Das Wichtigste zuerst: Wir durften schon etliche Solaranlagen mit der Drohne überfliegen und hierbei Thermografie-Aufnahmen erstellen. Es zeigte sich dabei, dass viele Kunden überrascht waren, wie viele Mängel ihre PV-Anlage aufweist. Besonders auffallend war bei grösseren Industrieanlagen, dass ganze Strings keinen Strom führten. Oft waren es sogar mehrere.

Wenn man daran denkt, dass ein solcher Mangel womöglich schon mehrere Jahre besteht und wie viel Energie dem Kunden dadurch entgangen ist, könnte man sich wünschen, man hätte schon früher und regelmässiger eine Kontrolle mit einer Thermografie-Drohne vorgenommen.

Bild: Mehrere Strings sind stromlos.

Die Fehler auf PV-Anlagen müssen jedoch nicht immer so gravierend sein. Vielfach entdecken wir defekte Bypass-Dioden, Hotspots, aber auch Glasbrüche. Solche Glasbrüche sind natürlich auch mit blossem Auge erkennbar. Wenn sich ein beschädigtes Modul bei einer Grossanlage jedoch mitten in einem grossen Feld befindet, kommt man kaum auf die Idee, die gesamte Anlage zu begehen, nur um nach Glasbrüchen zu suchen. In der Thermografie können solche Module hingegen deutlich auffallen. Sie sehen dann aus wie ein Puzzle, bestehend aus verschiedenfarbigen Kacheln. Durch ein gebrochenes Frontglas kann Feuchtigkeit in das Modul eindringen und langfristig Schäden verursachen. Je nach Art und Ausmass des Schadens können auch Isolationsprobleme oder unerwünschte Strompfade entstehen. Deshalb sollten solche Auffälligkeiten möglichst zeitnah überprüft und behoben werden.

Bild: Glasbruch + weitere Mängel (mehrere Bypass-Dioden)

Schnell und präzise: Thermografie mit der Drohne

Ein weiterer grosser Vorteil der Thermografie mit einer Drohne ist die Geschwindigkeit. Während eine Grossanlage für eine manuelle Kontrolle teilweise über viele Stunden begangen werden müsste, lässt sich eine grosse Dachfläche mit einer geeigneten Drohne innerhalb recht kurzer Zeit thermisch erfassen. Dabei entsteht eine Sammlung von Wärmebildern. Die Aufnahmen werden ausgewertet und auffällige Bereiche können gezielt lokalisiert und dokumentiert werden. Die einzelnen Bilder werden hierbei zu einem Orthomosaik zusammengefügt. Zusätzlich kann ein 3D-Modell des Gebäudes erstellt werden.

Die Auswertung der Aufnahmen erfolgt bei uns manuell, Bild für Bild. Auffälligkeiten werden markiert und erhalten damit gleichzeitig dank des Orthomosaiks eine genaue Koordinate innerhalb der Anlage. Das ist wichtig, weil sich die einzelnen Thermografie-Aufnahmen teilweise sehr ähnlichsehen. Ohne eine entsprechende Zuordnung wäre es schwierig, anhand eines einzelnen Bildes genau zu bestimmen, wo sich das betroffene Modul auf dem Dach befindet. Je nach Fehlerbild zeigen sich charakteristische Temperaturunterschiede, die Hinweise auf die Fehlerursache geben können.

Die richtigen Bedingungen sind entscheidend

Wichtig ist allerdings, dass eine Thermografie-Aufnahme nicht bei beliebigen Wetterbedingungen durchgeführt werden kann. Für aussagekräftige Ergebnisse müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllt sein. Dazu gehören unter anderem eine ausreichende Sonneneinstrahlung, möglichst wenig Bewölkung und geeignete Windverhältnisse.

Auch der Zeitpunkt der Aufnahme spielt eine Rolle. Die PV-Anlage muss unter ausreichender elektrischer Last stehen, damit thermische Auffälligkeiten überhaupt sichtbar werden können.

Eine professionelle Thermografie ist deshalb weit mehr als «mit einer Wärmebildkamera über das Dach fliegen». Entscheidend ist die Kombination aus geeigneter Drohnentechnik, einer hochwertigen Wärmebildkamera und vor allem der Erfahrung bei der Interpretation der Aufnahmen.

Nicht jede warme Stelle ist automatisch ein Defekt und nicht jeder Fehler zeigt sich gleich deutlich. Je nach Sonnenstand können PV-Module beispielsweise die Sonneneinstrahlung reflektieren und dadurch auf der Wärmebildaufnahme eine erhöhte Temperatur vortäuschen. Eine solche Auffälligkeit kann auf den ersten Blick wie ein Fehler aussehen, ist aber meist völlig unproblematisch.

Bei unseren Aufnahmen arbeiten wir deshalb mit Bildüberschneidungen von bis zu 80 Prozent. Das bedeutet, dass wir im Rasterflug jedes Modul auf mehreren Bildern erfassen, jeweils aus einem etwas anderen Standort und damit auch aus einem anderen Blickwinkel. So kann es vorkommen, dass ein Modul auf einem Bild als auffällig erscheint, auf einem anderen Bild jedoch keinerlei Auffälligkeit zeigt. Durch den Vergleich mehrerer Aufnahmen können wir solche Effekte erkennen und tatsächliche Mängel besser verifizieren.

Bild: Reflexion eines PV-Moduls

Wann lohnt sich eine Thermografie?

Besonders interessant wird die Thermografie bei älteren Anlagen oder Anlagen, bei denen bislang keine regelmässige technische Kontrolle durchgeführt wurde. Aber auch bei neueren Anlagen kann eine Überprüfung sinnvoll sein, um für den Solarteur und den Betreiber Gewissheit zu erlangen.

Fehler können bereits bei der Montage entstehen oder sich erst im Laufe des Betriebs entwickeln. Eine regelmässige Kontrolle kann dabei helfen, Probleme frühzeitig zu erkennen, bevor daraus grössere Schäden oder langfristige Ertragsverluste entstehen. Denn genau darum geht es bei einer Thermografie: nicht nur Fehler sichtbar zu machen, sondern Ertragsverluste und mögliche Folgeschäden möglichst früh zu erkennen.

Ein defekter String, ein Hotspot oder eine beschädigte Bypass-Diode kann über Jahre unbemerkt bleiben. Die Anlage produziert zwar weiterhin Strom, aber möglicherweise deutlich weniger, als sie eigentlich könnte. Eine Thermografie-Drohneninspektion kann deshalb ein wichtiger Bestandteil der technischen Kontrolle und des langfristigen Unterhalts einer PV-Anlage sein. Sie liefert einen schnellen Überblick über den Zustand der Module und zeigt gleichzeitig, wo eine genauere Untersuchung notwendig ist.

Auswertung mit KI?

Vielleicht fragen Sie sich, wieso die Bildauswertung manuell geschieht und nicht KI hinzugezogen wird.

Auf dem Markt gibt es Fachsoftware, welche Thermografien von Solaranlagen automatisch auswerten kann. Dabei werden erkannte Auffälligkeiten automatisch möglichen Fehlerbildern zugeordnet. Diese Resultate sind jedoch als Annahmen beziehungsweise als mögliche Fehlerklassifizierungen zu verstehen und müssen ebenfalls Bild für Bild manuell überprüft werden.

Der Grund dafür liegt unter anderem darin, dass sich der Einstrahlwinkel der Sonne während der Aufnahme verändert. Dadurch können Reflexionen entstehen, die von einer Software unter Umständen als thermische Auffälligkeit interpretiert werden.

Insbesondere bei sehr grossen Anlagen, wie sie beispielsweise in Deutschland, Frankreich und Spanien zu finden sind, kann der Einsatz solcher Software dennoch sinnvoll sein. Als Grundlage wird dabei häufig ein CAD-Plan des Anlagenaufbaus hinterlegt. Anhand dieses Plans erhält jedes Modul eine eindeutige ID (Identifikationsnummer). Wird eine Auffälligkeit festgestellt, kann diese direkt einem bestimmten Modul zugeordnet werden.

Insbesondere bei regelmässig wiederholten Kontrollen kann eine solche Software hilfreich sein. Die Ergebnisse früherer Untersuchungen können miteinander verglichen und Veränderungen über die Zeit dokumentiert werden. So entsteht im Idealfall eine Art digitales Logbuch über den Zustand der PV-Anlage.

Für Anlagen in der Schweiz mit einigen hundert oder wenigen tausend Modulen sehen wir den entscheidenden Vorteil derzeit jedoch weniger in der vollautomatischen Auswertung. Die manuelle Kontrolle ermöglicht uns, Auffälligkeiten im Zusammenhang mit ihrer Umgebung zu beurteilen, verschiedene Aufnahmen miteinander zu vergleichen und mögliche Fehlinterpretationen auszuschliessen.

Was finden wir bei einer Thermografie in der Praxis?

Wie sieht das nun konkret aus? Was findet man tatsächlich, wenn man mit einer Wärmebildkamera über eine PV-Anlage fliegt?

Bei einer unserer Kontrollen zeigte sich beispielsweise ein kompletter String als auffällig. Während die benachbarten Module unter ähnlichen Bedingungen eine normale thermische Verteilung zeigten, waren bei den Modulen dieses Strings deutliche Unterschiede erkennbar. Eine anschliessende technische Überprüfung bestätigte, dass der String keinen Strom führte.

Für den Betreiber bedeutet ein solcher Fehler nicht nur einen technischen Mangel, sondern vor allem einen Ertragsverlust. Je nachdem, wie lange der Fehler bereits besteht und wie gross der betroffene String ist, kann sich über mehrere Jahre eine beträchtliche Menge nicht produzierter Energie summieren.

Ein anderes Fehlerbild zeigt sich bei einem Hotspot. Dabei erwärmt sich ein kleiner Teil des Moduls deutlich stärker als der Rest. Auf der Wärmebildaufnahme ist dieser Bereich sofort auffällig durch seine Helligkeit und die meist klare Begrenzung. Eine solche Auffälligkeit sollte anschliessend genauer untersucht werden, denn ein Hotspot kann langfristig zu weiteren Schäden am Modul führen und im Extremfall wegen der zum Teil sehr hohen Temperatur auch eine Brandgefahr darstellen.

Auch defekte Bypass-Dioden werden thermografisch sichtbar. Hierbei zeigt sich häufig ein charakteristisches Temperaturmuster mit klaren Kanten über einem Teil des Moduls. Für den Betreiber ist das besonders interessant, weil ein solcher Fehler mit blossem Auge oft überhaupt nicht erkennbar ist. Das Modul sieht optisch völlig normal aus und produziert je nach Ausmass des Defekts weniger Leistung.

Ein weiteres Beispiel sind Glasbrüche. Bei einer grossen Anlage mit vielen hundert Modulen kann ein einzelner Glasbruch irgendwo mitten in der Anlage praktisch unmöglich gezielt gesucht werden. In der Thermografie kann ein solches Modul dagegen durch ein ungewöhnliches Temperaturmuster auffallen.

Genau darin liegt für uns der grosse Nutzen der Drohnenthermografie: Wir müssen nicht zuerst wissen, wo sich ein Fehler befindet. Wir können die gesamte Anlage systematisch erfassen und anschliessend gezielt dort genauer hinschauen, wo die Thermografie eine Auffälligkeit zeigt. Die Drohne ersetzt dabei nicht die technische Fachkontrolle. Sie ist vielmehr ein sehr leistungsfähiges Werkzeug, um grosse Flächen effizient zu untersuchen und Auffälligkeiten sichtbar zu machen, die bei einer normalen Sichtkontrolle möglicherweise über Jahre unentdeckt bleiben.

Bild: defekte Bypass-Diode

Unsere Empfehlung

Bei Ein- und Mehrfamilienhäusern erkennt man oft schon am Stromertrag, ob die Anlage einwandfrei funktioniert. Wir erstellten bereits einen Blog, welcher dieses Thema näher angeht. Bei Industrieanlagen und (abhängig von der Grösse von) Gewerbeanlagen lohnt es sich, alle drei Jahre mal eine Thermografie machen zu lassen.