Bei PV-Arrays können mit zunehmendem Alter viele mögliche Ursachen für mangelhafte Systemleistung vorliegen. Einige Mängel wie verschmutzungsbedingte Verluste oder eine langfristige Degradation der Solarmodule sind zu erwarten. Andere Mängel wiederum können unerwartet auftreten, z. B. ein Ausfall der Bypass-Diode, Risse in den Modulen usw. Da die I-U-Kennlinienschreiber alle Strom- und Spannungspunkte einer PV-Quelle erfassen, können sie die Symptome von Leistungsmängeln in PV-Systemen besonders gut erkennen.
Jedes Datenblatt eines Moduls enthält eine I-U-Modellkennlinie, die alle Strom- und Spannungskombinationen darstellt, mit denen Sie das Modul unter Standardprüfbedingungen (STC, Standard Test Conditions) betreiben oder laden können. Wenn eine gemessene I-U-Kennlinie in ihrer Höhe, Breite oder Form erheblich von der prognostizierten I-U-Kennlinie (die auf der I-U-Modellkennlinie basiert, aber an die tatsächliche Einstrahlungsstärke und die Temperaturbedingungen angepasst wurde) abweicht, dient die Art der Abweichung als Hinweis auf potenzielle Leistungsprobleme. I-U-Kennlinienschreiber wie Fluke Solmetric PVA-1500 sind entscheidend bei der Erkennung dieser Symptome von Leistungsmängeln.
Fluke Solmetric PVA 1500: PV-Analysator- und I-U-Kennlinienschreiber-Kit mit Fluke SolSensor und Zubehör
Sicherheitshinweise zur Fehlersuche bei PV-Systemen
Bei Arbeiten an elektrischen Anlagen ist Sicherheit oberstes Gebot. Der Anwender muss die Konstruktion und Betriebsweise der PV-Anlage genau kennen, die richtigen Messgeräte verwenden und Sicherheitsnormen wie NFPA 70E einhalten. Ein I-U-Kennlinienschreiber wie Fluke Solmetric PVA-1500 kann die Sicherheit im Vergleich zu anderen Prüfmethoden erhöhen, da er Prüfungen ermöglicht, ohne dass die Stromkreise unter Wechselrichterlast stehen müssen.
Grundlegendes Prüfverfahren
Bei PV-Systemen für gewerbliche und Energieversorgungszwecke werden I-U-Kennlinien in der Regel in elektrisch isolierten Anschlusskästen (Combiner Box) gemessen. Wenn beispielsweise durch Überwachung auf Zonenebene oder Thermografie in einem Anschlusskasten mangelhafte Leistung angezeigt wird, kann dieser zur Inspektion markiert werden. Nach erfolgter Isolation können Sichtprüfungen und anschließend I-U-Kennlinienaufzeichnung erfolgen. Quellstromkreise mit mangelhafter Leistung können so erkannt werden. Bei kalibrierten Leistungsmessungen wird ein Einstrahlungssensor in der Ebene des Arrays installiert und ein Temperatursensor an der Rückseite eines Moduls angebracht. Jeder PV-Quellstromkreis wird einzeln geprüft (der Prozess dauert nur 10 bis 15 Sekunden pro Stromkreis), und die Daten werden elektronisch gespeichert.
Normale Kennlinienform und Leistung
Um Leistungsprobleme innerhalb von Anlagen zu identifizieren, benötigen Sie einen Vergleichswert. Bei der Fehlersuche können Sie zum Vergleich Messungen an benachbarten PV-Quellstromkreisen durchführen. Generell dienen jedoch die Typenschilddaten des Moduls als Grundlage für den Vergleich, insbesondere wenn Sie Leistungsvergleiche über einen längeren Zeitraum durchführen.
Vor der Durchführung der I-U-Kennlinienprüfung müssen Sie angeben, welches Modul Sie prüfen und wie viele Module in Reihe oder parallel geschaltet sind. Auf der Grundlage dieser und anderer Eingaben zur Einrichtung berechnet die Software die erwarteten Leistungsmerkmale wie Isc, Imp, Uoc, Ump und Pmp unter Standardprüfbedingungen. Da sich die Bedingungen innerhalb der Anlage immer von den Prüfbedingungen im Werk unterscheiden, verwenden I-U-Kennlinienschreiber mathematische Modelle, um die tatsächliche Einstrahlungsstärke und die Temperaturbedingungen im Feld zu berücksichtigen und eine prognostizierte I-U-Kennlinie sowie einen maximalen Leistungswert für den zu prüfenden PV-Quellstromkreis bzw. das zu prüfende Modul zu erzeugen.
Wenn der PV-Quellstromkreis bzw. das Modul normal funktioniert, hat die I-U-Kennlinie eine normale Form. Darüber hinaus nähert sich die maximale Ausgangsleistung, die der Kennlinienschreiber aus den I-U-Daten berechnet, der prognostizierten maximalen Leistung an. Wir verwenden in diesem Zusammenhang den Leistungsfaktor (PF, Performance Factor), um zu quantifizieren, wie gut eine gemessene I-U-Kennlinie mit einer prognostizierten Kennlinie übereinstimmt. Dieser wird als Prozentsatz angegeben und anhand der gemessenen und prognostizierten Maximalleistung (PMP, Predicted Maximum Power) berechnet. Siehe dazu die Gleichung PF = (gemessene PMP ÷ prognostizierte PMP) x 100. Eine normale Kennlinienform und ein Leistungsfaktor zwischen 90 % und 100 % bedeuten, dass die PV-Stromquelle bzw. das PV-Modul ordnungsgemäß funktionieren und nicht übermäßig verschattet oder verschmutzt sind.