25.10.2024 – Im Projekt „Reliability Design“ hat das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Kooperation mit Industriepartnern eine innovative Methodik zur Lebensdauer-Vorhersage für Wechselrichter entwickelt.
Als wichtige Technikkomponente für Solaranlagen, Batteriespeicher oder das Energienetz-Management unterliegen Wechselrichter starken Belastungen durch Wetter, Spannung und kontinuierlichen Betrieb. Trotz der üblichen Lebensdauer von bis zu 25 Jahren gibt es bislang nur begrenzte Erkenntnisse darüber, wie und warum Defekte in diesen Geräten entstehen. Dies führt dazu, dass Wechselrichter teils überdimensioniert gebaut werden, um mögliche Ausfälle zu vermeiden – eine Vorgehensweise, die mit hohen Materialkosten und einem zusätzlichen Testaufwand verbunden ist.
Rasterelektronenmikroskopische Abbildung eines geschädigten Relais-Kontaktes nach zyklischer Strombelastung. (Bild: Fraunhofer IMWS)
In dem vom BMWK geförderten Projekt analysierte das Institut gemeinsam mit Industriepartnern typische Schwachstellen in Wechselrichterkomponenten wie Folienkondensatoren und elektromechanischen Schaltern. Hierfür wurden gezielte Tests entwickelt, die Alterungsprozesse und Defektrisiken unter Laborbedingungen simulieren und dabei reale Einsatzbedingungen nachstellen. Anhand der Ergebnisse entstand ein umfassender Fehlerkatalog, der Ausfallarten und Ursachen erfasst, und mit Simulationsmodellen ergänzt, um Effekte wie thermische Belastungen in den Geräten präziser zu prognostizieren.
„Die Ergebnisse ermöglichen Herstellern eine präzisere Materialauswahl und reduzieren den Testaufwand“, erklärt Projektleiterin Sandy Klengel vom Fraunhofer IMWS. Durch die verbesserte Vorhersage und gezielte Fertigung sollen die Produktionskosten gesenkt werden, ohne die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Geräte zu beeinträchtigen.
Das Konsortium umfasste neben dem Fraunhofer IMWS die SMA Solar Technology AG, ELECTRONICON Kondensatoren GmbH, MERZ Schaltgeräte GmbH & Co. KG und das Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart. Sie trugen gemeinsam dazu bei, das bisherige Erfahrungswissen durch wissenschaftlich fundierte Daten, Modelle und Messverfahren zu erweitern.(pms)
Beitragsbild: nullplus / stock.adobe.com