Thermografische Untersuchung mit Drohne

Bei einer thermografischen Untersuchung mit Drohne wird eine Infrarotkamera über die PV-Anlage geführt, um Temperaturmuster an Modulen und ausgewählten Betriebsmitteln aufzuzeichnen. Das Ergebnis sind thermische Bilddaten, die zeigen können, welche Bereiche unter den aktuellen Bedingungen wärmer oder kälter erscheinen als geeignete Vergleichsflächen.

Die Kamera misst dabei keine elektrische Leistung und keinen Isolationswiderstand. Sie erfasst thermisches Verhalten an der Oberfläche. Elektrische, physikalische und umgebungsbedingte Zustände können dieses Verhalten beeinflussen.

Ein Wärmebild ist deshalb immer eine Beobachtung im Kontext des Betriebszustands. Ein warmer Modulbereich kann relevant sein, aber die Ursache muss getrennt untersucht werden.

Für eine belastbare Prüfung sollten auch Positions- und Aufnahmedaten erhalten bleiben. Ein thermischer Befund ohne eindeutige Zuordnung zu Reihe, Modul oder Strang ist für die spätere Instandhaltung nur eingeschränkt nutzbar.

Sichtbilder können den thermischen Datensatz ergänzen. Sie helfen zu erkennen, ob Verschmutzung, Vegetation, Schatten oder ein sichtbarer Schaden an derselben Stelle vorhanden sind.

Große PV-Freiflächen bestehen aus vielen wiederkehrenden Modulen und Strängen. Eine Drohne kann diese Flächen systematisch erfassen und auffällige Bereiche markieren, bevor ein Team jedes einzelne Modul vom Boden aus prüft.

Dadurch lässt sich die Suche stärker auf Bereiche konzentrieren, für die bereits ein technischer Hinweis vorliegt. Monitoringdaten, thermische Auffälligkeiten und sichtbare Schäden können gemeinsam genutzt werden, um die nächste Vor-Ort-Prüfung gezielt vorzubereiten.

Thermografie aus der Luft eignet sich besonders für die räumliche Lokalisierung. Module, Zellbereiche oder Stränge, die unter vergleichbaren Bedingungen anders erscheinen, können mit ihrer Position dokumentiert werden.

Die praktische Eignung hängt jedoch von Standort und Fragestellung ab. Kleine Anlagen, stark eingeschränkter Luftraum, schwierige Wetterbedingungen oder ein Problem, das ohnehin direkt elektrisch geprüft werden muss, können den Nutzen einer Befliegung reduzieren.

Die Methode ist daher kein universeller Ersatz für Begehung oder elektrische Prüfung. Sie ist ein Werkzeug zur Flächenerfassung und zur Priorisierung weiterer Untersuchungen.

Die Planung beginnt mit dem Prüfziel. Soll nur nach Modulmustern gesucht werden oder müssen kleinere Zellbereiche erkennbar sein? Diese Entscheidung beeinflusst Flughöhe, Kamera, Objektiv, Route und gewünschte Zielauflösung.

Mit zunehmender Flughöhe steigt die abgedeckte Fläche pro Bild, während der Detailgrad sinkt. Für Zellmuster kann deshalb eine andere Route erforderlich sein als für eine reine Modulübersicht.

Auch die Routenwiederholung sollte geplant werden, wenn spätere Vergleichsprüfungen vorgesehen sind. Gleiche oder ähnliche Flugwege können helfen, denselben Bereich erneut zu erfassen. Sie garantieren aber keine Vergleichbarkeit, wenn sich Einstrahlung, Wind oder Modultemperatur deutlich unterscheiden.

Vor dem Flug müssen außerdem Wetter, Hindernisse, Standortzugang und Flugbetrieb berücksichtigt werden. Ein technisch möglicher Flug ist nicht automatisch ein gutes thermografisches Messfenster.

IEC 62446-3 behandelt bei der Prüfung von PV-Systemen im Außenbereich unter anderem Ausrüstung, Umgebungsbedingungen, Verfahren, Personalkompetenz und Berichtswesen. Die Route sollte daher als Bestandteil des Prüfverfahrens verstanden werden.

Einstrahlung ist eine der wichtigsten Größen für die thermografische Bewertung. Sie beeinflusst den elektrischen Betrieb der Module und damit die Temperaturmuster, die bei bestimmten Fehlerzuständen entstehen können.

Wind verändert die Kühlung der Moduloberfläche. Bei stärkerem Wind kann eine lokale Temperaturabweichung weniger deutlich erscheinen als unter ruhigeren Bedingungen. Eine reine Temperaturdifferenz ohne Windkontext kann deshalb missverständlich sein.

Wolken verursachen schnelle Änderungen der Einstrahlung. Ein Modul kann sich nach einem Wolkenwechsel noch aufheizen oder abkühlen, sodass zwei unmittelbar nacheinander aufgenommene Reihen nicht zwingend unter denselben thermischen Bedingungen stehen.

Die Modultemperatur sollte ebenfalls berücksichtigt werden. IEC 62446-3 gibt kein einheitliches Temperaturintervall vor, das für jede PV-Anlage als allgemeine Akzeptanzgrenze gilt.

Auch der Blickwinkel beeinflusst das Bild. Glasflächen reflektieren thermische Strahlung aus Himmel, Gelände, Gebäuden oder anderen Objekten. Eine auffällige Fläche muss deshalb auf mögliche Reflexionen geprüft werden.

Vergleichbarkeit entsteht aus dokumentierten Bedingungen und geeigneter Geometrie, nicht allein aus der Tatsache, dass dieselbe Drohne eingesetzt wurde.

Nach dem Flug müssen Bilder zunächst einem Ort zugeordnet werden. Reihe, Modul, Strang oder Betriebsmittel sollten eindeutig identifizierbar sein, damit eine spätere Bodenprüfung ohne erneute Suche möglich ist.

Die erste Sichtung sollte Kandidaten markieren. Dazu können warme Zellbereiche, ungewöhnliche Modulflächen, auffällige Stränge oder erwärmte Verbindungen gehören. Diese Kandidaten sind noch keine bestätigten Fehler.

Im nächsten Schritt werden Artefakte ausgeschlossen. Reflexion, schlechte Fokussierung, zu geringe Auflösung, Wolkenwechsel oder ungeeigneter Blickwinkel können thermische Muster erzeugen, die zunächst wie technische Befunde aussehen.

Sichtbilder und Monitoringdaten helfen bei dieser Bewertung. Zeigt das Sichtbild eine Verschattung an genau derselben Stelle, muss das thermische Muster anders interpretiert werden als bei einem sauberen und unverschatteten Modul.

Erst nach dieser Prüfung wird entschieden, ob eine elektrische Verifikation erforderlich ist. Das kann eine Strom-, Spannungs-, I-U-, Isolations- oder andere gezielte Messung sein.

Ein prüfbarer Befund verbindet damit Bild, Ort, Bedingungen und fachliche Bewertung.

Thermische Daten belegen keine Ursache allein aus dem Bild. Eine warme Zelle, ein auffälliger Strang oder eine erwärmte Verbindung kann mehrere mögliche elektrische oder physikalische Ursachen haben.

Thermografie misst auch keinen vollständigen elektrischen Zustand. Polarität, Isolationswiderstand, Kurzschlussstrom, Leerlaufspannung, Schutzleiterdurchgängigkeit und I-U-Kennlinie sind eigenständige elektrische Größen.

Ein unauffälliges Wärmebild beweist deshalb nicht, dass alle elektrischen Eigenschaften korrekt sind. Manche Fehler erzeugen keinen klaren Temperaturkontrast oder treten nur intermittierend auf.

Ein einzelner Flug ist außerdem keine kontinuierliche Überwachung. Die Drohne erfasst die Anlage in einem begrenzten Zeitraum. Fehler können vorher oder nachher auftreten oder während der Aufnahme vorübergehend nicht aktiv sein.

Software kann thermische Kandidaten markieren und sortieren, aber nicht automatisch deren Ursache bestätigen. Menschliche Sichtung und gegebenenfalls elektrische Prüfung bleiben erforderlich.

Bei einer sehr kleinen und gut zugänglichen PV-Fläche kann eine direkte Bodenprüfung einfacher und technisch angemessener sein. Der Aufwand für Flugplanung, Startbereich und Datenauswertung muss zum Umfang der Aufgabe passen.

Bei einem akuten elektrischen Fehler kann ebenfalls eine unmittelbare elektrische Maßnahme Vorrang haben. Meldet ein Wechselrichter beispielsweise einen sicherheitsrelevanten Zustand oder ist ein beschädigtes DC-Betriebsmittel offensichtlich, sollte die erforderliche Freischaltung beziehungsweise elektrische Prüfung nicht durch eine Befliegung verzögert werden.

Auch ungeeignete Wetterbedingungen sprechen gegen die Aufnahme. Starker Wind, schnell wechselnde Bewölkung oder unzureichende Einstrahlung können Daten erzeugen, die später kaum belastbar zu interpretieren sind.

Flugbeschränkungen, Hindernisse oder fehlende sichere Start- und Landezonen können den Einsatz ebenfalls unpraktisch machen. In solchen Fällen kann eine bodengebundene Thermografie oder direkte elektrische Prüfung zielführender sein.

Die Wahl des Werkzeugs sollte deshalb der technischen Frage folgen. Nicht jede PV-Prüfung wird besser, nur weil eine Drohne verfügbar ist.