Ausfälle und Störungen von Wechselrichtern reduzieren

Wechselrichter sind die wesentliche Schlüsselkomponente zur Einspeisung der von den Solarmodulen erzeugten elektrischen Energie ins Stromnetz. Wie kann man Ausfälle und Störungen dieser Wechselrichter reduzieren? Dieser Frage geht das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS zusammen mit der DiSUN Deutsche Solarservice GmbH und der DENKweit GmbH im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekts »robStROM« nach.

© Fraunhofer IMWS
Infolge elektrischer Überlast zerstörtes Power-Modul eines PV-Wechselrichters.

Im Zuge der Energiewende soll sich der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung in weniger als zehn Jahren fast verdoppeln. Lag er 2021 noch bei rund 41%, sollen es bis 2030 mindestens 80% werden. Damit eine zügige und sozialverträgliche Energiewende in Deutschland erreicht werden kann, müssen die Gestehungskosten regenerativ erzeugten Stroms weiter sinken. Im Photovoltaikbereich heißt dies, dass die Betriebsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Anlagen noch weiter erhöht werden müssen.

Dabei spielen Wechselrichter, die den von Solarmodulen produzierten Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom umwandeln, eine wesentliche Rolle. Denn Ausfälle oder Störungen von Wechselrichtern führen zu einer teilweisen oder vollständigen Abschaltung eines PV-Systems. Einschränkungen der Versorgungsicherheit, finanzielle Einbußen für Betreiber und Investoren, verbunden mit wachsenden Wartungs- und Betriebskosten sind die Folge.

Hier setzt das Verbundprojekt »Robustere PV-Systeme und Betriebsführung durch die Analyse von Stromrichterausfällen« (robStROM) an. Gemeinsam entwickeln das Fraunhofer IMWS, die DiSUN Deutsche Solarservice GmbH und die DENKweit GmbH wirksame daten-, KI-, diagnostik- und Analytik-basierte Methoden zur Reduktion von Wechselrichter-Ausfällen. Diese Verfahren werden es möglich machen, Ausfälle durch Ursachenforschung und Früherkennung zu vermeiden und die Betriebsführung durch vorausschauende Wartungspläne zu entlasten. Dabei geben diagnostische und messtechnische Ergebnisse der Grundlagenforschung Aufschluss über die Ursachen von Ausfallmechanismen und technologie- und herstellerunabhängige Defektstatistiken, basierend auf Monitoring-Daten eines großen Anlagenportfolios, Aufschluss über Wechselrichter-Störungen. Ursache und Wirkung werden so miteinander kombiniert.

»Das Fraunhofer IMWS bringt im Projekt seine Kompetenzen aus zwei Bereichen mit ein, die auch die Schwerpunkte »Ursache« und »Wirkung« abdecken. Zum einen die Erfahrungen der Gruppe »PV-Systeme und -Integration«, die sich mit modernen Testmethoden für die Systemdiagnostik und der KI-gestützten Schädigungsanalyse und Ertragsprognose von PV-Kraftwerken und der Optimierung von Energiesystemen beschäftigt, zum anderen die Erfahrungen der Gruppe »Werkstoffe und Bauelemente der Elektronik«, die die Mikrostruktur, die Materialwechselwirkungen oder Defektbildungen in Korrelation zu Technologie, Materialauswahl und Design sowie den Einsatzbedingungen im Detail analysiert und damit den Einfluss von Fertigungsprozessen und die Zuverlässigkeit in der Anwendung versteht und verbessert«, sagt Dr. Matthias Ebert, Gruppenleiter »PV-Systeme und -Integration« am Fraunhofer IMWS.

Das Projekt, mit dem das Konsortium auf den dringenden Bedarf an langlebigen, gegenüber Umwelteinflüssen unempfindlichen Stromrichtern eingeht, wird im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms, Förderaufruf »Stromrichter Lebensdauer« (StRiLeb), für die Dauer von zwei Jahren gefördert. Verbundkoordinator ist die DiSUN Deutsche Solarservice GmbH. Die saferay operations GmbH und die Leipziger Energie GmbH & Co. KG sind assoziierte Partner des Projekts.

PV-Systemdiagnostik ist auch eines der Schwerpunktthemen des diesjährigen Messeauftritts des Fraunhofer CSP im Rahmen der Intersolar Europe, die vom 14.-16. Juni 2023 in München stattfindet. Besuchen Sie uns am Stand A2.209 und erfahren Sie, wie KI und virtuelle Realität Betrieb und Wartung von PV-Anlagen künftig optimieren können.