13.06.2023 – Im Zuge der Energiewende soll der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung in weniger als zehn Jahren nahezu verdoppelt werden. Während er im Jahr 2021 bei etwa 41% lag, soll er bis 2030 mindestens 80% erreichen. Um eine rasche und sozialverträgliche Energiewende in Deutschland zu erreichen, müssen Experten zufolge die Gestehungskosten für regenerativ erzeugten Strom weiter gesenkt werden. Insbesondere im Bereich der Photovoltaik ist es erforderlich, die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Anlagen weiter zu verbessern.
Infolge elektrischer Überlast zerstörtes Power-Modul eines PV-Wechselrichters. Foto: Fraunhofer IMWS
Eine wichtige Rolle spielen dabei die Wechselrichter, die den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom umwandeln. Ausfälle oder Störungen dieser Wechselrichter führen dazu, dass ein Photovoltaiksystem teilweise oder vollständig abgeschaltet wird. Dies hat Auswirkungen auf die Versorgungssicherheit – finanzielle Verluste für Betreiber und Investoren sowie steigende Wartungs- und Betriebskosten sind eine mögliche Folge.
Hier setzt das Verbundprojekt „Robustere PV-Systeme und Betriebsführung durch die Analyse von Stromrichterausfällen“ (robStROM) an. Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS), die DiSUN Deutsche Solarservice GmbH und die DENKweit GmbH entwickeln dabei gemeinsam effektive daten-, KI-, diagnostik- und analytikbasierte Methoden zur Reduzierung von Wechselrichterausfällen. Diese Verfahren ermöglichen es, Ausfälle durch Ursachenforschung und Früherkennung zu vermeiden und die Betriebsführung durch vorausschauende Wartungspläne zu entlasten. Diagnostische und messtechnische Ergebnisse der Grundlagenforschung liefern Informationen über die Ursachen von Ausfallmechanismen, während technologie- und herstellerunabhängige Defektstatistiken auf Basis von Monitoring-Daten eines umfangreichen Anlagenportfolios Aufschluss über Wechselrichterstörungen geben. Durch die Kombination von Ursache und Wirkung werden neue Erkenntnisse gewonnen.
Dr. Matthias Ebert, Gruppenleiter „PV-Systeme und -Integration“ am Fraunhofer IMWS, erklärt: „Das Fraunhofer IMWS bringt im Rahmen des Projekts seine Kompetenzen aus zwei Bereichen ein, die sich mit den Schwerpunkten ‚Ursache‘ und ‚Wirkung‘ befassen. Die Gruppe ‚PV-Systeme und -Integration‘ verfügt über Erfahrungen in modernen Testmethoden für die Systemdiagnostik, KI-gestützter Schädigungsanalyse und Ertragsprognose von PV-Kraftwerken sowie der Optimierung von Energiesystemen. Die Gruppe ‚Werkstoffe und Bauelemente der Elektronik‘ analysiert Mikrostruktur, Materialwechselwirkungen und Defektbildungen in Bezug auf Technologie, Materialauswahl und Design sowie Einsatzbedingungen. Dadurch wird der Einfluss von Fertigungsprozessen und die Zuverlässigkeit in der Anwendung verstanden und verbessert.“
Das Projekt, das auf den dringenden Bedarf an langlebigen und umweltbeständigen Wechselrichtern reagiert, wird im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms, im Förderaufruf „Stromrichter Lebensdauer“ (StRiLeb), für eine Dauer von zwei Jahren gefördert. Die DiSUN Deutsche Solarservice GmbH koordiniert das Konsortium, während die saferay operations GmbH und die Leipziger Energie GmbH & Co. KG assoziierte Partner des Projekts sind.