Renewables Drohne bei Nacht

Leise schwirrt eine Drohne in wenigen Metern Abstand über das Dach einer Industriehalle. Ihre beleuchteten Motorarme lassen sich auch von weitem gut erkennen – Ufo-Feeling kommt auf. Nicht weit entfernt von der Halle schauen einige Fachleute gespannt in einen Monitor. Ihre heutige Mission: Die Suche nach Fehlern an einer 400-kW-Solarstromanlage.

Drohnen können helfen, berührungslos zahlreiche Schäden an Solarmodulen aufzudecken. Die mit dem Fluggerät gemachten Aufnahmen werten zertifizierte Gutachter aus. Mit spezieller Nachbearbeitungssoftware können sie selbst kleinste Schäden an den Modulen erkennen. Dabei sind helle Modulbereiche in der Regel technisch tadellos, wohingegen dunkle Bereiche Schadstellen aufweisen. Oft entstehen diese Modulschäden durch Hagelschlag oder sonstige mechanische Belastungen, zum Beispiel beim Transport. Auch fehlerhafte Zellverbinder oder sogenannte PID-Belastungen (Potenzial-induzierte Degradation) gehören zu den Schäden, die sich mit Drohnen erkennen lassen. Besonders die Potenzial-induzierte Degradation hat sich als ein immer stärkeres Problem herausgestellt. Sie tritt vor allem bei modernen Modulen mit hohen Systemspannungen auf. Dabei können kleine Leckströme vom Modul gegen Erde abfließen. Abhängig von der Zelltechnologie sammeln sich dadurch an der Zelloberfläche freie Ladungsträger, die diesen Zellbereich quasi kurzschließen. PID-geschädigte Zellen erzeugen in der Folge weniger oder gar keinen Strom mehr.

Durch die Drohnen-Inspektion der Solarstromanlagen lassen sich die PID-Fehler frühzeitig erkennen. Abhängig vom Grad der Schädigung ist es dann möglich, durch sogenannte Offset- beziehungsweise PID-Boxen den ertragsmindernden Effekt wieder rückgängig zu machen.

Elektrolumineszenz-Aufnahmen

Technische Grundlage der Aufnahmetechnik für die Inspektion aus der Luft ist, die Elektrolumineszenz zu messen. Das ist eine für das bloße Auge nicht sichtbare Strahlung, die Photovoltaik-Module abgeben, wenn man sie „rückwärts“ betreibt, also Strom einspeist. Dazu wird ein Rückbestromungsnetzteil an die Solarmodule angeschlossen. Ganze Modulstrings können so rückwärts bestromt werden. Dies führt ähnlich wie bei einer LED zu einem für das menschliche Auge nicht sichtbaren „Leuchten“ der Module im Nahinfrarot-Spektrum. Eine Methode für die Aufnahme von Elektrolumineszenz-Bildern von Drohnen aus haben die Unternehmen Fladung Solartechnik (Aachen) und Height-Tech (Bielefeld) entwickelt. Da die Aufnahmen direkt ausgewertet werden, kommt diese Methode ohne Systemdokumentationen aus, die sich dennoch im Nachgang erstellen lassen.

Für diese Art der Inspektion aus der Luft ist Dreierlei nötig. Zunächst ein nachtflugtauglicher Flugroboter: Er braucht eine spezielle Beleuchtung, um eine Flugbewilligung für Nachtflüge zu erhalten, und aufgrund der Dunkelheit eine sehr gut stabilisierte Kameraaufhängung, damit keine Bildunschärfen auftreten. Zum Zweiten wird eine Spezialkamera für Elektrolumineszenzaufnahmen gebraucht, mit der sich Einzelbilder oder Videos der zu inspizierenden Solarstromanlage aufzeichnen lassen. Über viele Monate hinweg haben Fladung und Height-Tech diese Kamera entwickelt und optimiert. Für die Inspektion wird zudem ein fernsteuerbares Netzteil für die Rückbestromung benötigt, das an die Anlage angeschlossen wird.

Um die Effizienz zu steigern und die Kosten zu reduzieren, hat Fladung Solartechnik eine spezielle Funkfernsteuerung entwickelt. Mit dieser lassen sich während des Drohnenflugs bis zu 36 Solarmodulstrings und bis zu vier Netzteile für die Rückbestromung manuell oder automatisiert zu- oder abschalten. Wird nun nachts eine beleuchtete Drohne über Dächern entdeckt, sollte eine Solarstromanlage nicht weit entfernt sein. Mit Außerirdischen ist dabei aber nicht zu rechnen – was bleibt, ist das Ufo-Feeling.