Eine PV-Anlage verliert Ertrag, und vom Boden aus sieht alles normal aus. Genau das ist der Regelfall: Die meisten Modulfehler sind optisch unauffällig und zeigen sich erst als Temperaturunterschied. Eine Drohne mit Wärmebildkamera macht die Anlage in wenigen Minuten sichtbar, wo man sonst Modul für Modul messen müsste.
Das Wichtigste in Kürze
- Drei Fehlerbilder tragen die Auswertung: einzelne heiße Zelle (Hotspot), warmer Block über mehrere Zellen (Bypass-Diode), gleichmäßig warmes Modul (kein Stromfluss).
- Die Anlage muss laufen. Als Untergrenze gilt ein Betrieb bei mindestens 20 % der Nennleistung, angestrebt wird eine Einstrahlung ab etwa 600 W/m².
- 640 × 512 Pixel haben sich als Sensorformat durchgesetzt, und die Kamera muss radiometrisch messen statt nur einzufärben.
- DIN IEC/TS 62446-3 (VDE V 0126-23-3) regelt Bedingungen, Sensorik und Dokumentation der Prüfung.
- Ab rund 179 € netto beginnen Angebote für kleine Aufdachanlagen, meist zuzüglich Anfahrt.
Warum Wärme der bessere Indikator ist als das Auge
Ein Photovoltaikmodul wandelt Licht in Strom. Alles, was diese Umwandlung stört, wird stattdessen zu Wärme. Ein Zellbruch, ein korrodierter Kontakt, eine schadhafte Lötstelle, eine dauerhaft verschattete Zelle: In jedem dieser Fälle fließt Strom durch einen erhöhten Widerstand, und dieser Widerstand heizt.
Der Effekt ist messbar, lange bevor er sichtbar wird. Ein Hotspot kann 20 bis 40 Kelvin über der Umgebungstemperatur des Moduls liegen, während das Modul von außen unbeschädigt aussieht. Genau darin liegt der Wert der Methode: Sie findet Fehler in einem Stadium, in dem sie noch Ertrag kosten und noch nicht das Modul zerstört haben.
Die zweite Stärke ist die Fläche. Eine elektrische Kennlinienmessung je String ist genau, aber langsam. Eine Befliegung erfasst mehrere tausend Module am Stück und liefert eine Karte, auf der die auffälligen Stellen markiert sind. Die aufwendige Einzelmessung beschränkt sich danach auf die Treffer.
Die drei Fehlerbilder, die man kennen muss
Die Auswertung eines Wärmebildes läuft über Muster. Wie die Wärme im Modul verteilt ist, verrät die Ursache oft schon vor jeder Messung.
Die Verteilung der Wärme über das Modul verrät die Ursache, ihre Höhe verrät die Dringlichkeit.
Die einzelne heiße Zelle ist der klassische Hotspot. Eine Zelle liefert weniger Strom als ihre Nachbarn und wird von ihnen in Sperrrichtung betrieben. Sie verheizt dann die Leistung der ganzen Zellreihe. Ursachen sind Zellbrüche, Mikrorisse, Vogelkot, Laubablagerungen oder eine dauerhafte Teilverschattung durch einen Kamin. Bleibt der Zustand bestehen, führt er zu Delamination und im schlimmsten Fall zu Schmorschäden.
Der warme Block über mehrere Zellen zeigt einen abgeschalteten Substring. Moderne Module sind in drei Substrings unterteilt, jeder mit einer eigenen Bypass-Diode. Fällt eine Diode aus oder wird ein Substring überbrückt, erwärmt sich genau dieser rechteckige Bereich. Das Muster ist unverwechselbar, weil es exakt der Zellaufteilung folgt.
Das gleichmäßig warme Modul ist der Hinweis auf fehlenden Stromfluss. Ein Modul, das keine Leistung abgibt, wandelt das gesamte einfallende Licht in Wärme. Ursachen sind gelöste Steckverbinder, Kabelschäden oder ein Stringfehler weiter oben in der Verschaltung. Solche Module liegen typischerweise 3 bis 10 Kelvin über den Nachbarmodulen.
Ein viertes Muster ist die PID-Signatur, bei der die Erwärmung innerhalb eines Strings mit dem Abstand zum Rahmen zunimmt. Sie tritt über den ganzen String verteilt auf und ist der Grund, warum die Prüfung immer die komplette Anlage erfassen sollte statt einzelner Verdachtsmodule.
Was die Kamera können muss
Bei Wärmebildkameras entscheiden drei Eigenschaften darüber, ob die Aufnahmen verwertbar sind.
| Eigenschaft | Anforderung | Warum |
|---|---|---|
| Sensorformat | 640 × 512 px etabliert, 320 × 256 px als Untergrenze | bestimmt, aus welcher Höhe eine Zelle noch auflösbar ist |
| Messart | radiometrisch | speichert je Pixel einen Temperaturwert statt nur eine Farbe |
| Thermische Auflösung | NETD im Bereich 50 mK | trennt kleine Temperaturunterschiede vom Rauschen |
Radiometrisch ist dabei der Punkt, den viele unterschätzen. Eine Kamera, die nur ein Falschfarbenbild liefert, zeigt Auffälligkeiten, lässt aber keine Aussage über die Temperaturdifferenz zu. Genau die verlangt aber jede Bewertung nach Norm, denn ob ein Modul 3 oder 30 Kelvin zu warm ist, entscheidet über die Dringlichkeit.
Die Sensorgröße bestimmt indirekt die Flugzeit. Mit einem 640er-Sensor lässt sich aus größerer Höhe fliegen, ein Bild deckt mehr Module ab, und die Anlage ist schneller erfasst. Mit einem 320er-Sensor halbiert sich die zulässige Höhe für dieselbe Bodenauflösung, und die Zahl der Bilder vervierfacht sich.
Welche Modelle im Markt überhaupt eine solche Kamera mitbringen und wo die Preisstufen liegen, steht im Ratgeber Drohne mit Wärmebildkamera.
Die Bedingungen, ohne die das Bild nichts aussagt
Thermografie an PV-Anlagen ist eine Messung unter Last. Ohne Stromfluss gibt es keine Verlustwärme und damit nichts zu sehen.
Einstrahlung. Die Anlage muss mindestens 20 Prozent ihrer Nennleistung liefern, damit Temperaturunterschiede überhaupt entstehen. In der Praxis zielt man auf 600 W/m² und mehr, also auf einen klaren Tag um die Mittagszeit.
Bewölkung. Ziehende Wolken verändern die Einstrahlung während des Flugs. Das Ergebnis sind Temperaturunterschiede zwischen Bildern, die nichts mit Defekten zu tun haben. Gleichmäßige Bedingungen sind wichtiger als maximale Sonne.
Wind. Er kühlt die Module ungleichmäßig und schwächt schwache Signaturen ab. Nebenbei kostet er Flugstabilität, was bei einer Befliegung bei Wind ohnehin zu berücksichtigen ist.
Blickwinkel. Glas reflektiert im Infrarotbereich. Zu flache Blickwinkel spiegeln den Himmel in die Kamera und erzeugen Scheinsignaturen. Deshalb wird möglichst senkrecht von oben fotografiert, mit begrenzter Abweichung.
Sauberkeit. Ein verschmutztes Modul erzeugt Signaturen, die nach Defekt aussehen. Vor einer Prüfung mit Gewährleistungsbezug gehört die Anlage gereinigt.
Der Ablauf einer Befliegung
Der Flug selbst ist der kürzeste Teil. Eine typische Aufdachanlage mit 30 Modulen ist in wenigen Minuten erfasst, die Vorbereitung und die Auswertung dauern länger.
1. Planung. Anlagenlage prüfen, Zonen und Genehmigungen klären, Wetterfenster festlegen. Ob der Startplatz überhaupt frei ist, klärt ein Blick auf die Flugverbotszonen.
2. Rasterflug. Die Drohne fliegt das Modulfeld in Bahnen ab, mit festgelegter Höhe und definierter Bildüberlappung. Solche Flüge laufen in der Regel automatisiert als Wegpunkt-Mission, damit Höhe, Geschwindigkeit und Abstand über die gesamte Anlage gleich bleiben.
3. Aufnahme. Wärmebild und normales Farbbild werden parallel aufgenommen. Das Farbbild ist für die Zuordnung wichtig, denn ein Wärmebild allein sagt nicht, welches Modul in welcher Reihe gemeint ist.
4. Auswertung. Die radiometrischen Bilder werden zu einer Karte zusammengesetzt, Auffälligkeiten markiert und nach Temperaturdifferenz klassifiziert. Am Ende steht ein Bericht mit Fundstellen, GPS-Koordinaten und einer Empfehlung je Befund.
Was es kostet und wann sich eine eigene Drohne lohnt
Dienstleister rechnen bei kleinen Aufdachanlagen pauschal ab, mit Angeboten ab etwa 179 Euro netto zuzüglich Anfahrt. Bei größeren Anlagen richtet sich der Preis nach Modulzahl, Fläche oder installierter Leistung, und der Umfang der Dokumentation schlägt zusätzlich zu Buche.
Dem gegenüber steht die Anschaffung. Eine Drohne mit radiometrischer Wärmebildkamera in der etablierten 640er-Klasse liegt im vierstelligen bis fünfstelligen Bereich. Rechnet man Prüfungen im Abstand von zwei bis vier Jahren, amortisiert sich das für eine einzelne Anlage nicht.
Sinnvoll wird der Kauf in drei Fällen: bei einem eigenen Anlagenbestand mit vielen Standorten, im Anlagenbau und in der Wartung, wo die Prüfung Teil der Dienstleistung ist, und dort, wo die Drohne ohnehin für andere Aufgaben angeschafft wird. Wärmebild ist selten der einzige Zweck. Dachinspektion, Bauüberwachung und Leckortung nutzen dieselbe Ausrüstung, wie der Ratgeber zur Dachvermessung mit der Drohne zeigt.
Rechtliches: was beim Befliegen gilt
Für den Flug über der eigenen Anlage gelten die normalen Regeln der Offenen Kategorie: Registrierung ab 250 Gramm, Kompetenznachweis, 120 Meter Höhengrenze, Versicherungspflicht. Wärmebildkameras der genannten Klasse sitzen allerdings an Drohnen jenseits von zwei Kilogramm, sodass die strengeren Unterkategorien greifen.
Zwei Punkte kommen dazu:
Gewerblicher Flug. Sobald jemand für die Befliegung bezahlt wird, braucht er eine gewerbliche Haftpflicht. Die Details stehen im Ratgeber Drohne gewerblich nutzen.
Fremde Grundstücke. Freiflächenanlagen liegen oft in der Nähe von Wohnbebauung oder Schutzgebieten. Der Flugweg sollte deshalb im Vorfeld geprüft werden, besonders wenn er über fremde Grundstücke führt.
Fazit: eine Messung mit klaren Bedingungen
Die Thermografie per Drohne ist bei PV-Anlagen das schnellste Verfahren, um defekte Module in einem großen Feld zu finden. Der Erfolg hängt aber an Bedingungen, die sich nicht verhandeln lassen: Die Anlage muss unter Last stehen, die Kamera muss radiometrisch messen, und die Auswertung braucht jemanden, der die Muster lesen kann.
Für die eigene Aufdachanlage ist der Dienstleister der richtige Weg. Wer regelmäßig prüft oder ohnehin eine Drohne mit Wärmebildkamera einsetzt, findet in der PV-Prüfung eine der Anwendungen, die die Anschaffung rechtfertigen.
Häufige Fragen
Was sieht man auf dem Wärmebild einer PV-Anlage?
Sichtbar wird jede Stelle, an der elektrische Energie in Wärme statt in Strom umgesetzt wird. Typisch sind drei Muster: eine einzelne heiße Zelle als Hotspot, ein rechteckiger warmer Block über mehrere Zellen als Hinweis auf eine defekte Bypass-Diode und ein gleichmäßig erwärmtes Modul, das keinen Strom mehr abgibt. Auch Verschattung, Verschmutzung und Zellbrüche zeichnen sich als Temperaturunterschiede ab.
Welche Auflösung braucht die Wärmebildkamera?
Für die Erkennung einzelner Zellen hat sich ein Sensor mit 640 × 512 Pixeln durchgesetzt. Kameras mit 320 × 256 Pixeln liefern brauchbare Übersichten, verlangen aber halbe Flughöhe für dieselbe Bodenauflösung und damit die doppelte Anzahl an Bildern. Wichtig ist außerdem, dass die Kamera radiometrisch arbeitet, also je Pixel einen Temperaturwert speichert statt nur ein Falschfarbenbild.
Bei welchem Wetter funktioniert die PV-Thermografie?
Die Anlage muss Strom liefern, sonst gibt es keine Temperaturunterschiede zu sehen. Als Untergrenze gilt ein Betrieb bei mindestens 20 Prozent der Nennleistung, in der Praxis wird eine Einstrahlung ab etwa 600 W/m² angestrebt. Dazu kommen möglichst wolkenfreier Himmel, wenig Wind und ein Zeitfenster um die Mittagsstunden.
Was regelt die DIN IEC/TS 62446-3?
Die Norm, in Deutschland als VDE V 0126-23-3 geführt, legt fest, unter welchen Bedingungen, mit welchen Sensoren und mit welcher Genauigkeit eine thermografische Prüfung von PV-Anlagen durchzuführen und zu dokumentieren ist. Sie definiert damit den Unterschied zwischen einem hübschen Wärmebild und einem verwertbaren Prüfbericht.
Was kostet eine Drohnen-Thermografie der PV-Anlage?
Für kleine Aufdachanlagen starten Angebote bei rund 179 Euro netto, wobei die Anfahrt oft gesondert berechnet wird. Der Preis steigt mit Anlagengröße, Zahl der Module und Umfang der Dokumentation. Für Freiflächenanlagen wird meist nach Megawatt-Peak oder nach Fläche abgerechnet.
Lohnt sich eine eigene Wärmebild-Drohne?
Für die eigene Anlage praktisch nie. Eine Drohne mit radiometrischer Wärmebildkamera kostet ein Vielfaches der Prüfung durch einen Dienstleister, und die Auswertung verlangt Erfahrung mit den Fehlerbildern. Sinnvoll wird die Anschaffung erst bei regelmäßiger gewerblicher Nutzung, etwa im Anlagenbau, in der Wartung oder bei einem eigenen Anlagenbestand.
Wie oft sollte eine PV-Anlage thermografisch geprüft werden?
Eine Prüfung nach der Inbetriebnahme deckt Montage- und Transportschäden auf, solange die Gewährleistung greift. Danach ist ein Turnus von zwei bis vier Jahren üblich, bei Freiflächenanlagen und gewerblichen Anlagen häufiger. Ein zusätzlicher Anlass ist immer ein unerklärlicher Ertragsrückgang.
Braucht die Thermografie-Befliegung eine Genehmigung?
Über dem eigenen Grundstück und außerhalb von Schutz- und Sperrzonen genügen die üblichen Pflichten der Offenen Kategorie. Sobald ein Dienstleister gegen Bezahlung fliegt, kommt eine gewerbliche Haftpflicht dazu. Liegt die Anlage in einer geografischen UAS-Zone, in Flughafennähe oder in einem Schutzgebiet, ist vorher eine Erlaubnis nötig.