Inspektion von Photovoltaikanlagen: das eine heiße Modul unter Zehntausenden finden

Fehler in einem Solarpark lassen sich in drei Familien einteilen: Moduldegradation (Zellrisse, Hotspots, defekte Bypass-Dioden, potenzialinduzierte Degradation (PID), verfärbtes oder delaminiertes Einbettungsmaterial, Glasbruch), elektrische Fehler (offene Strings, überhitzte Steckverbinder und Anschlussdosen, ausgelöste Wechselrichter) und Struktur, Boden und Umgebung (Korrosion, lockere Schrauben, Bewuchs, Erosion).

In Japan verpflichtete die Novelle des Einspeisevergütungssystems (FIT) von 2017 die Anlagenbetreiber zu Wartung und Inspektion gemäß ihrem genehmigten Geschäftsplan. Vernachlässigte Wartung kann die Genehmigung gefährden. Branchenverbände veröffentlichen Checklisten und Leitfäden, und die Inspektion kombiniert üblicherweise Sichtprüfung, elektrische Messungen und Infrarotaufnahmen.

Das Problem ist die Fläche. Anlagen im Kraftwerksmaßstab erstrecken sich über mehrere bis Dutzende Hektar, viele an Hanglagen. Im Hochsommer mit einer Handwärmebildkamera Modul für Modul die Reihen abzugehen ist langsam und birgt ein echtes Hitzschlagrisiko.

Die andere Last ist die Frage, wer die Arbeit macht, und in welchem Maßstab. Große Anlagen haben eigene O&M-Dienstleister, kleine Anlagen sind jedoch weit zahlreicher und bekommen oft wenig Aufmerksamkeit. Japan dehnt Melde- und Sicherheitsprüfpflichten inzwischen auch auf kleinere gewerbliche PV-Anlagen aus.

Solar ist eines der ersten Felder, in denen Drohneninspektion zur Routine wurde. Der Himmel ist offen, GNSS ist zuverlässig, und die Ziele liegen flach in ordentlichen Reihen. Eine Drohne mit Wärmebild- und Tageslichtkamera zusammen fliegt eine automatische Route und erfasst die Anlage in einem Durchgang.

Das Grundmuster ist eine automatische Route im Hin und Her entlang der Reihen. Thermische Aufnahmen brauchen starke Einstrahlung in Modulebene: Eine Übersicht des IEA PVPS empfiehlt Aufnahmen bei mehr als 600 W/m²; ohne sie trennen sich fehlerhafte und gesunde Zellen in der Temperatur nicht. Die Flughöhe wird rückwärts aus der Auflösung bestimmt, die nötig ist, um eine einzelne fehlerhafte Zelle im Wärmebild zu erkennen.

Wie Sie eine Aufnahme nach Sonne, Reflexion und Infrarotbedingungen planen, steht in Planung einer thermischen und visuellen Aufnahme nach Sonne und Reflexion (Airffic Flight Institute). Dieselbe Überlegung gilt für Solarfelder.

Solarstandorte sind offen und leicht zu befliegen. Aber die beste Zeit für die Inspektion ist mittags bei starker Sonne – der heißeste Teil des Tages. Fluggerät, Akkus und Menschen glühen gleichermaßen. Und Modulglas ist zudem ein Spiegel für Himmel und Sonne, der Wärmebilder täuschen kann.

• Hitze: Zur Mittagszeit im Hochsommer steigen die Akkutemperaturen, und die Flugzeit kann schrumpfen. Lagern Sie Akkus im Schatten, lassen Sie sie nach dem Laden abkühlen und wechseln Sie Ersatzakkus durch. Planen Sie auch den Hitzeschutz für das Team. Hitze
• Reflexionen: Die Sonne oder die Drohne selbst, gespiegelt im Glas, kann wie ein Hotspot aussehen. Nehmen Sie möglichst senkrecht zur Modulebene auf und planen Sie Routen, die Sonnenreflexionen vermeiden.
• Wolken und Wind: Vorbeiziehende Wolken verändern die Einstrahlung und verwischen Temperaturunterschiede; starker Wind kühlt die Oberfläche und verdeckt den Kontrast. Protokollieren Sie die Bedingungen mit einem Einstrahlungsmessgerät.
• Schwimmende und Dach-PV: Bei schwimmenden Anlagen droht ein gewassertes Fluggerät; auf Dächern sind oft Menschen darunter. Siehe Wasser, Gischt & Feuchtigkeit und Stadtgebiete & Menschen darunter.

Ein einziger Flug liefert Tausende Wärmebilder. Daraus finden Sie thermische Anomalien, klassifizieren sie, identifizieren das genaue Modul und legen die Reparaturpriorität fest. Thermische Muster haben erkennbare Formen: eine heiße Zelle, ein heißer Streifen (Verdacht auf Bypass-Diode), ein ganzes heißes Modul, ein ganzer heißer String. Das Muster weist auf die wahrscheinliche Ursache.

In Japan fallen PV-Anlagen sowohl unter den Electricity Business Act (Einhaltung technischer Normen und eine der Anlagengröße angemessene Sicherheitsorganisation) als auch unter den Renewable Energy Act (Wartung gemäß Geschäftsplan). Ob Drohnen zum Einsatz kommen, entscheidet der Betreiber; die Ergebnisse zu dokumentieren und Fehler zu beheben, liegt in seiner Verantwortung.

International legt IEC TS 62446-3 fest, wie die Infrarotinspektion von PV-Anlagen durchzuführen ist, und ist zur gemeinsamen Sprache für Aufnahmebedingungen und Fehlerklassen geworden. Garantieansprüche verlangen mitunter Berichte in diesem Format.

Flugregeln sind ein eigenes Thema. Die meisten Anlagen liegen außerhalb dicht besiedelter Gebiete, aber der Abstand zu Straßen und Häusern jenseits des Zauns und die Frage, ob Sie automatisch außerhalb der Sichtweite (BVLOS) fliegen, ändern die nötigen Genehmigungen – erst recht bei unbeaufsichtigten Patrouillen aus einer Drohnenstation. Vergleichen Sie Länder in den Vorschriften weltweit.

• Ursache bestätigen: Man sieht, dass ein Modul heiß ist, aber oft nicht, warum. Sichern Sie es mit I-U-Kennlinienmessung oder einer Nahprüfung ab.
• Elektrische Sicherheit: Isolationswiderstandsprüfungen und Arbeiten in Generatoranschlusskästen sind Sache von Elektrofachkräften.
• Feine Zellrisse: Manche Risse zeigen sich in Wärmebildern bei Tag nie. Sie brauchen EL-Aufnahmen oder eine andere Methode.
• Unter den Modulen: Unterkonstruktion und Schrauben unter den Paneelen sind von oben unsichtbar; prüfen Sie sie vom Boden aus.
• Tage mit schwacher Sonne: Bei Bewölkung oder schwacher Wintersonne entsteht schlicht kein thermischer Kontrast. Die Inspektionsfenster sind begrenzt.

In der Ecke eines Hangparks steht eine Drohnenbox. Meldet der Einstrahlungssensor ausreichend starke Sonne, startet die Drohne von selbst, kartiert die Reihen thermisch und kehrt zurück. Bis zum Abend erreicht den O&M-Dienstleister eine Liste reparaturwürdiger Module – Wärmebilder, abgeglichen mit den Ertragsdaten. Nach Starkregen prüft sie auch die Hänge auf Auswaschungen. Das ist das Bild, das unsere Redaktion erwartet.

Niemand geht unter brennender Sonne die Reihen ab. Stattdessen beheben Menschen Fehler in der Reihenfolge des Energieverlusts, wickeln Garantieansprüche ab und planen das Recycling, wenn Module das Ende ihrer Lebensdauer erreichen. Die Inspektion wandelt sich vom Suchen Modul für Modul zur Sorge um das ganze Leben der Anlage.