Solaranlage prüfen: So laufen PV-Anlagen sicher und wirtschaftlich

Photovoltaikanlagen sind elektrische Anlagen im Sinne der DIN VDE 0100. Hierzu zählen alle elektrischen Komponenten der PV-Anlage als Betriebsmittel speziell der DIN VDE 0100-712 und 0100-600. Nicht zu vergessen sind die Anforderungen nach VDE 0105-100 0126-23 (DIN EN 62446) die die wiederkehrende Prüfung vorschreibt, bei der die allgemein anerkannten Regeln der Technik zu berücksichtigen sind - in der zum Zeitpunkt der Errichtung der elektrischen Anlage gültigen Fassung. Die im Detail anzuwendenden Normen sind von der verantwortlichen Elektrofachkraft zu bewerten und umzusetzen.

Solaranlage prüfen: Sicherheit und Wirtschaftlichkeit gewährleisten

Durch diese verpflichtenden Überprüfung der Photovoltaikanlage werden fundierte Fakten der Qualitätssicherung geschaffen, die in erster Linie den sicheren Betrieb der Anlage gewährleisten, aber auch den wirtschaftlichen Betrieb sicherstellen sollen. Somit können gezielt betroffene Betriebsmittel wie fehlerhafte Solarmodule, Wechselrichter, erhöhte Übergangswiderstände durch lose Klemmen oder Verbindungsmittel sowie optisch nicht erkennbare Degradationsmechanismen rechtzeitig erkannt werden. Dadurch lassen sich im Vorfeld beschädigte Komponenten finden, um die Instandsetzungskosten bei der Wartung so gering wie möglich zu halten.

Diese vorgeschriebene und kontinuierliche Prüfung einer Solaranlage wird leider nicht immer durchgeführt. Bei fehlerhaften Anlagenteilen sollten die möglichen Fehler mit der verantwortlichen Elektrofachkraft vorab eingegrenzt und die genaue Herangehensweise besprochen werden. Dies betrifft nicht nur große Dach und Freiflächenanlagen, sondern gilt genauso auch für kleine bis mittlere Aufdachanlagen. Die Überprüfung beginnt immer mit dem Besichtigen der Anlagenteile auf dem Dach bzw. auf der Freifläche und anschließendem Erproben und Messen. Die Tests sind sowohl für alle Wechsel-, als auch Gleichstromkreise der PV-Anlage durchzuführen und haben nach den normativen Anforderungen zu erfolgen.

Welche Punkte sind aber nun wichtig, wenn Sie eine Solaranlage prüfen wollen?

PV-Anlage: Durchgangsprüfung

Sehr häufig unterschätzt und vernachlässigt wird zum Beispiel die Durchgangsprüfung der PV-Anlage auf dem Dach oder in der Freifläche. Dies gilt nicht nur für die Erdungs- und Potenzialausgleichsverbindungen in der elektrischen Anlage, sondern umfasst auch Schalter, Sicherungen, elektrische Verbindungen, Leiter und andere Bauteile. Die Bewertung des Widerstands gibt unter anderem Hinweise darauf, mit welchem Spannungsabfall zu rechnen ist. Eine ordnungsgemäße Erdung von Systemen einer Photovoltaikanlage reduziert das Risiko eines elektrischen Schlags für das Personal und die Auswirkungen von direkten oder indirekten Überspannungen.

Auch der Isolationswiderstand elektrischer Betriebsmittel ist essentiell für den Personen- und Anlagenschutz bei Installationen mit Photovoltaik. Hier können sehr gut Rückschlüsse auf den elektrischen Zustand aller Anlagenteile gezogen werden. Jedoch unterliegt der Isolationswiderstand immer einer natürlichen Alterung, aber auch Feuchtigkeit, Staub, Montagefehler, Verbiss durch Nager etc. können einen wesentlichen Einfluss auf die Isolationsfestigkeit von Solaranlagen haben.

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Diskrepanzen bei Sicherheitsgrenzwerten

Oft sind bei den Wiederholungsprüfungen Diskrepanzen bei den angelegten Sicherheitsgrenzwerten (0,25 MΩ, 1 MΩ, 2 MΩ) zu sehen, denn diese Werte beschreiben lediglich den Zustand. In der Praxis sollten höhere Werte erreicht werden. Zum Beispiel im Außenbereich müssen die Isolationswerte auch bei unterschiedlichen Wettereinflüssen z.B. Hitze und Feuchtigkeit eine ausreichende Isolationsfestigkeit aufweisen. Hier ist oft die Erfahrung der Elektrofachkraft gefragt, denn diese muss bei einer Prüfung final abwägen und entscheiden, ob der Weiterbetrieb einer Solaranlage erfolgen kann.

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Kennlinien-Messung im Feld

Eine weitere Maßnahme für Qualitätsuntersuchungen der Module im installierten Zustand und zur Bestimmung der Leistung (bezogen auf STC-Werte zur Überprüfung der Einhaltung herstellerseitiger Leistungsgarantien) ist die Kennlinien-Messung im Feld. Neben den grundlegenden Werten von Strom, Spannung und Leistung können hier weitere Parameter der Solarmodule von Anlagen gemessen beziehungsweise berechnet werden und es lassen sich besser Fehler oder Mängel finden.

Beispielsweise bei Messungen auf Strangebene gibt der Serienwiderstand Aufschluss über Fehler in der Verkabelung oder den Steckverbindern der Module innerhalb der Solaranlage. Der Parallelwiderstand erlaubt Rückschlüsse auf den Füllfaktor also die Qualität. Die Messung auf Modulebene des internen Serienwiderstandes ermöglicht eine Überprüfung der Zellkontaktierungen, Stecker und Leitungen. Dies kann jedoch nur als Indikator dienen, da in den allermeisten Garantie- oder Gewährleistungsfällen Leistungsmessungen auf Ebene der Module gefordert werden. Diese müssen unter Laborbedingungen oder im besten Fall von einem akkreditierten Labor durchgeführt werden müssen.

Es müssen im Feld eine Reihe von Voraussetzungen erfüllt sein, um überhaupt die für einen Garantiefall vom Hersteller geforderte Genauigkeit zu erreichen. Mit geeigneten Messgeräten können meist Kombimessungen erfolgen, bei denen die Leerlaufspannung, Polarität und Kurzschlussstrom innerhalb der Solaranlagen nachgewiesen werden können.

Drohne plus Thermografie zur Überprüfung der Photovoltaik

Um sich möglichst schnell und großflächig einen Überblick über die Photovoltaikanlage zu verschaffen, sind Drohnen und Thermografie eine hilfreiche Maßnahme. So wird die Photovoltaikanlage oft mittels einer Drohne abgeflogen, an der eine Thermografiekamera befestigt ist. Mit den durch die Thermografie sichtbar gemachten heißen Stellen können auffällige Anlagenteile der Photovoltaik vorab bewertet und anschließend gezielter untersucht werden. Diese Inspektion der PV-Anlage durch Thermografie beinhaltet die Überprüfung folgender Bestandteile:

• elektrische Leitungen
• Verteilungen
• Sicherungen
• Schalter
• Wechselrichter
• Transformatorstationen
• Stecker und elektrische Verbindungen

Mit dieser sicheren Überprüfung elektrischer Anlagenteile durch eine Drohne und mit Thermografie können recht schnell Fehler innerhalb der Photovoltaik aufgedeckt und mögliche Ursachen wie lose Kontaktstellen oder Überspannungsschäden festgestellt werden. Somit trägt diese Prüfung maßgeblich zum Brandschutz der elektrischen Anlage bei, die Verfügbarkeit der Stromerzeugung der Solaranlage wird sichergestellt und die Qualität der Solarmodule überprüft. Wir reden hier über eine Messtechnik, die mit vergleichsweise geringem Aufwand bereits viel Nutzen bringt und im laufenden Betrieb der Anlage eingesetzt werden kann.

Elektrolumineszenz-Prüfung wird Standard

Auch die Elektrolumineszenz (EL-)Prüfung der Solarmodule entwickelt sich im Feld bei Inbetriebnahmen sowie der Überprüfung von Bestandsanlagen immer mehr zum Qualitätsstandard. Durch Rückbestromung der Module emittiert für das Auge unsichtbare Elektrolumineszenzstrahlung, welche von einer hochsensitiven Kamera detektiert werden kann. Ist hier eine Verbindung zum Zellbereich verschlechtert oder ganz unterbrochen wird ein geringer Strom eingebracht und das EL-Bild zeigt dunkle Bereiche. Mechanisch beschädigte Zellen - sogenannte Microcracks - sind einer der am häufigsten auftretenden Defekte in Bestandsanlagen, die durch unterschiedliche Ursachen hervorgerufen werden können. Jedoch kann mit dem Verfahren nicht direkt auf die Leistungsfähigkeit der Module geschlossen werden.

Diese kamerabasierten Prüfverfahren sind ein praktikabler Ansatz, um Produktionsfehler oder Defekte durch Sturm, Hagel, Transport und Montage in den Solarmodulen der Anlage schnell und kostengünstig zu identifizieren, die bei einer gewöhnlichen STC Messung oder thermografischen Inspektion nicht erkannt worden wären.

Fazit: Viele Möglichkeiten zum Prüfen von Solaranlagen

Diese Beispiele zeigen, dass Solaranlagen komplexe technische Installationen sind und eine breite Palette von unterschiedlichsten elektrischen Betriebsmitteln haben. Eine normgerechte Installation und wiederkehrende Prüfung der Anlage sollte Standard sein. Nach unseren Erfahrungen ist dies leider oft nicht der Fall und es wird unter anderem aus Kostengründen auf diese essentiellen Überprüfungen der Photovoltaik verzichtet. Durch eine detaillierte Anlagenrevision und messtechnische Überprüfung mit oben aufgeführten Messmethoden, ergibt sich oft ein großes Potenzial zur Optimierung einer Photovoltaikanlage.

In diesem Zuge sollten auch etwaige Gewährleistungs- und Garantieansprüche geprüft und verifiziert werden. Darüber hinaus kann sich ein zusätzliches Repowering-Potenzial zur Erweiterung der Bestandsanlage ergeben.

Falko Krause ist Mitbegründer und CTO der GME clean power AG. Als TÜV zertifizierter Gutachter ist er national und international in der technischen Beratung, Anlagenplanung und Qualitätsbewertung tätig. Schwerpunkte der GME clean power AG sind die Optimierung von Bestandsanlagen (Revamping & Repowering) und Entwicklung von ökologisch und ökonomisch sinnvollen Photovoltaikprojekten.

Martin Schachinger ist studierter Elektroingenieur und seit über 20 Jahren im Bereich Photovoltaik und Regenerative Energien aktiv. 2004 machte er sich selbständig und gründete die international bekannte Online-Handelsplattform pvXchange.com, über die Großhändler, Installateure und Servicefirmen neben Standardkomponenten auch Solarmodule und Wechselrichter beziehen können, welche nicht mehr her­gestellt werden, aber für die Instandsetzung defekter Photovoltaikanlagen dringend benötigt werden.