Post on 10-Sep-2020
Fehlerdetektion durch modulgenaues Monitoring
Dr.-Ing. Thilo Kilper
Themenfeldleiter Photovoltaische Systeme
Bereich Energiesysteme & Speicher
13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Köln, 29.11.2016
Fehlerdetektion durch modulgenaues Monitoring
1. Einleitung PV-Monitoring auf Generator/String/Modul-Basis
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
3. Vergleich Fehleranalyse-Möglichkeiten
4. Praxisbeispiele
5. Zusammenfassung
29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 2
1. Einleitung - Generator basiertes PV-Monitoring
3 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
UDC,Gen
IDC,Gen
PV-Generator
= ~
PDC PAC
String basiertes PV-Monitoring
4 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
= ~
= ~
PDC,S1
PDC,S2
UDC,S1
UDC,S2
IDC,S1
IDC,S2
PAC,S1
PAC,S2
String-WR 1
String-WR 2
String 1
String 2
String basiertes PV-Monitoring
5 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
= ~
= ~
PDC,S1
PDC,S2
UDC,S1
UDC,S2
IDC,S1
IDC,S2
PAC,S1
PAC,S2
String-WR 1
String-WR 2
String 1
String 2
= UDC,S1
~ UDC,S2
IDC,S1
IDC,S2
PDC,S1
PDC,S2
Multi-String-WR
PAC
String 1
String 2
© SMA Solar Technology AG
Modulgenaues PV-Monitoring
6 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
UDC,Gen
IDC,Gen
=
~ PDC PAC
UM1,S1
UM2,S1
UMm,S1
UM1,S2 UM1,Sn
IS1 IS2 ISn Auch bei parallel verschalteten Strings muss jeder einzelne String-Strom messtechnisch erfassbar sein!
Modulgenaues PV-Monitoring
7 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Modulgenaues PV-Monitoring
8 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
UDC,Gen
IDC,Gen
=
~ PDC PAC
PM1,S1
PM2,S1
PMm,S1
PM1,S2 PM1,Sn
PM2,Sn
PMm,Sn
PM2,S2
PMm,S2 𝐸𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙 = 𝑃𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙 ∙ 𝑑𝑡
𝑡2
𝑡1
Fehlerdetektion durch modulgenaues Monitoring
29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 9
1. Einleitung PV-Monitoring auf Generator/String/Modul-Basis
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
3. Vergleich Fehleranalyse-Möglichkeiten
4. Praxisbeispiele
5. Zusammenfassung
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
10 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Ist/Ist-Wert-Vergleich
Vergleich PV-Messgröße mit anderer PV-Messgröße
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
11 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Ist/Ist-Wert-Vergleich
Vergleich PV-Messgröße mit anderer PV-Messgröße
Ist/Soll-Wert-Vergleich
Vergleich PV-Messgröße mit PV-Simulationsgröße
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
12 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
PV-Monitoring Ist/Ist-Wert-Vergleich Interpretation *
PV-Generator
basiert
benachbarte PV-Anlagen
EPV-Anlage
PPV-Anlage(t)
Modulausrichtung
PN identisch? - kWh/kWp bzw. kW/kWp - Modultyp - Hinterlüftung - etc.
*Kritisch für Interpretation Fehler ja/nein
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
13 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
PV-Monitoring Ist/Ist-Wert-Vergleich Interpretation * Ist/Soll-Wert-Vergleich Interpret. *
PV-Generator
basiert
benachbarte PV-Anlagen
EPV-Anlage
PPV-Anlage(t)
Modulausrichtung
PN identisch? - kWh/kWp bzw. kW/kWp - Modultyp - Hinterlüftung - etc.
Modellierung & Simulation PV-Anlage
EPV-Anlage
PPV-Anlage(t)
Globalstrahlung
Zelltemperatur
Modellierung - Modul - WR
…
*Kritisch für Interpretation Fehler ja/nein
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
14 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
PV-Monitoring Ist/Ist-Wert-Vergleich Interpretation * Ist/Soll-Wert-Vergleich Interpret. *
PV-Generator
basiert
benachbarte PV-Anlagen EPV-Anlage
PPV-Anlage(t)
Modulausrichtung PN - kWh/kWp bzw. kW/kWp - Modultyp/Hinterlüftung
Modellierung & Simulation PV-Anlage EPV-Anlage
PPV-Anlage(t)
Globalstrahlung Zelltemperatur Modellierung - Modul/WR/…
String basiert
benachbarte Strings der gleichen PV-Anlage
EString
PString(t)
UString(t)
siehe oben
Modellierung & Simulation PV-Anlage
EString
PString(t)
UString(t)
siehe oben
*Kritisch für Interpretation Fehler ja/nein
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
15 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
PV-Monitoring Ist/Ist-Wert-Vergleich Interpretation * Ist/Soll-Wert-Vergleich
Interpret. *
PV-Generator
basiert
benachbarte PV-Anlagen EPV-Anlage
PPV-Anlage(t)
Modulausrichtung PN - kWh/kWp bzw. kW/kWp - Modultyp/Hinterlüftung
Modellierung & Simulation PV-Anlage EPV-Anlage
PPV-Anlage(t)
Globalstrahlung Zelltemperatur Modellierung - Modul/WR/…
String basiert
benachbarte Strings der gleichen PV-Anlage E/P/Ustring
siehe oben
Modellierung & Simulation PV-Anlage E/P/Ustring
siehe oben
modulgenau
Module des gleichen Strings
EModul
PModul(t)
UModul(t)
Schwellwert für kann deutlich geringer angesetzt werden.
Modellierung & Simulation PV-Anlage
EModul
PModul(t)
UModul(t)
siehe oben
*Kritisch für Interpretation Fehler ja/nein
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
16 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Zwischenfazit
» Insbesondere bei zwei benachbarten Modulen eines Strings ist von nahezu identischen Betriebsbedingungen (Ausrichtung, Globalstrahlung, Zelltemperatur) auszugehen.
» Beim Vergleich der Betriebsdaten von Strings oder ganzer PV-Anlagen ist dies häufig deutlich weniger gegeben.
» Bei der Fehlerdetektion via Ist/Ist-Wert-Vergleich hat das modulgenaue Monitoring daher das signifikant größere Sensitivitäts-Potenzial im Vergleich zum String-Monitoring oder PV-Generator-Monitoring.
Fehlerdetektion durch modulgenaues Monitoring
29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 17
1. Einleitung PV-Monitoring auf Generator/String/Modul-Basis
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
3. Vergleich Fehleranalyse-Möglichkeiten
4. Praxisbeispiele
5. Zusammenfassung
3. Vergleich Fehleranalyse-Möglichkeiten
18 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
PV-Monitoring Sichtprüfung IV-Kennlinienmessung Thermographie EL-Messung
PV-Generator basiert
Fehler wurde detektiert
Freier Zugang oder Kamera
Unterbrechung PV-Anlagen-betrieb Messung im Feld
Zuerst IV-Kennlinien der Strings
Anschließend IV-Kennlinien der einzelnen Module im String
Normalbetrieb + Rückbestromung
Normalbetrieb + Rückbestromung
3. Vergleich Fehleranalyse-Möglichkeiten
19 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
PV-Monitoring Sichtprüfung IV-Kennlinienmessung Thermographie EL-Messung
PV-Generator basiert
Fehler wurde detektiert
Freier Zugang oder Kamera
Unterbrechung PV-Anlagen-betrieb Messung im Feld
Zuerst IV-Kennlinien der Strings
Anschließend IV-Kennlinien der einzelnen Module im String
Normalbetrieb + Rückbestromung
Normalbetrieb + Rückbestromung
String basiert
Reduktion auf zuvor identifizierten String
Reduktion auf zuvor identifizierten String
Reduktion auf zuvor identifizierten String
Reduktion auf zuvor identifizierten String
3. Vergleich Fehleranalyse-Möglichkeiten
20 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
PV-Monitoring Sichtprüfung IV-Kennlinienmessung Thermographie EL-Messung
PV-Generator basiert
Fehler wurde detektiert
Freier Zugang oder Kamera
Unterbrechung PV-Anlagen-betrieb Messung im Feld
Zuerst IV-Kennlinien der Strings
Anschließend IV-Kennlinien der einzelnen Module im String
Normalbetrieb + Rückbestromung
Normalbetrieb + Rückbestromung
String basiert
Reduktion auf zuvor identifizierten String
Reduktion auf zuvor identifizierten String
Reduktion auf zuvor identifizierten String
Reduktion auf zuvor identifizierten String
modulgenau kann entfallen kann entfallen kann entfallen kann entfallen
Modulgenaues PV-Monitoring
Fehleranalyse kann per Ferndiagnose erfolgen!
3. Vergleich Fehleranalyse-Möglichkeiten
21 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Beispiel für Fehlersignatur: PID
© ADLER Solar Services GmbH / pv magazine
3. Vergleich Fehleranalyse-Möglichkeiten
22 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Zwischenfazit 1/2
» Drastisches O&M-Kostensenkungspotenzial durch modulgenauen Ansatz!
» Nutzbarkeit des Messgröße UModul für Fehlersignatur-Erstellung
Kontinuierliche und automatisierte Auswertung aller UModul-Daten durch Mustererkennungs-Algorithmen
In-Situ Ferndiagnose statt Ex-Situ Fehleranalyse im Feld
Zeitlicher Aufwand zur Fehlerbeseitigung im Feld resultiert sich drastisch
• Lage der Fehler behafteten Module vorab der Servicekraft bekannt
• Handlungsanweisung ebenso (Modulaustausch, Diodenaustausch, Reinigung, …)
3. Vergleich Fehleranalyse-Möglichkeiten
23 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Zwischenfazit 2/2
» IV-Kennlinien aller Module einer PV-Anlage können jederzeit beliebig neu aufgezeichnet werden
Kann automatisiert erfolgen ohne Ausbau im Feld und manuelle Einzelmessung durch Servicekraft
Durch die automatisierbare IV-Modulkennlinien-Aufnahme kann auch ein regelmäßiges Monitoring von Größen wie FF, Rs und Rsh erfolgen
Neuer Ansatz für Früherkennung von Fehlertypen mit schleichendem Charakter wie z.B. PID (bei manueller Einzelmessung wegen Zeitaufwand undenkbar!)
Sensitivität der Fehlerdetektion kann hierdurch noch einmal deutlich erhöht werden im Vergleich zu Ist/Ist-Wert oder Ist/Soll-Wert-Vergleichen mit dazu festgelegtem -Schwellwert
Fehlerdetektion durch modulgenaues Monitoring
29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 24
1. Einleitung PV-Monitoring auf Generator/String/Modul-Basis
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
3. Vergleich Fehleranalyse-Möglichkeiten
4. Praxisbeispiele
5. Zusammenfassung
4. Modulgenaues Monitoring - Praxisbeispiele
25 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
- 33 %
Diodendefekt (SC-Fall)
4. Modulgenaues Monitoring - Praxisbeispiele
26 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Erforderliche zeitliche Auflösung für Fehlersignaturerkennung
» Bei SunSniffer Technologie minimal Messintervall 30 s einstellbar
» Fallbeispiel 15 min Zeitauflösung
» Abwägung
Hohe Auflösung und viele Messdaten aus statistischer Sicht immer vorteilhaft „Gesetz der großen Zahlen“
„Big Data“-Aufwand muss aber auch technologisch beherrschbar und wirtschaftlich darstellbar sein!
» Erforderliche Zeitauflösung hängt auch vom Fehlertyp ab
Bei regelmäßig auftretenden kurzzeitigen Teilverschattungen wichtig
Bei Fehler mit schleichendem Charakter und hohen Zeitskalen (z.B. PID) nicht wichtig
Praxisbeispiel temporäre Modulverschattung I
27 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
- 33 %
Bypass-Diode aktiviert
Modul wieder schattenfrei
Praxisbeispiel temporäre Modulverschattung II
28 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Fehlerdetektion durch modulgenaues Monitoring
1. Einleitung PV-Monitoring auf Generator/String/Modul-Basis
2. Vergleich Fehlerdetektions-Möglichkeiten
3. Vergleich Fehleranalyse-Möglichkeiten
4. Praxisbeispiele
5. Zusammenfassung
29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“ 29
5. Zusammenfassung
30 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Mehraufwand modulgenaues PV-Monitoring Mehrwert modulgenaues PV-Monitoring
U-Sensor für jedes Modul
Präferenz serienmäßige Integration in Modulanschluss-dose während Modulproduktion.
I-Sensor für jeden String
Ebenfalls serienmäßig integrierbar in Generator-Anschlussdosen oder bei bestimmten PV-Generator-Verschaltungskonzepten auch direkt in PV-Wechselrichter (String-WR oder Multi-String-WR)
Messdaten übertragen, speichern & auswerten
5. Zusammenfassung
31 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Mehraufwand Mehrwert modulgenaues PV-Monitoring
U-Sensor für jedes Modul Präferenz serienmäßige Integration in Modulanschlussdose bei Modulproduktion
Fehlerdetektion Sehr hohe Sensitivität bei Ist/Ist-Vergleich benachbarter Module des
gleichen Strings. Als Folge können Maßnahmen gegen finanzielle Einbußen durch
PV-Ertragsverluste früher durchgeführt werden. Neue Möglichkeiten für Früherkennung von Fehlertypen mit schleichen-
dem Charakter durch automatisierbare Neuaufnahme von IV-Modul-kennlinien.
Sensitivität bei der Detektion dieses Fehlertypen vergrößert sich dadurch noch einmal deutlich.
I-Sensor für jeden String Ebenfalls serienmäßig integrierbar in Generator-Anschlussdose oder PV-Wechselrichter
Messdaten übertragen, speichern & auswerten
5. Zusammenfassung
32 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Mehraufwand Mehrwert modulgenaues PV-Monitoring
U-Sensor für jedes Modul Präferenz serienmäßige Integration in Modulanschlussdose bei Modulproduktion
Fehlerdetektion Sehr hohe Sensitivität bei Ist/Ist-Vergleich benachbarter Module des
gleichen Strings. Als Folge können Maßnahmen gegen finanzielle Einbußen durch
PV-Ertragsverluste früher durchgeführt werden. Neue Möglichkeiten für Früherkennung von Fehlertypen mit schleichen-
dem Charakter durch automatisierbare Neuaufnahme von IV-Modul-kennlinien.
Sensitivität bei der Detektion dieses Fehlertypen vergrößert sich dadurch noch einmal deutlich.
I-Sensor für jeden String Ebenfalls serienmäßig integrierbar in Generator-Anschlussdose oder PV-Wechselrichter
Fehleranalyse Fazit hohes O&M-Kostensenkungspotenzial! In-situ Ferndiagnose via Fehlersignatur/Mustererkennung Vorab-Lokalisierung von fehlerbehafteten Modulen und Vorab-Kenntnis
des Fehlertyps minimiert Einsatzzeiten von Servicekraft im Feld
Messdaten übertragen, speichern & auswerten
Zusammenfassung
Beim modulgenauen Monitoring steht dem erhöhten Mehraufwand für die technische Umsetzung eine Reihe von nennenswerten inhärenten Vorteilen gegenüber im Vergleich zum String-Monitoring und PV-Generator-Monitoring.
33 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Zusammenfassung
Beim modulgenauen Monitoring steht dem erhöhten Mehraufwand für die technische Umsetzung eine Reihe von nennenswerten inhärenten Vorteilen gegenüber im Vergleich zum String-Monitoring und PV-Generator-Monitoring.
Das modulgenaue Monitoring hat also erkennbar das Potenzial einer disruptiven Technologie (Thema Ferndiagnose).
34 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Zusammenfassung
Beim modulgenauen Monitoring steht dem erhöhten Mehraufwand für die technische Umsetzung eine Reihe von nennenswerten inhärenten Vorteilen gegenüber im Vergleich zum String-Monitoring und PV-Generator-Monitoring.
Das modulgenaue Monitoring hat also erkennbar das Potenzial einer disruptiven Technologie (Thema Ferndiagnose).
Beitrag zur Realisierung von „Smart“-Photovoltaikmodulen
35 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“
Danke für die Aufmerksamkeit!
36 29.11.2016 13. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“