Messung der I-U-Kennlinie von PV-Modulen mit dem Sonel PVM-1530 Max nach IEC 61829

Die Messung der Strom-Spannungs-Charakteristik (I-U) von Photovoltaikmodulen spielt eine Schlüsselrolle bei der Bewertung der Effizienz und Erkennung potenzieller Probleme innerhalb einer PV-Anlage. Erfahren Sie, wie Sie mit dem Photovoltaik-Messgerät PVM-1530 Max von Sonel genaue Messungen gemäß IEC 61829 durchführen können. Erkennen Sie die Auswirkungen von Umgebungsfaktoren wie Einstrahlung und Temperatur auf die Messergebnisse sowie die Bedeutung der Korrektur dieser Faktoren auf Standardtestbedingungen (STC).

I-U-Kennlinie – warum ist diese so wichtig?

Eine der Hauptmerkmale des Messgeräts Sonel PVM-1530 ist die Messung von I-U-Kennlinien. Die I-U-Charakteristik wird über ein Diagramm dargestellt, welches die Leistungsabgabe des Moduls als Funktion von Strom und Spannung darstellt. Gemäß der Norm IEC 62446-1 ist dies eine der beiden Messungen, die in den Tests der Kategorie 2 definiert sind. I-U-Kurven sind sehr nützlich für die Bewertung von PV-Anlagen hinsichtlich ihrer Leistung und potenzieller Probleme. Das Messgerät zeichnet den Bezug zwischen Strom und Spannung auf, indem es die Last der Leerlaufspannung (U_oc) bis zum Kurzschlussstrom (I_sc) anpasst.

Zur Veranschaulichung, was diese Strom-Spannungs-Kennlinie bedeutet, wird nachfolgend eine typische I-U-Kurve dargestellt.

Abbildung 1. Typische I-U-Kennlinie

Obwohl diese Art der Messung scheinbar einfach ist, kann sie oft zu Ergebnissen führen, die erheblich von erwarteten Werten abweichen. In diesem Artikel wird beschrieben, wie diese Messungen mit dem Sonel PVM-1530 Max durchgeführt werden, damit die Ergebnisse den tatsächlichen Zustand der getesteten PV-Module exakt widerspiegeln, basierend auf der IEC-Norm 61829:2015 Photovoltaic (PV) array - On-site measurement of current-voltage characteristic.

Bild 1. Sonel PVM-1530 Max Set

Einfluss der Einstrahlung und Temperatur auf die Messergebnisse

Das Sonel PVM-1530 kann angeschlossene Module messen und innerhalb weniger Sekunden eine I-U-Kurve erstellen. Es reicht jedoch nicht aus, die Module einfach an das Messgerät anzuschließen, da eine solche Kurve in der Regel nur schwer mit der Referenzkurve des PV-Modulherstellers unter STC- Bedingungen zu vergleichen ist.

Abbildung 2. I-U- und P-V-Kennlinien, angezeigt auf dem Display des Messgeräts Sonel PVM-1530

Voraussetzungen der STC-Bedingungen:

Einstrahlung E = 1000 W/m²
PV Modultemperatur TPV = 25°C
Luftmasse AM = 1.5

In der Praxis werden Feldmessungen selten unter STC-Bedingungen durchgeführt. Deshalb müssen die Messwerte auf STC korrigiert werden, um zu beurteilen, ob die I-U-Kurve korrekt ist. Dazu müssen die Einstrahlung und die Temperatur aufgezeichnet werden, damit das Messgerät die Ergebnisse entsprechend neu berechnen kann. Nur dann können die Ergebnisse zuverlässig mit den Herstellerangaben verglichen werden.

Warum sind Einstrahlungs- und Temperaturmessungen so wichtig? Die von PV-Modulen erzeugten Strom- und Spannungswerte hängen stark von diesen Parametern ab, welche sich wiederum direkt auf die Leistungsabgabe auswirken. Abbildung 3 zeigt, wie sich die Bestrahlungsstärke auf die Energieerzeugung auswirkt. Mit zunehmender Einstrahlung steigen Strom und Leistung linear an (unter der Annahme einer konstanten Modultemperatur), während sich die Spannung nur geringfügig ändert. Aus diesem Grund sollte die Einstrahlung mit dem externen Sensor Sonel IRM-1 im gleichen Neigungswinkel und in der gleichen Ausrichtung wie die zu prüfende Modulreihe gemessen werden.

Abbildung 3. Einfluss der Einstrahlung auf die I-U-Charakteristik

IEC 61829 – die Norm für die Messung von Photovoltaikanlagen

Die Norm IEC 61829 legt fest, dass für die Durchführung von I-U-Kennlinienmessungen mit STC-Korrektur die Bestrahlungsstärke mindestens E = 700 W/m² betragen muss. Das Sonel PVM-1530 überprüft den Bestrahlungsstärkewert vor Beginn der I-U-Kurvenmessung mit dem Primärstrahlungssensor (IRM-1). Ist der Wert zu niedrig, zeigt das Gerät eine Warnung an (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4. Warnung bei zu geringer Bestrahlungsstärke

Da ein Panelreihe aus Dutzenden von Modulen bestehen kann, die über einen großen Bereich verteilt sind, ist es wichtig, dass alle Module in derselben Richtung auf einer ebenen Fläche montiert sind und einer gleichmäßigen Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. Wenn eine PV-Anlage aus Reihen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln, Ausrichtungen, Technologien oder elektrischen Konfigurationen besteht, sollten die Messungen für jeden Strang separat durchgeführt werden.

Zwei Strahlungssensoren – der Schlüssel zur Konformität

Die Norm IEC 61829 schreibt vor, dass die Strahlungsintensität an mindestens zwei Punkten entlang der Modulreihe gemessen werden muss und die Differenz zwischen diesen beiden Messwerten nicht mehr als 2 % betragen darf. Aus diesem Grund ist das PVM-1530 Max standardmäßig mit zwei Sonel IRM-1 Strahlungssensoren ausgestattet – einem Haupt- und einem Zusatzsensor.

Bild 2. Zwei Strahlungssensoren an beiden Enden der PV-Reihe

Um die Norm zu erfüllen, sollte die Bestrahlungsstärke an beiden Enden der Reihe überprüft werden. Wenn das PVM-1530 eine Abweichung von mehr als 2 % feststellt, wird eine Warnung angezeigt (siehe Abbildung 5).

Abbildung 5. Warnung vor übermäßigen Strahlungsunterschieden zwischen den beiden Sensoren

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass das Sonel PVM-1530 während der gesamten I-U-Kennliniendiagnose (100 Punkte) die Bestrahlungsstärkewerte beider Sensoren misst und aufzeichnet. Diese Werte werden als Grafiken auf dem Display angezeigt, sodass der Benutzer die Stabilität der Lichtverhältnisse während der Messung überprüfen kann.

Abbildung 6. Bestrahlungsstärke- und Temperaturkennlinien während der I-U-Messung unter Verwendung beider Bestrahlungsstärkesensoren

Messstabilität – wie Fehler vermieden werden können

Wie bereits erläutert, ist die Kontrolle der Beständigkeit der Bestrahlungsstärke von entscheidender Bedeutung – aber auch die Temperaturstabilität ist wichtig. Große Unterschiede in der Temperatur der Module innerhalb einer Reihe können zu unzuverlässigen I-U-Ergebnissen führen. Die Temperatur hat zwar keinen so großen Einfluss auf die Leistungsabgabe wie die Bestrahlungsstärke, darf jedoch nicht außer Acht gelassen werden. Mit steigender Modultemperatur steigt der Strom leicht an, während die Spannung stärker abfällt, was zu einer Leistungsminderung führt. Diese Zusammenhänge sind in Abbildung 7 dargestellt.

Abbildung 7. Einfluss der Temperatur auf die I-U-Kennlinie

Gemäß IEC 61829 darf die Temperaturdifferenz zwischen den Modulen in der gemessenen Reihe 1 °C nicht überschreiten. Auch hier verwendet das Sonel PVM-1530 beide Sensoren zur Überwachung dieser Parameter. Wird eine Differenz von mehr als 1 °C festgestellt, zeigt das Messgerät eine Warnung an (siehe Abbildung 8). Während der I-U-Messung wird die Temperatur beider Sensoren aufgezeichnet und wie die Einstrahlungsdaten grafisch dargestellt (siehe Abbildung 6).

Abbildung 8. Warnung bei zu großen Temperaturunterschieden

Wie kann die Zuverlässigkeit von I-U-Messungen sichergestellt werden?

Zusammenfassend ist zu beachten, dass I-U-Messungen Ergebnisse liefern können, die von den Erwartungen abweichen. Diese Ergebnisse sollten jedoch eher auf ein tatsächliches Problem innerhalb der PV-Anlage hinweisen als auf einen Fehler im Messverfahren.

Alle in diesem Artikel beschriebenen Funktionen des Messgeräts sind so konzipiert, dass die mit dem Sonel PVM-1530 Max und zwei IRM-1-Sensoren durchgeführten Messungen absolut zuverlässig sind und die höchstmögliche Genauigkeit erzielen, während das Risiko von Bedienungsfehlern minimiert wird. Der Benutzer kann sich somit voll auf die Interpretation der Ergebnisse konzentrieren, ohne sich um korrekte Einstellung des Messgeräts oder die Wetterbedingungen kümmern zu müssen, die die I-U-Kurve beeinflussen. Erwähnenswert ist auch, dass das Sonel PVM-1530 Max nach dem Koppeln mit den Sensoren sofort für Messungen gemäß IEC 61829 bereit ist.

Andere Versionen des Messgeräts (Sonel PVM-1530 und Sonel PVM-1530 Pro) bieten die gleiche Funktionalität, sobald die erforderlichen IRM-1-Sensoren hinzugefügt werden.

Autor:
Dipl.-Ing. Marcin Szkudniewski, Sonel S.A.

Referenzen:
1. IEC 61829:2015 Photovoltaic (PV) array - On-site measurement of current-voltage characteristics.