Photovoltaik-Anlage Fehler finden

PV-Anlage liefert keinen Strom mehr – so finden Sie den Fehler!

Selbst bei der bewährtesten Technik können Betriebsstörungen oder Fehlfunktionen auftreten. Bei Photovoltaikanlagen führen diese zu Mindererträgen, die bis auf null heruntergehen können. Dass dies weniger Einnahmen bei der Einspeisevergütung und geringere Strommengen zum Eigenverbrauch bedeuten kann, liegt auf der Hand. Wir erklären Schritt für Schritt, wie bei der Fehlersuche vorzugehen ist. Um das Ausmaß von Störungen und Mängeln einschätzen zu können, hilft es, die wichtigsten technischen Probleme einer PV-Anlage zu kennen.

Häufige technische Fehler und Betriebsstörungen bei Solarstromanlagen

Eine Solaranlage setzt sich aus vielen Komponenten und Bauteilen zusammen. Wen wundert es da, wenn der Betrieb hin und wieder gestört ist bzw. ein Element irgendwann einen Defekt aufweist? Es folgen die häufigsten Probleme, die bei der Technik von PV-Anlagen auftreten.

Betriebsstörungen kommen bei Wechselrichtern einfach vor. Das Gerät reagiert höchst sensibel auf äußere Einflüsse wie Temperaturveränderungen (insbesondere Hitze), Staub und Feuchtigkeit. Weitere Gründe für Störungen können Spannungs- oder Stromschwankungen innerhalb des eigenen Haushalts oder von außerhalb sein. Fehlerhafte Wechselrichter „stellen sich tot“, schalten zu spät ein, zu früh ab oder speisen zu wenig in das häusliche und/oder öffentliche Stromnetz ein.

Häufiger als gedacht wird beim Installieren der Photovoltaik-Anlage versehentlich ein Modul nicht angeschlossen. Dann fallen Leistungsunterschiede zwischen Strings mit gleich vielen Modulen schnell auf. Treten die unterschiedlichen Leistungen bei sonst gleichen Voraussetzungen (Ausrichtung, Neigung, Verschattung) erst später auf, sollten Sie einen Solarteur rufen, der sich auf Fehlersuche begibt.

Dass der Wirkungsgrad der Solarmodule im Laufe ihrer Lebensdauer etwas nachlässt, ist normal. Tritt die sogenannte Degradation schon nach kurzer Betriebszeit ein, ist aber etwas nicht in Ordnung. Im besten Falle sind die Module einfach nur verschmutzt. Bei kristallinen Modulen sollte der Alterungsprozess erst nach Jahren feststellbar sein, bei Dünnschichtmodulen kann das schon früher passieren.

Auf einen Stromausfall reagieren die Wechselrichter unmittelbar: Sie gehen in Störungsmodus und unterbrechen die Einspeisung ins Stromnetz. Nur so wird gewährleistet, dass eine vollständige Spannungsfreiheit im Netz herrscht, falls zum Beispiel Reparaturen daran nötig sind.

Zeigt ein Solarmodul einen bräunlichen Fleck, handelt es sich um einen sogenannten Hot Spot (zu Deutsch: heißer Fleck). Er entsteht bei in Reihe geschalteten Solarzellen infolge einer scharf begrenzten Teilabschattung.

Werden Solarmodule nicht vorschriftsmäßig mit Spalten zur Ausdehnung, sondern „verspannt“ montiert, kann es zu Rissen und Brüchen im Glas kommen. Auch Hagel und Blitz können das Glas bersten lassen. Bei Dünnschichtmodulen passiert das im ersten Jahr sogar recht häufig.

Hintergrundwissen bei der Fehlersuche

Eine Photovoltaik-Anlage erzeugt Strom aus direkter und indirekter Solarstrahlung. Nachts ist das anders: Da kein Sonnenstrahl vom Himmel kommt, kann die Anlage systemgemäß nichts produzieren und demnach auch nichts einspeisen. Modulwechselrichter, die von der Solaranlage Betriebsstrom erhalten, sind nachts außer Betrieb. Gleiches gilt für strahlungsarme Phasen am Tage: Früh am Morgen, spät am Abend oder bei einem Unwetter produzieren die Solarmodule zwar ein wenig Strom, dieser ist aber so gering, dass der Wechselrichter ihn nicht registriert. Der Grund: Ein Wechselrichter braucht eine Mindestspannung, um einspeisen zu können.

Was im Folgenden „Zähler“ genannt wird, meint immer den Ertragszähler. Die verschiedenen Stromzähler auseinanderzuhalten, ist nicht ganz einfach. In Kürze lässt sich dazu sagen: Der Wechselrichter speist den aus Gleichstrom erzeugten Wechselstrom in den Ertragszähler, auch PV-Zähler, ein. Er zählt also die gesamte produzierte Strommenge, den Ertrag. Erst danach erfolgt die Umleitung des Stroms, a) ins Hausnetz, b) ins Stromnetz. Letzteres misst der Einspeisezähler. Sein Kompagnon ist der Bezugszähler, der den vom Netzbetreiber bezogenen Strom erfasst. Die letzten beiden Stromzähler spielen in diesem Beitrag keine Rolle.

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PV-Anlage funktioniert nicht richtig: 3 mögliche Anzeichen

Die Störungen und Fehler, die beim Betrieb einer Photovoltaik-Anlage zutage treten können, lassen sich wie folgt unterscheiden:

1. Keine Einspeisung: Die Einspeisung ist gänzlich ausgesetzt.
2. Zu geringe Einspeisung: Die Einspeiseleistung liegt unter den Erwartungen oder unter der Einspeisemenge vergleichbarer Anlagen in der Nähe.
3. Nachlassende Einspeisung: Die Einspeiseleistung ist zunächst erwartungsgemäß, lässt dann jedoch schnell nach.

Nun machen wir uns Schritt für Schritt auf die Suche nach den Ursachen dieser Fehler.

Anzeichen Nr. 1: Keine Einspeisung

Die Situation: Es ist weder Nacht, noch zieht ein Gewitter übers Haus – und dennoch speist die Photovoltaik-Anlage nicht ein. Die Fehlersuche gestaltet sich etwas schwierig, weil mehrere Ursachen in Betracht kommen. Der Fehler kann sich auf dreierlei Arten bemerkbar machen:

1. Zähler reglos, Wechselrichter ohne Modulspannung und Einspeiseleistung (Wechselrichter aus, LEDs leuchten nicht)?

Prüfen Sie, ob

• der Hauptschalter gleichstromseitig aus oder kaputt ist.
• die Sicherungen der Modulstrings in Ordnung sind.
• es einen Anlagen-Kurzschluss über Überspannungsableiter gab.
• die Module korrekt verbunden oder defekt sind oder es einen Kurzschluss gab.
• die Gleichstromleitungen korrekt am Wechselrichter angeschlossen sind.

2. Zähler reglos, Wechselrichter ohne Modulspannung, Gleichstromzuleitung mit Spannung?

Prüfen Sie, ob

• die Spannung wegen zu geringer Einstrahlung zu niedrig ist.
• der Wechselrichter kaputt ist.

3. Zähler reglos, Wechselrichter mit Moduleingangsspannung, aber ohne Einspeiseleistung?

Prüfen Sie, ob

• es einen externen Stromausfall gab (siehe oben).
• der FI-Schutzschalter ausgelöst hat (bei Gewitter normal). Löst er wiederholt oder laufend aus, ist der Schalter zu empfindlich. Oder der Wechselrichter liefert „fehlerhaften“ Strom.
• die Netzsicherungen zwischen Wechselrichter und Netz ausgelöst haben. Mehrmaliges aufeinanderfolgendes Auslösen weist auf fehlerhafte Installation oder Probleme mit dem Wechselrichter hin, vorausgesetzt, die Sicherungen sind nicht zu schwach.
• modulseitig Fehler auftreten. Bei Generatorproblemen unterbricht der Wechselrichter die Einspeisung und meldet diesen Fehler. Trennen Sie einzelne Strings vom Wechselrichter und prüfen Sie, ob die Anlage läuft.
• netzseitig Fehler auftreten. Tritt der Fehler nur kurz auf, speist der Wechselrichter danach wieder korrekt ein. Ist der Fehler häufiger, informieren Sie Ihren Solarteur und/oder zuständigen Netzbetreiber!

Anzeichen Nr. 2: Zu geringe Einspeisung

Die Situation: Die Standortbedingungen für die PV-Anlage unterscheiden sich nicht von den Umgebungsbedingungen. Dennoch liefert die Anlage weniger Ertrag pro installiertem kWp als vergleichbare Anlagen in der Nähe.

Prüfen Sie, ob

• Wechselrichter und Module korrekt installiert sind.
• Tageshöchstleistungen über der Nennleistung Ist das an sehr sonnigen Tagen mit 20 bis 30 Prozent der Fall, läuft die Anlage richtig.
• Verschattungen Sind Verschattungen unvermeidbar, können die Strings entsprechend aufgeteilt oder der herkömmliche gegen einen Multistring-Wechselrichter ausgewechselt werden.
• in einem String Module mit unterschiedlichen Bedingungen (Dachneigung, Ausrichtung, Fabrikat, Leistungsstreuung) verbaut sind, was sogenannte Mismatch-Verluste verursacht. Gegebenenfalls String neu aufteilen, mehrere oder Multistring-Wechselrichter benutzen.
• die Kabelquerschnitte AC- und DC-seitig zu gering sind, was teils hohe Verluste einbringt.
• die Strings korrekt verdrahtet wurden.
• die Module die zugesagte (Höchst-)Leistung bringen. Ein Solarteur kann die Peakleistung messen und das Soll einschätzen.
• der Wechselrichter-Standort kühl, trocken und staubfrei ist. Sind Kühlrippen und / oder Ventilator-Austritt sauber und frei? Stehen die Wechselrichter weit genug voneinander und von anderen Gegenständen und der Raumdecke entfernt?
• der Wechselrichter Einspeiseprobleme hat. Anzeichen dafür: häufiges, unbemerktes Abschalten. Lesen Sie Fehlermeldungen regelmäßig ab?

Anzeichen Nr. 3: Nachlassende Einspeisung

Die Situation: Die Einspeiseleistung hat mit der Zeit spürbar nachgelassen. Auch der Vergleich mit vergleichbaren Anlagen (siehe oben) ergibt mittlerweile Jahreserträge, die voneinander abweichen.

Prüfen Sie, ob

• die Stromspitzen bei Höchsteinstrahlung niedriger als früher sind und, ob die maximale Einspeiseleistung bei maximaler Einstrahlung verglichen mit früher sinkt.
• die Module verschmutzt sind oder sich Schnee darauf abgelagert hat.
• neue Verschattungen aufgetreten sind.
• sich Hot Spots gebildet haben wegen neuer Objekte, die einen Teil des Moduls dauerhaft verschatten.
• ein oder mehrere Module schadhaft sind (Sichtkontrolle hinsichtlich Glasbruch, gelöster Modulanschlussdosen).
• die Kabel ok sind (Sichtkontrolle hinsichtlich Marderverbiss, Wetterschäden).
• die Verbindungsklemmen korrekt sitzen und frei von Korrosion sind.
• der Wechselrichter ordnungsgemäß arbeitet. Achten Sie auf saubere Kühlrippen und freie Ventilator-Austrittsöffnungen, ordnungsgemäß realisierte Wärmeabfuhr und darauf, ob der Wechselrichter zugestellt oder abgedeckt ist.
• der Wechselrichter Einspeiseprobleme macht (siehe oben).

Sichtkontrollen decken manche Fehler bereits auf sehr einfache Weise auf. Sie können gegebenenfalls auch mit einem Fernglas von unten durchgeführt werden. Konnte die Sichtkontrolle der Module keine Mängel aufdecken, sind Messungen der nächste Schritt bei der Fehlersuche. Für den Vergleich mit der Ausgangssituation ist es wichtig, dass Sie das Inbetriebnahmeprotokoll zur Hand haben.

Die zu messenden Werte sind:

• Kurzschlussstrom I_SC,
• Leerlaufspannung U_OC
• und Strom I_MPP.

Sie müssen nun alle Strings durchmessen. Falls möglich, sollten Sie auch die Peakleistung mithilfe eines geeigneten Messgeräts ermitteln und mit dem Wert im Inbetriebnahme-Protokoll vergleichen. So kommen Sie einem String mit einem oder mehreren defekten Modulen auf die Spur.

Und so gehen Sie vor:

• Bauen Sie das verdächtigte Modul aus und messen Sie es durch. Prüfen Sie dabei, ob
  • die Bypass-Dioden anstandslos arbeiten.
  • die Moduldose einwandfrei ist.
  • Wasser in die Moduldose eingedrungen ist, was ein Hinweis darauf wäre, dass das Modul verkehrt herum eingebaut wurde.
• Klären Sie, ob die Degradation, also die natürliche Modulalterung, und die damit einhergehende Leistungsminderung im Rahmen sind. Vergleichen Sie dazu die ermittelten String- und Modulmesswerte mit den Kenndaten im Moduldatenblatt.

Teure Detektive: Thermografie, Rückstrom-Thermografie, Elektro-Lumineszenz und Tageslicht-Lumineszenz

Wenn fachgerechte Messungen zu keinem eindeutigen Ergebnis führen, bleibt immer noch ein Ausweg: die Untersuchung der Modulfläche aus der Luft. Gearbeitet wird wie bei der Polizei (was sicherlich viele aus Krimiserien kennen). Man stattet Drohnen mit Wärmebildkameras aus und lässt sie nach dem Gesuchten suchen. Nur dass es hier keine Lebewesen, sondern defekte Module, Stecker, Kabel und Dioden sind.

Die Thermografie macht die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung eines Objektes oder Körpers sichtbar. Vorausgesetzt die Sonne scheint und liefert der Kamera damit genügend Strom. Doch selbst dann birgt das Verfahren einige Probleme: Reflexionen können den Sensor irritieren und Risse im Glas werden nur dann sichtbar, wenn sie sich stärker erhitzen als das sie umgebende Glas. Daher sind für die klassische Thermografie-Messung nur Wärmekameras geeignet, die es schaffen, Temperaturunterschiede von maximal einem Zehntel Grad aufzulösen.

Alternative Methoden sind die

• Rückstromthermografie: Hierbei speist ein externes Netzteil einen definierten Strom in Gegenrichtung zur normalen Fließrichtung in einen ganzen Modulstrang ein. Der größte Vorteil: Es kann nachts gemessen werden, wenn weniger Reflexionen stören.
• Elektrolumineszenz: Lumineszenz sagt bereits aus, dass die Solarmodule bei dieser Methode leuchten. Dazu wird Strom durch sie hindurchgeschickt. Vorteil: Mikrorisse werden erkennbar, allerdings nur bei Dunkelheit. Nachteile: Das Erkennen erfordert viel Erfahrung und die Module müssen zur Untersuchung ausgebaut werden.
• Tageslichtlumineszenz: Dieses 2013 am Solarzentrum Stuttgart entwickelte Modulprüfungsverfahren DaySy funktioniert unabhängig vom Umgebungslicht. Es kombiniert Elektrolumineszenz- und Photolumineszenz-Messungen und entdeckt damit Defekte wie (Mikro-)Risse, gebrochene Zellverbinder, inaktive Zellflächen, elektrische Verluste durch Serienwiderstände, schlechtes Schwachlichtverhalten sowie spannungsinduzierte Degradation.

Aufgrund der hohen Kosten – die Thermographie beispielsweise ist nicht unter 300-400 Euro zu haben – sind die genannten „Detektive“ im privaten Bereich nur in Ausnahmefällen geeignet. Eine solche wäre beispielsweise, wenn mit klassischen Messmethoden keine Ursache für einen stetig sinkenden Stromertrag gefunden werden konnte.

Fazit

Es gibt eine ganze Reihe möglicher Störungen und Fehler, die sich auf den Betrieb und damit auf den Wirkungsgrad und den Ertrag einer PV-Anlage auswirken. Wer seine Anlage im Auge hat und regelmäßig die Fehlermeldungen des Wechselrichters checkt, kommt den Fehler- und Störungsursachen eher auf die Spur und mindert die Schäden. Sollten Sie Zweifel am einwandfreien Anlagenbetrieb hegen und Fehler und Störungen weder eigenständig aufspüren noch ausmerzen können, rufen Sie Ihren Solarteur zur Fehlersuche.

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