PV-Strangstrom vergleichen: Teilverschattung, Bypassdioden und Anschlussfehler erkennen

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Unterschiedliche Ströme in vermeintlich identischen PV-Strings sind ein wertvoller Hinweis – aber noch keine eindeutige Fehlerdiagnose. Der Strom eines Strings wird nicht nur von defekten Modulen oder schlechten Kontakten beeinflusst, sondern ebenso von Einstrahlung, Verschattung, Modultemperatur, Ausrichtung und dem jeweiligen Arbeitspunkt des Wechselrichters. Wer lediglich nacheinander eine Stromzange ansetzt und die Zahlen vergleicht, kann deshalb einen intakten String fälschlich beanstanden oder einen sporadischen Fehler übersehen.

Dieser Beitrag zeigt, wie sich PV-Stringströme unter vergleichbaren Bedingungen messen und auswerten lassen. Er erklärt, welche Messgröße für welche Frage geeignet ist, wie Teilverschattung und Bypassdioden das Ergebnis verändern und wann Spannung, Thermografie oder eine I-U-Kennlinie zur Absicherung der Diagnose erforderlich sind.

Warum PV-Stringströme vergleichen?

Bei parallel an einen Wechselrichter oder Generatoranschlusskasten angeschlossenen Strings ist der Stromvergleich eine schnelle Plausibilitätsprüfung. Strings mit gleicher Modulzahl, gleichem Modultyp, gleicher Ausrichtung und ähnlichen Umgebungsbedingungen sollten bei identischem Arbeitspunkt ähnliche Ströme liefern. Ein deutlich abweichender Wert kann unter anderem auf folgende Ursachen hinweisen:

• Teilverschattung oder starke Verschmutzung einzelner Module,
• aktivierte oder defekte Bypassdioden,
• lose, korrodierte oder nicht vollständig gesteckte DC-Verbindungen,
• beschädigte Leitungen, Module oder Zellverbinder,
• ausgelöste oder hochohmig gewordene Stringsicherungen,
• falsche Stringzuordnung, unterschiedliche Modulanzahl oder Verpolung,
• unterschiedliche MPPT-Zustände beziehungsweise eine Leistungsbegrenzung des Wechselrichters.

Der Vergleich ist besonders nützlich, weil er keine exakte Ertragsprognose voraussetzt. Er nutzt die übrigen, konstruktiv gleichen Strings als Referenz. Das funktioniert jedoch nur, wenn die Vergleichsbedingungen bekannt sind und während der Messung weitgehend stabil bleiben.

Betriebsstrom, Kurzschlussstrom und Kennlinie unterscheiden

„Stringstrom“ kann drei unterschiedliche Dinge bedeuten. Diese Messgrößen dürfen bei der Bewertung nicht vermischt werden:

Messgröße	Messzustand	Aussage
Betriebsstrom	String ist mit dem Wechselrichter verbunden und arbeitet am aktuellen MPPT-Arbeitspunkt.	Schneller Vergleich im laufenden Betrieb; Ergebnis hängt von Einstrahlung und Wechselrichterregelung ab.
Kurzschlussstrom ISC	String wird über ein dafür vorgesehenes PV-Prüfgerät kontrolliert kurzgeschlossen.	Funktionsprüfung und Vergleich mit Referenz- oder Herstellerwerten; nur mit geeignetem Prüfablauf.
I-U-Kennlinie	Ein Kennlinienmessgerät durchfährt definierte Strom- und Spannungswerte.	Zeigt Form, Knicke, MPP, Leistung und Fehlanpassungen; ermöglicht die fundierteste Leistungsdiagnose.

Für eine schnelle Fehlersuche eignet sich zunächst der berührungslose Betriebsstromvergleich. Bei auffälligen Ergebnissen folgen Leerlaufspannung, Kurzschlussstrom oder Kennlinienmessung. Die IEC 62446-1 beschreibt Dokumentation, Inbetriebnahmeprüfungen und Inspektionskriterien für netzgekoppelte PV-Systeme. Maßgeblich bleiben stets die aktuelle nationale Umsetzung, die Herstellerangaben und die betriebliche Gefährdungsbeurteilung.

Wann sind zwei Strings vergleichbar?

Ein belastbarer Vergleich setzt voraus, dass die Strings elektrisch und geometrisch gleich aufgebaut sind. Zu prüfen sind Modultyp, Modulanzahl, Nennleistung, Orientierung, Neigung, Kabellänge und Verschaltung. Strings an unterschiedlichen Dachflächen, mit verschiedenen Modulgenerationen oder an getrennten MPP-Trackern bilden keine unmittelbare Vergleichsgruppe.

Auch identische Strings sind nur dann sinnvoll vergleichbar, wenn sie zur Messzeit ähnlich bestrahlt werden. Ziehende Wolken, Gebäudeschatten, Kamine, Vegetation, Antennen oder Schmutz können die Werte innerhalb weniger Sekunden verändern. Messungen sollten deshalb möglichst zeitgleich erfolgen. Ist nur ein Messgerät verfügbar, werden die Strings in kurzer Folge gemessen und die Einstrahlung parallel protokolliert. Bei schnell wechselnder Bewölkung ist die Messreihe zu wiederholen.

Sicherheit bei Messungen auf der DC-Seite

Achtung: PV-Module erzeugen bei Lichteinfall Spannung. Das Abschalten des Wechselrichters macht die DC-Leitungen auf der Generatorseite nicht automatisch spannungsfrei. Arbeiten und Prüfungen dürfen nur qualifizierte Personen nach festgelegtem Verfahren durchführen.

• Messgerät, Stromzange, Leitungen und Adapter müssen für maximale DC-Spannung, Strom, Messkategorie und Einsatzumgebung geeignet sein.
• Die persönliche Schutzausrüstung ist aus Gefährdungsbeurteilung und Anlagenzustand abzuleiten.
• Steckverbinder oder Sicherungshalter dürfen nicht unter Last getrennt werden, sofern sie dafür nicht ausdrücklich ausgelegt sind und das Verfahren dies nicht vorsieht.
• Vor dem Öffnen eines Stromkreises wird der Strom mit einem geeigneten DC-Messgerät geprüft.
• Kurzschlussstrommessungen erfolgen ausschließlich mit einem dafür vorgesehenen PV-Prüfgerät innerhalb seiner Grenzwerte.
• Beschädigte, feuchte oder thermisch auffällige Komponenten werden nicht ohne vorherige Sicherungsmaßnahmen berührt.

Die Wartungsnorm IEC 62446-2 umfasst vorbeugende und korrektive Wartung, Fehlersuche sowie Arbeitssicherheit. Sie ersetzt jedoch weder lokale Vorschriften noch anlagenspezifische Arbeitsanweisungen.

Betriebsstrom mit der DC-Stromzange messen

Eine DC-Stromzange ermöglicht die Messung, ohne den String zu öffnen. Entscheidend ist die richtige Anwendung:

1. Anlagenplan, Stringkennzeichnung und Messstelle prüfen.
2. Geeigneten DC-Strombereich wählen und die Zange nach Herstellerangabe nullen beziehungsweise entmagnetisieren.
3. Nur einen Leiter umfassen – entweder Plus oder Minus. Werden Hin- und Rückleiter gemeinsam umfasst, heben sich ihre Magnetfelder weitgehend auf.
4. Zangenbacken vollständig schließen, den Leiter möglichst mittig positionieren und Abstand zu benachbarten stromführenden Leitern halten.
5. Wert erst nach Stabilisierung ablesen und Stromrichtung beziehungsweise Vorzeichen dokumentieren.
6. Alle vergleichbaren Strings nach demselben Verfahren und an einer gleichartigen Messstelle erfassen.

Für typische Stringströme ist nicht nur der maximale Messbereich wichtig. Auflösung, Grundgenauigkeit, Nullpunktdrift und Störeinfluss bestimmen, ob sich kleine Unterschiede zuverlässig erkennen lassen. Eine 1000-A-Stromzange kann zwar ausreichend spannungsfest sein, muss im unteren Strombereich aber dennoch die erforderliche Auflösung bieten.

Einstrahlung und Temperatur berücksichtigen

Der PV-Strom folgt in erster Näherung der Einstrahlung: Bei sinkender Bestrahlungsstärke fällt auch der verfügbare Strom. Die Spannung reagiert dagegen stärker auf die Zelltemperatur. Deshalb sollte ein Stringstrom nie ohne Wetter- und Anlagenkontext bewertet werden.

Für Vergleichsmessungen wird eine Referenzzelle oder ein geeignetes Einstrahlungsmessgerät in der Modulebene positioniert. Zusätzlich sind Modultemperatur, Uhrzeit, Bewölkung und sichtbare Verschattung zu erfassen. Bei bifazialen Modulen kann auch die rückseitige Einstrahlung relevant sein. Die Messung von Strom, Temperatur und Einstrahlung sollte möglichst synchron erfolgen. Genau dieses Prinzip nutzen spezialisierte PV-Prüfsysteme, wenn sie Messwerte auf Standard-Testbedingungen umrechnen.

Messwerte systematisch auswerten

Für eine Gruppe identischer Strings ist der Median ein robuster Referenzwert, weil ein einzelner Ausreißer ihn weniger stark beeinflusst als den arithmetischen Mittelwert. Die relative Abweichung eines Strings lässt sich so darstellen:

Relative Abweichung = (IString − IMedian) / IMedian × 100 %

Eine allgemeingültige Prozentgrenze für „gut“ oder „fehlerhaft“ gibt es nicht. Die zulässige Abweichung hängt von Anlage, Messverfahren, Einstrahlungsstabilität, Geräteunsicherheit, Herstellerdaten und Prüfziel ab. Sinnvoll ist ein zweistufiges Vorgehen: Zuerst statistisch auffällige Strings markieren, anschließend die Ursache mit ergänzenden Messungen bestätigen.

Bei mehreren MPP-Trackern wird jede elektrisch gleichartige Gruppe separat ausgewertet. Die Stringnummer muss eindeutig dem Eingang am Generatoranschlusskasten oder Wechselrichter zugeordnet sein. Falsch beschriftete Leitungen können sonst wie ein elektrischer Fehler erscheinen.

Teilverschattung richtig erkennen

In einem seriellen String bestimmt grundsätzlich das schwächste Glied den möglichen Strom. Wird ein Modul oder Zellbereich verschattet, kann der Stringstrom sinken. Abhängig von Verschattungsgrad, Modulaufbau und Arbeitspunkt schaltet eine Bypassdiode durch und überbrückt eine Zellgruppe. Der Effekt ist daher nicht immer ein gleichmäßiger Stromverlust.

Typische Hinweise sind ein zeitabhängiger Stromabfall, ein reproduzierbares Muster bei bestimmtem Sonnenstand, Knicke in der I-U-Kennlinie oder thermische Auffälligkeiten am verschatteten Modul beziehungsweise an einer belasteten Bypassdiode. Das NREL zeigt in Untersuchungen zum Betrieb teilverschatteter PV-Systeme, dass Wirkung und Verlust von Verschattungsbild, Bypassdioden und Systemtopologie abhängen. Ein einzelner Stromwert reicht daher nicht für die Diagnose.

Was Bypassdioden mit Strom und Spannung machen

Bypassdioden schützen verschattete Zellgruppen vor übermäßiger Rückwärtsbelastung und ermöglichen dem übrigen String weiterhin Strom zu liefern. Wird eine Zellgruppe überbrückt, fehlt ihr Spannungsbeitrag. Eine aktive Bypassdiode zeigt sich deshalb häufig deutlicher als reduzierte Stringspannung oder als Stufe in der I-U-Kennlinie als durch einen eindeutig definierten Stromabfall.

Eine dauerhaft kurzgeschlossene Bypassdiode kann eine ähnliche Spannungsreduktion verursachen. Eine offene oder thermisch geschädigte Diode kann dagegen unter Verschattung zu Hotspots und starkem Leistungsverlust führen. Zur Beurteilung werden deshalb Betriebsstrom, Stringspannung, I-U-Kennlinie und Thermografie kombiniert. Eine Diode darf nicht allein aufgrund eines abweichenden Stromwerts als defekt eingestuft werden.

Kontakt- und Anschlussfehler eingrenzen

Hohe Übergangswiderstände entstehen beispielsweise durch unvollständig gesteckte Verbinder, ungeeignete Kombinationen verschiedener Stecksysteme, schlechte Crimpungen, Korrosion oder gelockerte Klemmen. Unter Last verursachen sie Spannungsfall und Verlustleistung. Der Stringstrom kann sinken; oft ist eine lokale Erwärmung jedoch der deutlichere Hinweis.

Die Prüfung beginnt mit einer Sichtkontrolle ohne unnötiges Bewegen belasteter Leitungen. Anschließend werden Stringstrom und Spannung verglichen. Eine Thermografie unter ausreichend hoher und stabiler Last kann erwärmte Steckverbinder, Sicherungshalter oder Klemmen sichtbar machen. Dabei sind Emissionsgrad, Reflexionen, Wind und Vergleichskomponenten zu berücksichtigen. Auffällige Verbindungen werden erst nach einem sicheren Freischalt- und Prüfverfahren geöffnet.

Stringsicherungen und Unterbrechungen prüfen

Ein String mit annähernd null Betriebsstrom kann unterbrochen sein. Mögliche Ursachen sind eine ausgelöste Stringsicherung, ein offener Steckverbinder, eine gebrochene Leitung oder eine fehlerhafte Zuordnung. Vor dem Ziehen eines Sicherungseinsatzes ist zu klären, ob Rückströme aus parallel geschalteten Strings auftreten können.

Die Strommessung auf beiden Seiten eines Generatoranschlusskastens hilft bei der Eingrenzung. Leerlaufspannung allein beweist keinen belastbaren Strompfad: Eine hochohmige oder nur zeitweise leitende Verbindung kann im unbelasteten Zustand nahezu normale Spannung zeigen. Deshalb wird eine auffällige Sicherung beziehungsweise Verbindung nach sicherer Trennung zusätzlich auf Durchgang, Kontaktzustand und thermische Spuren geprüft.

Strom, Spannung, Thermografie und I-U-Kennlinie kombinieren

Befund	Mögliche Ursache	Sinnvolle Folgemessung
Strom nahezu null, Spannung plausibel	Unterbrechung, Sicherung, Kontaktfehler oder Wechselrichterzustand	Strompfad, Sicherung und Anschluss unter sicherem Verfahren prüfen
Strom reduziert, Spannung ähnlich	Geringere Einstrahlung, Verschmutzung, Teilverschattung oder Mismatch	Einstrahlung synchron erfassen, Sichtkontrolle, I-U-Kennlinie
Spannung um einen Modul- oder Teilstringanteil reduziert	Aktive beziehungsweise kurzgeschlossene Bypassdiode oder falsche Modulzahl	Leerlaufspannung, Kennlinie und Thermografie vergleichen
Strom schwankt bei unveränderter Einstrahlung	Intermittierender Kontakt, Lichtbogen, Regelzustand oder Messfehler	Logging, Thermografie, Anschlussprüfung und Wechselrichterdaten
Lokaler Hotspot am Verbinder	Erhöhter Übergangswiderstand	Nach sicherer Trennung mechanisch und elektrisch prüfen

Die Kombination mehrerer unabhängiger Hinweise verhindert Fehldiagnosen. Eine I-U-Kennlinie ist besonders hilfreich, weil Verschattung, Bypassvorgänge und Mismatch charakteristische Formänderungen erzeugen können. Thermografie ergänzt die elektrische Prüfung, ersetzt sie aber nicht.

Praxisbeispiel: Ein String liefert weniger Strom

Zwölf identische Strings sind an zwei gleichartigen MPP-Trackern angeschlossen. Bei stabiler Einstrahlung werden elf Betriebsströme zwischen 9,6 und 9,9 A gemessen; String 7 liefert 7,8 A. Die Wiederholungsmessung nach erneutem Nullabgleich bestätigt die Abweichung. Die Einstrahlung bleibt während der Messreihe stabil, und String 7 liegt auf derselben Dachfläche.

1. Plausibilisieren: Stringplan, Modulzahl und Zuordnung werden kontrolliert. Ein Messfehler durch gemeinsam umfasste Leiter oder eine nicht geschlossene Zange wird ausgeschlossen.
2. Sichtkontrolle: Auf zwei Modulen liegt ein schmaler Schatten eines Lüftungsaufbaus. Das Muster passt zum Sonnenstand.
3. Spannung vergleichen: Die Betriebsspannung von String 7 ist gegenüber der Gruppe reduziert. Das spricht für eine aktive Bypassstrecke.
4. Thermisch prüfen: Unter Last zeigt die Anschlussdose eines betroffenen Moduls eine plausible Erwärmung im Bereich der Bypassdiode, jedoch keinen auffälligen Steckverbinder.
5. Bestätigen: Nach Wegfall des Schattens nähert sich der Stringstrom der Vergleichsgruppe an. Eine Kennlinienmessung dokumentiert den Unterschied mit und ohne Verschattung.

Das Beispiel zeigt: Der Stromvergleich findet den Ausreißer, doch erst der Zusammenhang aus Einstrahlung, Spannung, Anlagengeometrie und Kennlinie erklärt die Ursache.

Messung nachvollziehbar dokumentieren

Ein Prüfprotokoll sollte mehr enthalten als Stromwerte. Empfehlenswert sind:

• Anlage, Wechselrichter, MPPT, Stringnummer und eindeutige Messstelle,
• Modultyp, Modulanzahl, Orientierung und Neigung,
• Datum, Uhrzeit, Einstrahlung, Modul- und Umgebungstemperatur,
• Betriebszustand des Wechselrichters und bekannte Begrenzungen,
• Messgerät, Zubehör, Messbereich und Kalibrierstatus,
• Strom, Spannung, Vorzeichen sowie Wiederholungsmessung,
• Fotos von Verschattung, Verschmutzung oder thermischen Auffälligkeiten,
• Bewertung, Folgemessung und durchgeführte Korrekturmaßnahme.

Eine wiederkehrende Messung an derselben Stelle und unter ähnlichen Bedingungen macht Trends sichtbar. Damit lassen sich schleichende Kontaktprobleme oder zunehmende Verschattung besser erkennen als mit einem einzelnen Momentwert.

Häufige Mess- und Interpretationsfehler

• Plus und Minus gemeinsam umfasst: Die Stromzange zeigt nahezu null, obwohl der String arbeitet.
• Kein Nullabgleich: Offset und Drift werden als Stringabweichung interpretiert.
• Strings verschiedener MPPTs verglichen: Unterschiedliche Arbeitspunkte verfälschen die Bewertung.
• Messreihe bei ziehenden Wolken: Zeitliche Einstrahlungsänderungen erscheinen als Stringfehler.
• Leerlaufspannung als alleiniger Funktionstest: Ein hochohmiger Strompfad bleibt unentdeckt.
• Bypassdiode aus Stromwert diagnostiziert: Spannungsverlauf und Kennlinie fehlen als Bestätigung.
• Starre Prozentgrenze verwendet: Messunsicherheit, Anlagenaufbau und Wetter bleiben unberücksichtigt.
• Steckverbinder unter Last getrennt: Es entsteht ein vermeidbares Lichtbogen- und Verletzungsrisiko.

Passende Messgeräte

Für die Funktionsprüfung und den direkten Vergleich von PV-Strings ist der PVCHECKs-Pro besonders passend. Das im ICS-Shop geführte Gerät misst unter anderem Leerlaufspannung bis 1500 V DC und Kurzschlussstrom bis 40 A DC. Laut Produktbeschreibung vergleicht es den aktuell gemessenen String mit zuvor gemessenen Strings und bewertet Spannungs- und Stromunterschiede.

Wenn nicht nur Einzelwerte, sondern Form und Leistung der Kennlinie untersucht werden sollen, eignet sich ein I-U-Kennlinienanalysator wie der I-V500w beziehungsweise das leistungsstärkere I-V600 aus dem aktuellen PV-Messgeräteprogramm. Für belastbare Vergleiche gehört außerdem die Einstrahlung in die Dokumentation; hierfür ist beispielsweise das PV204 verfügbar.

Die Auswahl erfolgt nach maximaler Stringspannung, erwartetem Strom, gewünschter Messart, Messkategorie, Genauigkeit, Dokumentationsbedarf und den Vorgaben des Anlagenherstellers. Eine Übersicht bietet die Shopkategorie Photovoltaik-Geräte / PV-Messgeräte.

Fazit

Der Vergleich von PV-Stringströmen ist eine schnelle und wirkungsvolle Methode, um auffällige Strings zu finden. Aussagekräftig wird er erst, wenn identische Strings unter stabiler, dokumentierter Einstrahlung und am vergleichbaren Arbeitspunkt gemessen werden. Die DC-Stromzange liefert einen ersten Befund, aber keine vollständige Diagnose.

Teilverschattung, aktivierte Bypassdioden, Kontaktprobleme und ausgelöste Sicherungen erzeugen unterschiedliche Muster. Deshalb werden Strom, Spannung, Sichtkontrolle, Thermografie und bei Bedarf die I-U-Kennlinie kombiniert. So entsteht aus einer bloßen Abweichung ein technisch belastbarer Fehlernachweis.

FAQ: PV-Stringstrom messen und bewerten

Wie stark dürfen sich die Ströme identischer PV-Strings unterscheiden?

Es gibt keine universelle Prozentgrenze. Maßgeblich sind Herstellerangaben, Anlagenaufbau, Einstrahlungsstabilität, Arbeitspunkt und Messunsicherheit. Eine auffällige Abweichung sollte durch Wiederholungs- und Folgemessungen bestätigt werden.

Kann ich den Stringstrom mit einer normalen Stromzange messen?

Nur wenn sie Gleichstrom misst und für Spannung, Messkategorie, Umgebung und erforderliche Auflösung geeignet ist. Die Zange wird um einen einzelnen Leiter gelegt und vor der Messung nach Herstellerangabe genullt.

Warum zeigt die Stromzange null an, obwohl der String arbeitet?

Häufig wurden Plus- und Minusleiter gemeinsam umfasst, sodass sich die Magnetfelder aufheben. Weitere Ursachen sind ein fehlender Nullabgleich, ein falscher Messmodus oder eine tatsächliche Unterbrechung.

Erkennt ein niedriger Stringstrom eine defekte Bypassdiode?

Nicht eindeutig. Eine aktive oder kurzgeschlossene Bypassdiode zeigt sich oft stärker durch reduzierte Spannung oder eine Stufe in der I-U-Kennlinie. Strom, Spannung und Thermografie sollten gemeinsam bewertet werden.

Was ist für den Stringvergleich besser: Betriebsstrom oder Kurzschlussstrom?

Der Betriebsstrom lässt sich mit einer geeigneten DC-Stromzange ohne Öffnen des Strings schnell vergleichen, hängt aber vom MPPT ab. Der Kurzschlussstrom eignet sich für definierte Funktionsprüfungen, darf jedoch nur mit einem geeigneten PV-Prüfgerät und vorgesehenem Prüfablauf gemessen werden.

Warum muss die Einstrahlung mitgemessen werden?

Weil der erzeugbare PV-Strom stark von der Bestrahlungsstärke abhängt. Ohne synchrone Einstrahlungsinformation können Wolken oder lokale Schatten wie ein elektrischer Stringfehler wirken.

Kann eine defekte Stringsicherung noch normale Spannung zeigen?

Je nach Messpunkt und Schaltung kann trotz unterbrochenem Lastpfad eine plausible Leerlaufspannung anliegen. Deshalb werden Strompfad, Sicherung, Anschlusszustand und Spannung gemeinsam geprüft.

Wann ist eine I-U-Kennlinienmessung sinnvoll?

Wenn Strom- und Spannungsvergleich die Ursache nicht eindeutig zeigen, bei Abnahme und Leistungsbewertung oder wenn Verschattung, Mismatch, Zellschäden beziehungsweise Bypassvorgänge vermutet werden.