Kennlinienmessung


Mit einem Kennlinienmessgerät kann man die Leistungsangaben von Herstellern mit der tatsächlich erbrachten Modul- und Strangleistung vergleichen.
In Abbildung 1 ist ein typisches Kennlinienmessgerät für den mobilen Einsatz dargestellt. Auf dem Display liest der Anwender die Kenndaten ab, die er anschließend im Gerät speichern kann. Um die Daten auszuwerten und Rückschlüsse daraus zu ziehen, muss er einen Computer zu Hilfe nehmen.

Abb. 1: Stand der Technik – Kennlinienmessgerät für den mobilen Einsatz (Quelle: HT Instruments)

Abb. 1: Stand der Technik – Kennlinienmessgerät für den mobilen Einsatz (Quelle: HT Instruments)

Die wichtigste Funktion eines Kennlinienmessgeräts ist die Messung der aktuellen Leistung eines Moduls oder eines Strangs. Die Leistung, die ein Solargenerator erzeugt, ist das Produkt aus Strom (I) und Spannung (U). Für eine Kennlinie werden die beiden Größen in einem Koordinatensystem dargestellt. Auf der x-Achse wird die Spannung abgebildet, auf der y-Achse der Strom, der bei dieser Spannung am Modul fließt. Das Ergebnis der grafischen Darstellung ist die Stromspannungskennlinie. Dort, wo das Produkt aus Strom und Spannung maximal ist, befindet sich der „Maximum Power Point“ (MPP), der Punkt der maximalen Leistung. Die Eingangsregelungen des Wechselrichters haben die Aufgabe, Module bei Spannungen und mit Strömen zu betreiben, die möglichst nahe am MPP liegen.

Im Messgerät befindet sich ein zylinderförmiger Kondensator, der als kurzzeitiger Zwischenspeicher dient. Das Modul lädt den Kondensator auf. Der Kondensator lädt sich von null auf die Endspannung der Quelle auf. Bei diesem Aufladevorgang werden die Strom- und Spannungswerte gemessen. Zuerst ist die Spannung klein und der Strom groß. Mit zunehmender Aufladung steigt die Spannung und sinkt der Strom. Eine bestimmte Anzahl von Messwerten zwischen den Eckwerten ergibt die Kennlinie.

Das Kennlinienmessgerät kann nur die Leistung eines Moduls oder eines Strangs bei der gerade herrschenden Sonneneinstrahlung messen. Die Angaben der Hersteller basieren jedoch auf den sogenannten Standardtestbedingungen (STC). Die künstlich erzeugten Bedingungen sehen z.B. eine Sonneneinstrahlung von 1.000 W/m2 und eine Zelltemperatur von 25 °C vor. Diese Laborbedingungen werden in der Realität kaum erreicht. Um das Modul mit den Herstellerangaben vergleichen zu können, müssen die real gemessenen Werte deshalb nach Standardtestbedingungen umgerechnet werden. Hierfür liefern die Messgerätehersteller die entsprechenden Sensoren mit. Aus der Umrechnung erhält man die Nennleistung der realen Anlage, wenn sie unter Standardtestbedingungen betrieben würde.

Die Kennlinienmessung an PV-Generatoren (Modulen, Strings, Arrays) darf einerseits nicht zu schnell verlaufen (hohes dV/dt), da bei schneller Messung (< 20 ms) durch kapazitive/induktive Eigenschaften des Generators bzw. Messaufbaus die gemessene Kennlinie verändert werden kann und nicht mehr allein die Charakteristik des PV-Generators wiedergibt. Auf der anderen Seite darf die Messung nicht zu langsam verlaufen (> 1 Sek.), da sonst die Gefahr von Schwankungen der Einstrahlung während der Messung deutlich zunimmt, welche die Messergebnisse beeinflussen würden. Auch die Modultemperatur ist hiervon betroffen, die zwar relativ träge reagiert, sich aber innerhalb von Sekunden doch ändern kann.