Halo,
Ich habe wirklich schon viel Erfahrung mit PV-Anlagen und jetzt doch mal eine Frage an alle Fachleute bezüglich der in den Modulen eingesetzten Dioden. Die Funktion der Dioden ist mir dabei schon klar.
In vielen Beiträgen tauchen die Dioden als Fehlerquelle in den Anlagen auf. Mir ist das aber noch nicht unter gekommen, bzw. ich weiss gar nicht wie ich eine defekte Diode finde.
Wer hat schon mal defekte Dioden gefunden? Wie macht sich das bemerkbar und wodurch werden die Bauteile zerstört? Sind alle Hersteller von diesen Fehlern betroffen?
Kurt
Defekte Dioden
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Hallo Kurt, ich tendiere zu einem Fehler durch den Alterungsprozess, Bauteilequalität, Überspannungsauswirkungen oder Eindringen von Feuchtigkeit als Hauptursache, aber sicher bin ich mir natürlich dabei nicht. Ich hoffe, hier gibt es einen Elektronikspezialisten, der dir diese Frage beantworten kann.
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Moin,
Erst mal zum Ausfallbild der Dioden. Denke es gibt sowohl den Fall dass die Diode hochohmig als auch niederohmig wird.
Der Ausfall einer Diode dürfte meistens durch eine thermische Belastung provoziert werden. Das Design der Moduldose und ob eine Vergussmasse verwendet wurde dürfte dabei eine wesentlichere Rolle spielen als die Qualität der Diode selbst. Feuchtigkeitsprobleme in der Anschlußdose düften allenfalls Kontaktkorrosion befördern, welche zu Übergangswiderständen und damit zu thermischen Problemen führt. Thermische Belastung kann auch durch einen harten Nahschatten (Lüfterrohr direkt vorm Modul!) provoziert werden.Wenn die Anschlußdose verformt ist wäre das schon ein Indiz.
1. Im Falle der Hochohmigkeit wird man im Betrieb nicht viel merken, im Falle einer Verschattung wird es dann zu Hot Spots bei den Zellen kommen können. Solange das Modul noch nicht weiter geschädigt ist, kann man es nur im Betrieb mit Schatten auf dem Modul und der entsprechenden Zellreihe erkennen. Die Spannung des Stranges sollte experimentell bei stark verschatteten Zellen (z.B. durch eine kurzfristige Pappabdeckung) bei intakten Dioden nur um die Zellspannung der jeweils geschützen Zellstapel sowie weitere 0,4V abfallen während der Strom konstant bleibt. Bei defekten Dioden sinkt die Spannung etwas (hängt von der aktuellen Stromstärke ab), aber der Strom wird sinken. Dies umso stärker je mehr Zellen innerhalb eines Zellstapels betroffen sind.
--> Mit einer Abdeckung, die gleich eine ganze Zellspalte abdeckt und einem Zangenamperemeter kann man bei Sonnenschein also hochohmig gewordene Dioden identifizieren.
2. Im Falle einer Niederohmigkeit wird man im Betreib fast nicht merken, ausser das dem Strang die Spannung des dahinterliegenden Zellstapels komplett fehlt. Das Abdecken des entsprechenden Stapels dürfte zu keiner Veränderung der el. Werte führen. Allerdings muss man dafür die Spannung des Strings beobachten.Zitat
Sind alle Hersteller von diesen Fehlern betroffen?
Im Prinzip ja, aber es sind sicher manche Fehlkonstruktionen auf dem Markt (gewesen), wo halt das thermische Design der Dosen oder die Dichtigkeit nicht gestimmt hat. Die Frage ist es auch, ob eine vergossene Dose langliebiger ist oder evtl. doch die luftgefüllte Dose wo man dann doch eine Diode tauschen kann.
Die Sache dürfte jetzt noch spannender geworden sein, weil die SMA Sunnyboys mit Global Peak die Dioden weit stärker beanspruchen als die vorige Wechselrichtergeneration dies taten. Neben der Schutzfunktion für das Modul werden die Dioden jetzt für Ertragsmaximierung umgenutzt. Insbesondere wenn einige wenige Modul langfristig Schatten ertragen müssen könnte dies ein Problem befördern.
Wenn ein Modulhersteller sind nicht so intensive Gedanken um den langliebigen Betrieb der Dioden gemacht hat könnte sich dies früher oder später die Spreu vom Weizen trennen.Gruß
fischkopp -
Hallo Kurt,
bei den Bypassdioden handelt es sich meines m.E. bei den meisten Modulen um klassische Fehlkonstruktionen.
Bei einem typischem Strom von 5A treten an den Dioden recht hohe Verlustleistungen auf:
normale Diode (0.6V) 3 Watt
Schottky Diode (0.4v) 2 WattIm Sommer duerfte die Temperatur in der Dose > 50°C betragen. Die Diode wird locker >120°C. Das ist auf Dauer nicht gesund. Normalerweise werden solche Bauteile auf einem kleinen Kuehlkoerper befestigt bzw. koennen ihre Verlustleistung ueber die Platine abfuehren.
Das Ganze lebt davon, das die Dioden eigentlich nicht gebraucht werden und wenn ueberhaupt nur fuer kurze Zeit belastet werden.
Bei professionellen Produkten mit Einsatzzeiten >20 Jahren sollten alle Komponenten fuer den Dauerbetrieb ausgelegt werden.Achim
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Zitat von Fischkopp
Der Ausfall einer Diode dürfte meistens durch eine thermische Belastung provoziert werden.
Thermische Belastung kann auch durch einen harten Nahschatten (Lüfterrohr direkt vorm Modul!) provoziert werden.
Die Sache dürfte jetzt noch spannender geworden sein, weil die SMA Sunnyboys mit Global Peak die Dioden weit stärker beanspruchen als die vorige Wechselrichtergeneration dies taten. Neben der Schutzfunktion für das Modul werden die Dioden jetzt für Ertragsmaximierung umgenutzt. Insbesondere wenn einige wenige Modul langfristig Schatten ertragen müssen könnte dies ein Problem befördern.
Hi Fischkopp,was du da erzählst will mir natürlich gar nicht gefallen
Habe ja bei meiner Anlage bewusst auch Schattenflächen in Kauf genommen und z.B. nahe an eine Gaube gebaut bzw. ein anderer string leidet unter einem langsam zurückweichenden Schatten eines Gebäudes. Sprich, viele Module dürften an jedem einzelnen Sonnentag ihre Dioden kräftig beanspruchen und OptitracGlobalPeak habe ich natürlich auch. Ein Modul hat sogar von Sonnenaufgang bis etwa 13 Uhr einen harten Teilschatten quer über das Modul.
Bitte daher nochmal für mich als Elektro-Laie und alltagstauglich:
Heißt das, diese Module werden relativ rasch ganz ausfallen?
Oder zumindest die Leistung des strings stark einbrechen sobald die Dioden kaputt sind?
Kann ich das dann auch ohne die von dir genannten Messungen, die ich gar nicht durchführen kann an einem deutlichen Ertragsverlust feststellen?Ich habe bisher gedacht, dass nur Blitzschläge in der Nähe den Dioden gefährlich werden könnten!
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Also ich habe bei meinen Modulen die
Datenblätter der By-Pass Dioden mir mal genauer angeschaut.
Schotty-Dioden:
Vorwärtsstrom 10A, max. bis zu einer Temperatur von ca. 90°C lt. Kennlinie.
Peak Strom: 275A abbber nur für 8,3ms
Spannungsabfall dabei: 0,7V
Temperaturbereich: -55-150°C im BetriebDa z.B. im Solarmodul normalerweise mind. 3 Gruppen (Zellen) parallel sind (3x24 Zellen =72 pro Modul = ca. 45V)
folgt das sich der max. Modulstrom z.B. 5,5A auch aufteilen muß. Also ca. 1,9A pro Diode, mehr net.
So sollte in den meisten Modulen die verbauten Dioden genügend Leistungsreseven haben. (~25% der max. Last)
Eine termische Belastung (Dose wäre im Sommer >120°C heiß) würde auch zu einer schnelleren Alterung des Halbleiter führen.
Bei einen Verschattung /auch teilweise wäre abbber das Modul a nimmer so warm sprich a die Dose nimmer so heißDa mache ich mir mehr Sorgen um schlecht angeschlossen Dioden oder Korrision in der Dose (Kontaktprobleme ,...)
und somit Erhitzung der Kontakte, und ein Anschmelzen des Kunststoffes
Auch bei Überspannung is natürlich auch jeder Halbleiter beleidigtAusfindig machen kann man ggf. defekte Dioden mit Wärmebildkammeras (kalter Tag mit Sonnenschein, abbber net verschattet,..)
Also Hotspots einiger Zellen oder auch der Dose selbst.Gruß
juben
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hallo,
erst mal vielen Dank für die ausführlichen Antworten.Aber in vielen Beiträgen werden die Dioden als heufig defekt beschrieben. Ihre Anfälligkeit wird als Grund für fachmännischen Wartungsbedarf genannt. Ich sehe aber kaum eine Möglichkeit Defekte bei einer normalen Wartung zu finden (vielleicht noch schlechtes Wetter). Ich habe hier im Forum nur einen Bericht über tatsächlich entdeckte Fehler bei den Dioden gefunden. Übersehe ich diese Fehler denn immer oder kommen sie doch sehr selten vor? Eine Diode ist ja auch ein lange bekanntes zuverlässiges Bauelement. Die Hersteller gehen auch immer mehr zu der vergossenen Bauweise über und zeigen dadurch ihr Vertrauen in diese Bauelemente.
Kurt -
Hallo,
noch eine Anmerkung ( juben
>>Da z.B. im Solarmodul normalerweise mind. 3 Gruppen (Zellen)
>>parallel sind (3x24 Zellen =72 pro Modul = ca. 45V)
>>folgt das sich der max. Modulstrom z.B. 5,5A auch aufteilen muß.
>>Also ca. 1,9A pro Diode, mehr net.Da liegt ein Trugschluß vor: Die Zellen sind alle in Reihe geschaltet. Bei den
Dioden werden dann je 24 Zellen geschützt. Jede Diode kann/muß aber
den vollen Strom (z.B. die 5,5A in Deinem Beispiel) übernehmen können.Generell dürfte die thermische Belastbarkeit der Dioden auf Dauer das
Hauptausfallproblem sein/werden....M.f.G.
solarfan713 -
Moin,
ZitatDa z.B. im Solarmodul normalerweise mind. 3 Gruppen (Zellen) parallel sind (3x24 Zellen =72 pro Modul = ca. 45V)
folgt das sich der max. Modulstrom z.B. 5,5A auch aufteilen muß.
Das dürfte in der Regel falsch sein. Normal sind in einem Modul alle Zellen in Serie. Die Dioden schützen immer nur einen Zellstapel von meist nicht mehr als 20 Zellen. Heutige Module mit 6"-Zellen haben einen Mpp-Strom von 7,5-8 A. Im Verschattungsfall wenn alle drei Zellstapel in dem Modul betroffen sind arbeiten alle Dioden gleichzeitig mit bis zu 8A. Mal die 0,5V forward voltage genommen muß die Anschlußdose 12W Leistung loswerden.amoss
Bitte mal dieses Dokument über Solardioden lesen. Dort heißt esZitat"Einige Normentwürfe (z. B. DIN IEC 61730-2, DIN IEC 61215) schreiben als Test für die Bypass-Dioden eine einstündige DC-Belastung mit dem Modul-Kurzschlussstrom vor, bei einer Umgebungstemperatur von 75°C. Dabei darf die maximal zulässige Sperrschichttemperatur der Diode nicht überschritten werden."
Die Fettung stammt von mir.Zitat
Heißt das, diese Module werden relativ rasch ganz ausfallen?
Könnte sein, hängt aber an vielen Faktoren wie z.B. die Dose gebaut ist, welchen Typs und welche Dimensionierung die Dioden haben etc. Und natürlich in welchen Jahreszeiten der Schatten auftritt. Bei winterlichem Schatten sind die Umgebungstemperaturen einerseits kühler, andererseits werden wohl auch keine max. Ströme erreicht. Gab aber auch schon vor ein paar Jahren Photos von Hot-Spots auf einem Modul direkt im Schattenbereich eines kleinen, aber nahen Lüftungsrohres hier im Forum zu bewundern.Die spannende Frage ist dann, wenn erst eine Diode abfetzt und dann ein Hot Spot entsteht, ob es sich dann noch um einen Garantiefall handelt. Module mit Hot Spots wurden in der Vergangenheit sicher schon häufiger im Rahmen von Garantieleistungen ersetzt. Ob sich dies in der Praxis so hält oder in Zukunft Hot Spots von den Herstellern mit Hinweis auf die Schadensursache "mißbräuchliche Verwendung" abgelehnt wird bleibt abzuwarten.
Gruß
fischkopp -
Oh weh, der Tag ist für mich gelaufen!
Zitat von Fischkoppschreiben als Test für die Bypass-Dioden eine einstündige DC-Belastung mit dem Modul-Kurzschlussstrom vor, bei einer Umgebungstemperatur von 75°C.
hängt aber an vielen Faktoren wie z.B. die Dose gebaut ist, welchen Typs und welche Dimensionierung die Dioden haben etc. Und natürlich in welchen Jahreszeiten der Schatten auftritt.
Tja, bei mir ist das ganzjährig so und kann bei einem Modul im Sommer schon mal von 7 Uhr früh bis 13 Uhr sein
Welche Dioden in meinen Modulen (siehe Signatur) verbaut sind, keine Ahnung. In den Datenblättern steht gar nix drin, noch nicht mal die Anzahl der Dioden. Und es steht auch nix davon drin, dass Schatten für die Module schädlich sein könnte. Ich höre das ehrlich gesagt zum ersten Mal, deswegen bin ich auch so geschockt!Zitat von FischkoppPhotos von Hot-Spots auf einem Modul direkt im Schattenbereich eines kleinen, aber nahen Lüftungsrohres hier im Forum zu bewundern.
Wobei solche Schattensituationen ja Alltag sind - überall sieht man Anlagen mit irgendwelchen Schatten. In der Nachbarschaft ist sogar einer, der hat um so einen Strommasten, der auf seinem Dach steht ringsum gebaut, d.h. er hat zu jeder Tageszeit mehrere Module, über die quer!! ein harter, 10cm breiter Schatten des Mastens verläuft, quasi wie bei einer Sonnenuhr!Zitat von Fischkoppoder in Zukunft Hot Spots von den Herstellern mit Hinweis auf die Schadensursache "mißbräuchliche Verwendung" abgelehnt wird bleibt abzuwarten.
Das wäre ja echt der Hammer, schließlich steht in den Anleitugnen nirgends, dass man Schatten meiden sollte! Und Gauben sind doch der Standardfall, sowas dürfte hunderttausendfach in Deutschland vor kommen, vielleicht nicht ganz so lange wie bei mir aber trotzdem.