Impedanzspektroskopie an Photovoltaikanlagen

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der komplexwertigen Impedanzspektroskopie an Photovoltaik (PV)-Anlagen. Dabei ist das übergeordnete Ziel eine Methode zu entwickeln, um den PV-Generator in seinen Eigenschaften zu überwachen und Fehlerzustände frühzeitig zu erkennen. Das im Rahmen dieser Arbeit entstandene Impedanzmesssystem (IMS) ermöglicht die Vermessung der komplexwertigen Impedanz von PV-Generatoren auf hohen DC-Strömen und -Spannungen im Betrieb der PV-Anlage und in beliebigen Arbeitspunkten. Dadurch konnte eine Systemanalyse an ausgewählten Testfeldern durchgeführt werden, um die unterschiedlichen Einflussfaktoren auf die komplexwertige Impedanz des PV-Generators zu untersuchen. Aus den Ergebnissen der Systemanalyse ist ein Systemmodell hervorgegangen, welches das dynamische Verhalten von PV-Generatoren unterschiedlicher Modultechnologien beschreibt. Durch die Identifikation der Parameter des Systemmodells kann der Zustand des PV-Generators bestimmt und eine umfassende Diagnose ausgeführt werden. Innerhalb der Arbeit richtet sich der Fokus der komplexwertigen Impedanzspektroskopie auf die Erkennung und Klassifizierung von Lichtbögen. Diese besitzen die Eigenschaft, ein breitbandiges Stromspektrum zu emittieren, welches in den meisten heute verfügbaren Lichtbogendetektionen im Zeitbereich ausgewertet wird. Eine durchgeführte Lichtbogencharakterisierung sowie Impedanzmessungen an PV-Generatoren zeigen, dass ein direkter Zusammenhang zwischen dem Stromspektrum des Lichtbogens und der Impedanz des PV-Generators besteht. Mit Hilfe der komplexwertigen Impedanzspektroskopie ist eine Beschreibung der Korrelation beider Größen entstanden. Diese ermöglicht die Vorhersage des Lichtbogenstroms, wodurch eine an die individuellen Eigenschaften der PV-Anlage angepasste Lichtbogendetektion realisiert werden kann. Darüber hinaus zeigt ein erarbeiteter Verfahrensansatz die Lichtbogenklassifizierung aus der Impedanzmessung selbst. Dabei werden die Arbeitspunktverschiebungen des PV-Generators bei Auftreten eines Lichtbogens als Unterscheidungsmerkmal zwischen den Lichtbogentypen verwendet. Die Lichtbogenklassifizierung stellt eine wesentliche Voraussetzung dar, um sowohl Serien- als auch Parallellichtbögen sicher behandeln zu können.