PID-Effekt am Solarmodul erkennen

Den PID-Effekt am Solarmodul erkennen Sie vor allem an zwei Dingen. Im Ertrag sinkt die Leistung schleichend, oft zuerst bei schwachem Licht. Im Wärmebild der laufenden Anlage zeigen betroffene Module viele einzelne wärmere Zellen, häufig nahe am Rahmen. Auffällig ist die Verteilung im String. Bei den meisten Anlagen sind die Module am Minuspol stärker betroffen als die am Pluspol. Von außen sieht man den Modulen meist nichts an. PID steht für potenzialinduzierte Degradation. Sie entsteht durch Leckströme zwischen den Zellen und dem geerdeten Rahmen, wenn die Zellen eine hohe Spannung gegenüber Erde haben. Bei kristallinen Modulen ist sie zum Teil umkehrbar. Ob PID vorliegt, bestätigt erst eine Messung, etwa mit Kennlinie oder Elektrolumineszenz.

Was passiert beim PID-Effekt?

In einem String sind viele Module in Reihe geschaltet. Je nach Lage im String haben die Zellen deshalb ein sehr unterschiedliches Potenzial gegenüber dem geerdeten Modulrahmen. Am negativen Ende eines langen Strings können es mehrere hundert Volt gegenüber Erde sein, wie photovoltaik.info beschreibt.

Nach dem Fehlerbericht des Photovoltaik-Programms der Internationalen Energieagentur (IEA PVPS) fließt dabei ein kleiner Leckstrom von den Zellen über Einbettungsfolie und Glas zum Rahmen. Unter seinem Einfluss wandern Natrium-Ionen aus dem Glas bis an die Zelloberfläche. In der Zelle entstehen Nebenschlüsse, Fachleute sprechen von Shunts. Die Zelle verliert Leistung, ihre Kennlinie wird flacher.

Bei Modulen mit den lange üblichen p-Typ-Zellen sind nach IEA die Module mit negativem Potenzial gegenüber Erde betroffen. Bei bestimmten n-Typ-Zellen beschreibt der Bericht einen ähnlichen Effekt bei positivem Potenzial. Typisch ist, dass nur ein Teil der Module Leistung verliert. Je höher die Spannung gegenüber Erde, desto stärker der Verlust.

Was begünstigt PID?

Die IEA nennt mehrere Faktoren, die zusammenwirken.

Feuchte. Tau, Regen und Nebel machen die Glasoberfläche leitfähiger und erhöhen den Leckstrom. Auch Verschmutzung und salzhaltige Luft in Küstennähe wirken mit.
Temperatur. Wärme beschleunigt die Vorgänge im Material.
Systemspannung. Lange Strings mit hoher Spannung gegenüber Erde sind stärker gefährdet.
Wechselrichter und Erdung. Bauart des Wechselrichters und Erdungskonzept der Anlage bestimmen, welches Potenzial die Module gegenüber Erde haben.
Modulaufbau. Glas, Einbettungsfolie und Zellen entscheiden, wie anfällig ein Modul ist. Ob ein bestimmtes Modul betroffen sein kann, lässt sich deshalb nicht pauschal sagen.

Woran erkennen Sie PID am Ertrag?

Die IEA beschreibt, dass PID im frühen Stadium bei hoher Einstrahlung kaum Leistung kostet, bei schwachem Licht dagegen deutlich mehr. Im Monitoring ist der Effekt deshalb anfangs schwer zu sehen. Selbst stark geschädigte Module zeigen oft keine sichtbaren Spuren. Die IEA vermutet daher viele unerkannte Fälle. Im Feld kann sich der Verlust nach dem Bericht innerhalb einiger Monate entwickeln und bei einzelnen Modulen bis zum fast vollständigen Leistungsverlust reichen.

Diese Hinweise sprechen dafür, genauer hinzusehen.

Der Ertrag sinkt über die Jahre stärker, als Wetter und übliche Alterung erklären.
Morgens, abends und an trüben Tagen fällt ein String deutlich hinter vergleichbare Strings zurück.
Einzelne Strings liefern dauerhaft weniger, obwohl Ausrichtung und Verschattung gleich sind.
Bei Messungen an einzelnen Modulen liefern die Module an einem Ende des Strings weniger als die am anderen Ende. Diesen Hinweis nennt auch photovoltaik.info.

Weniger Ertrag kann aber viele andere Gründe haben, von Verschattung über Schmutz bis zum Wechselrichter. Wie Sie die Ursache eingrenzen, beschreibt der Beitrag Warum bringt meine PV-Anlage weniger Ertrag als erwartet?

Wie sieht PID im Wärmebild aus?

Nach IEA eignet sich das Wärmebild im Feld, wenn die Anlage beleuchtet ist und im normalen Arbeitspunkt einspeist. In der Übersicht der IEA zu Wärmebildmustern steht für PID dieses Bild. Einzelne Zellen eines Moduls sind wärmer als die übrigen. Zellen im unteren Teil und nahe am Rahmen sind dabei oft wärmer als die im oberen Teil und in der Mitte. Auch das Photovoltaikbüro findet besonders stark geschädigte Zellen häufig nahe am Rahmen.

Entscheidend ist der Blick auf den ganzen String. Die IEA zeigt ein Modulfeld, in dem die Erwärmung von Modul zu Modul zunimmt, je negativer die Spannung der Module gegenüber Erde ist. Module am Minuspol sind dann deutlich auffälliger, Module am Pluspol wirken unauffällig. Dieser Verlauf unterscheidet PID von anderen Mustern.

Bei einer defekten Bypassdiode ist ein zusammenhängendes Drittel eines Moduls wärmer. Mehr dazu im Beitrag Bypassdiode defekt an der PV-Anlage.
Bei einem einzelnen Hotspot im Solarmodul ist eine einzelne Zelle oder Stelle auffällig.
Bei einem String ohne Last ist eine ganze Reihe gleichmäßig wärmer.
Bei Schmutzrändern ist oft die unterste Zellreihe betroffen.

Es gibt Grenzen. Nach IEA können stark geschädigte Zellen mit sehr niederohmigem Nebenschluss im Wärmebild sogar kühler erscheinen als mäßig geschädigte. Das Photovoltaikbüro hält das Wärmebild bei PID für schwerer eindeutig zu deuten als ein Elektrolumineszenzbild. Ein Wärmebild begründet also einen Verdacht. Für die Zuordnung braucht es außerdem den Stringplan, denn erst damit ist klar, welches Modul am Minuspol liegt.

Welche Module im String sind betroffen?

Bei Anlagen mit p-Typ-Zellen sind es vor allem die Module, die gegenüber Erde ein stark negatives Potenzial haben. Das sind in der Regel die Module am Minuspol des Strings. Das Photovoltaikbüro schildert einen untersuchten String, in dem die Module auf der negativen Seite im Elektrolumineszenzbild deutlich schlechter aussahen als die Module nahe am Pluspol. Letztere waren unauffällig.

Wie viele Module eines Strings betroffen sind, hängt von der Stringlänge, vom Wechselrichter und vom Erdungskonzept ab. Bei n-Typ-Zellen kann die betroffene Seite eine andere sein. Diese Zuordnung gehört deshalb zur Bewertung durch die Fachkraft.

Wie wird PID bestätigt?

Das Wärmebild zeigt, wo es zu warm ist. Ob PID dahintersteckt, klärt die Messung.

Elektrolumineszenz. Das Photovoltaikbüro beschreibt sie als einfache und aussagekräftige Methode. Ein Bild zeigt alle Module eines Strings, Unterschiede zwischen den Zellen werden direkt sichtbar.
Kennlinie. Nach IEA liefert die Strom-Spannungs-Kennlinie bei Standardbedingungen und bei schwachem Licht einen klaren Nachweis.
Vergleich der Stringhälften. Das Photovoltaikbüro hat die beiden Hälften eines Strings getrennt gemessen, mit Rückstrom und mit der Leerlaufspannung. Die betroffene Hälfte unterschied sich deutlich.

Diese Messungen macht eine Elektrofachkraft oder ein PV-Sachverständiger. Sie gehören nicht zu einer Befliegung.

Was kann gegen PID getan werden?

Welche Maßnahme passt, entscheidet der Fachbetrieb in Abstimmung mit Wechselrichter- und Modulhersteller. Grundsätzlich kommen diese Wege in Frage.

Regeneration. Nach IEA lässt sich PID bei kristallinen Modulen oft zum Teil rückgängig machen, wenn nachts eine umgekehrte Spannung am Modulfeld anliegt. Dafür gibt es Regenerationsgeräte, oft als PID-Box bezeichnet, und Wechselrichter mit entsprechender Funktion. Die Erholung kann nach IEA Monate dauern. PID, das bei hohen Temperaturen entstanden ist, ist weniger umkehrbar.
Potenzial der Module ändern. photovoltaik.info beschreibt die funktionale Erdung des Minuspols bei p-Typ-Modulen als wirksame Vorbeugung. Sie setzt voraus, dass der Wechselrichter das zulässt. Das ist eine Aufgabe für den Fachbetrieb und keine für Eigenversuche.
Module tauschen. Stark geschädigte Module, die sich nicht erholen, tauscht der Fachbetrieb. Für neue Module empfiehlt photovoltaik.info solche, die nach IEC TS 62804 auf PID geprüft sind.
Wirkung prüfen. Ob eine Maßnahme greift, zeigt der Vergleich von Ertrag und Messwerten über die folgenden Monate. Eine zweite Befliegung kann zeigen, ob die warmen Zellen weniger geworden sind.

Ein akuter Notfall ist PID in der Regel nicht. Der IEA-Bericht von 2014 nennt keine bekannten Sicherheitsprobleme, die direkt auf PID zurückgehen. Mäßig geschädigte Zellen werden aber wärmer, und Hotspots und Korrosion können zu Delamination im Modul führen. Ob ein Fall unter Garantie oder Gewährleistung fällt, regelt der jeweilige Vertrag.

Wie hilft eine Befliegung?

Eine Wärmebild-Befliegung erfasst die ganze Anlage in einem Durchgang. Gerade bei PID ist das ein Vorteil, denn das Muster zeigt sich erst im Vergleich vieler Module. Mit dem Stringplan lässt sich ablesen, ob die Auffälligkeiten zum Minuspol hin zunehmen. Jeder Befund wird einem Modul zugeordnet. Der Fachbetrieb weiß damit, an welchen Strings er messen sollte.

Damit die Aufnahmen aussagekräftig sind, muss die Anlage einspeisen. Die Praxis nennt mit Bezug auf die IEC TS 62446-3 eine Einstrahlung von mindestens etwa 600 W/m² auf die Modulebene, wenig Wind und kaum Wolken. Im frühen Stadium sind die Temperaturunterschiede klein. Ein unauffälliges Wärmebild schließt PID deshalb nicht aus. Was die Methode grundsätzlich zeigt und was nicht, beschreibt der Beitrag Wärmebild von der PV-Anlage.

So unterstützen wir Sie

Wir befliegen Ihre PV-Anlage mit Wärmebild- und Fotokamera und ordnen jede Auffälligkeit einem Modul und, wenn Sie uns den Stringplan geben, einem String zu. Als Elektroniker aus Industrie und Handwerk und als Elektrokonstrukteure schätzen wir ein, ob das Muster zu PID passt oder eher zu einem anderen Fehler, und wo Ihr Fachbetrieb messen sollte. Messung, Regeneration und Modultausch übernehmen wir nicht. Mehr dazu unter PV-Anlage prüfen lassen, wir sind in OWL, im Münsterland und in ganz NRW im Einsatz und erreichbar über den Kontakt.

PID-Effekt am Solarmodul erkennen. Typisches Muster, betroffene Module und was dagegen hilft