Die Photovoltaik eignet sich aus verschiedenen Gründen hervorragend für die Analyse durch Thermographie: Sie arbeitet mit hohen Gleichströmen. Pro Strang erreichen die Ströme rund 8 A, in Sammelkabeln ein Mehrfaches davon. Dadurch kann es leicht zu Überhitzungen in Übergangswiderständen kommen, die gefährlich sind. Gefährdete Stellen sind:

• Modulstecker
• Anschlussdose der Module
• Klemmenkasten, insbesondere Sicherungen und Anschlussklemmen
• Interne Lötstellen innerhalb der Module

Doch die Überhitzungen sind tückisch:

• Mit Gleichstrom gibt es keinen „Nulldurchgang“, somit kein eigenständiges Erlöschen eines Lichtbogens.
• Der Schaden kann nicht mit blossem Auge erkannt werden.
• Je nach Einbausituation kann eine Überhitzung erhebliche Folgeschäden nach sich ziehen.

Mit Hilfe der Thermographie können Fehler sichtbar gemacht werden und Folgeschäden vermieden werden.

Da Solarzellen sehr empfindlich auf ein sogenanntes „Mismatch“, d. h. unterschiedliche elektrische Eigenschaften von Zellen in einer Zellenreihe, reagieren, können diese Fehlerquellen besonders gut mittels Thermographieanalyse identifiziert werden. Sobald mehr Strom durch die Zelle fliesst, als sie produzieren kann, erwärmt sie sich. Beispiele für solche Fälle:

• Zelldefekte
• Zelle mit geringer Leistungsfähigkeit
• Teilbeschattung, zum Beispiel durch Stangen, Bewuchs, Verschmutzung
• Reduzierte Zellleistung durch Potentialinduzierte Degradation (PID)

Eine nochmals andere Temperaturauffälligkeit tritt bei Modulen auf, die teilweise oder ganz ausser Betrieb sind. Die Ursache davon sind oftmals defekte Bypassdioden. Da durch die Stromerzeugung ein Teil der eingestrahlten Energie in Form von Strom abgeführt wird, verraten sich nicht funktionierende Teile durch eine höhere Temperatur.

Ein Spezialfall sind Kurzschlussströme in Strängen. Diese können durch Montagefehler verursacht werden, aber auch durch defekte Komponenten. Diese Fehler bergen zwar kein Sicherheitsrisiko, führen jedoch zu Ertragsausfall.

Aussagekräftige Thermographieanalysen brauchen Know-how
Die Thermographiegeräte werden zwar immer kostengünstiger und daher auch erschwinglich für Laien/Nichtfachleute, die Analyse erfordert aber ein grosses Know-how. Folgende Fälle können zu falschen Interpretationen führen:

•  Ein Solarkraftwerk besteht aus den verschiedensten Materialien, somit unterscheiden sich auch die Emissionsgrade. Die Bilder zeigen oft nicht die korrekten Temperaturen.
• Glas spiegelt Wärmestrahlung. Oft wird mit dem Thermographiegerät etwas anderes aufgenommen, als angenommen wird. Beispiele sind das eigene Spiegelbild (Wärme!) oder der Reflex der Sonne oder Wolken.
• Da am besten im rechten Winkel zur Oberfläche aufgenommen wird, wird die Messung durch die Aufnahme beeinflusst. Der Schattenwurf unterbricht den Stromfluss und reduziert allfällige Hotspots.
• Die Globalstrahlung muss, will man technisch korrekte und juristisch verbindliche Resultate erhalten, auf Modulebene grösser als 700 W/m² sein. Diese Forderung ist oft gar nicht so einfach einzuhalten.
• Sehr oft ist eine Aufnahme gar nicht möglich, so zum Beispiel auf Schrägdachanlagen.

Das Thermographieren sollte deshalb mit Sorgfalt und mit Wissen um die Fehlerquellen ausgeführt werden. Um aussagekräftige Aufnahmen zu erzielen, ist nicht die absolute Temperatur relevant, sondern nur die Differenz zur Umgebung. Bereits ab 1 K Differenz sind die Unterschiede gut sichtbar.

Neue Methoden in der Thermographie
Die rasche Entwicklung von Drohnen hat die Thermographie aus der Luft möglich gemacht. Die ersten kommerziellen Einsätze haben gezeigt, dass dieses Hilfsmittel ausserordentlich effizient ist. Grosse Anlagen können schnell überprüft werden, Fehler werden innert kürzester Zeit aufgedeckt. Zudem können Anlagen geprüft werden, die wegen schlechter Zugänglichkeit sonst thermographisch nicht kontrolliert werden können.
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Wie funktionieren Infrarot-Temperaturmessung?
Auf der Suche nach neuen optischen Materialien entdeckte William Herschel im Jahre 1800 durch Zufall die Infrarotstrahlung: Jeder Körper sendet eine bestimmte Menge infraroter Strahlung aus. Sinkt oder steigt die Temperatur, sinkt oder erhöht sich die Intensität der Strahlung.

Das Phänomen tritt im infraroten Wellenlängenbereich auf. Die Intensität der emittierten Strahlung ist jedoch materialabhängig. Die materialabhängige Konstante wird als Emissionsgrad (Epsilon) bezeichnet und ist für die meisten Stoffe bekannt. Das besondere an den Infrarot-Thermometern ist, dass das Objekt für die Messung nicht berührt werden muss. So lässt sich die Temperatur schwer zugänglicher oder sich bewegender Objekte ohne Schwierigkeiten bestimmen.
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©Text: Robert Kröni, Geschäftsführer Jendra Power AG, TÜV-zertifizierter Sachverständiger für Photovoltaik