an einzelnen Punkten die Interessen. In solch einen Prozess müssen nicht nur PV-Prüfinstitute, Gutachter, Thermografie-Dienstleister und Modulhersteller eingebunden werden, die sich direkt damit beschäftigen und bei denen im Fall der Modulhersteller eventuell auch Gewährleistungsansprüche dranhängen. Auch die Mitglieder des Thermografieverbands (VATh) haben mitgewirkt. Zeitgleich haben sie in ihre Richtlinie zur Elektro-Niederspannung die PV-Thermografie aufgenommen.

Unterschiedliche Interessen zeigen sich zum Beispiel bei den Anforderungen an die Personalqualifikation: Einerseits wird eine hohe Qualifikation angestrebt, damit thermische Auffälligkeiten korrekt aufgespürt und bewertet werden, andererseits hat ein Installationsbetrieb gerade in der momentanen Marktsituation oft nicht die Möglichkeit oder den Willen, einen Mitarbeiter zu einer Weiterbildung mit Zertifizierung der Stufe 2 nach DIN EN ISO 9712 oder vergleichbar zu schicken, die einen erheblichen zeitlichen und finanziellen Aufwand bedeutet. Für diese Problematik gab es eine Lösung. Nach dem Normenentwurf, der bald vorliegen wird, werden zwei verschiedene Qualitätsstufen der thermografischen Überprüfung etabliert. Es wird dort zum einen eine vereinfachte Inbetriebnahmeprüfung geben, die nur die einwandfreie Funktion der PV-Module testet. Zum anderen wird eine Untersuchung der Gesamtanlage mit höheren Anforderungen an die Personalqualifikation definiert. Außerdem wurde eine Matrix mit Auffälligkeiten und Handlungsempfehlungen in den Entwurf aufgenommen, um weniger erfahrenes Personal bei Inbetriebnahmeprüfungen zu unterstützen.

Weniger Divergenzen gab es bei den Anforderungen an die Kamerasysteme. Wichtig ist eine Definition der geometrischen Auflösung, die den variierenden Abstand zwischen Kamera und Prüfobjekt einbezieht. Dies wurde erreicht durch die Anforderung von fünf mal fünf Pixeln je Sechs-Zoll-Standardsolarzelle. Dies soll sicherstellen, dass auch bei erwärmten Teilbereichen einer Zelle, wie sie bei Lötfehlern häufig auftreten, der Fehler nicht durch die optische Mittelung bei zu geringer Pixelanzahl unerkannt bleibt.

Auch für die beeinflussenden Umgebungsparameter wie Einstrahlung, Wind und Bewölkungsgrad wurden einvernehmlich Grenzwerte definiert. Die Einstrahlung bestimmt den Stromfluss und somit die detektierbaren Differenztemperaturen.

Das Dilemma bei der Festlegung war, dass einige Auffälligkeiten, zum Beispiel ein Ausfall von Substrings, schon bei einer geringen Einstrahlung leicht zu detektieren sind, wohingegen sich manche Fehler in Dünnschichtmodulen auch bei hohen Einstrahlungen nur schwer beurteilen lassen. Hohe Windstärken erschweren die Interpretation von Thermogrammen. Konvektive Kühlung an den dem Wind zugewandten Modulen führt zu Temperaturinhomogenität, die Auffälligkeiten überlagern kann. Bei der Windstärke waren die Beteiligten einig, dass erfahrungsgemäß Störeinflüsse unter einer Windstärke von drei Beaufort zu vernachlässigen sind. Ab sechs Beaufort sind Arbeitsbühnen und Drohnen aber nur noch eingeschränkt zu betreiben.

Auch bei der Festlegung des Bedeckungsgrades, bis zu dem eine Messung entsprechend der Standardisierung erlaubt sein soll, herrschte relativ große Einigkeit. Ein hoher Bedeckungsgrad, speziell durch Kumuluswolken, beeinträchtigt durch störende Reflexionen auf den Modulen und Einstrahlungswechseln ebenfalls die Messungen. Bei Bedeckungsgraden bis 1/8 findet keine signifikante Beeinträchtigung statt. Ab einer Bedeckung von 3/8 kann der Zeitaufwand durch Einstrahlungswechsel und Wartezeiten bis zur Stabilisierung erheblich ansteigen.

Kontrovers verlief die Diskussion von Grenztemperaturen. Sie bestimmen beispielsweise, ab welcher Temperaturdifferenz zwischen auffälligen und intakten Bauteilen eine Anlage außer Betrieb gesetzt werden muss, um die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Es gibt dazu unterschiedliche Erfahrungen, aber wenig gesicherte Erkenntnis. Insofern ist der momentane Entwurf ein Kompromiss, der in Zukunft auf Grundlage neuer, belastbarer Erkenntnisse verfeinert werden soll.

Weiteres Vorgehen

Damit kontinuierlich Erfahrungen weiterverwertet und die Messungen kontinuierlich verbessert werden können, wurde im Projektverlauf ein DKE-Arbeitskreis (AK 373.030) gegründet, der sich langfristig mit der PV-Thermografie auseinandersetzen wird. Der erste Normenentwurf wurde im Januar 2015 an das zuständige Komitee des DKE (K 373) geleitet.

Die Beteiligten wollen die hier im Konsens gefundenen Inhalte auch in die internationale Normungsarbeit einfließen lassen. Ein beim zuständigen IEC-Gremium (TC82) eingereichter Entwurf, der auf Indoor-Untersuchungen von Modulen fokussiert ist, soll mit diesem Entwurf, der auf Outdoor-Analysen beruht, ergänzt werden.

Eva Schubert arbeitet als Technikerin bei der DGS Berlin Brandenburg. In ihrer Freizeit organisiert und koordiniert sie für den Verein Karen e. V. nachhaltige Projekte zur Wasserversorung im Hochland von Bolivien.