Magdeburg. Bisherige Überwachungssysteme überwachen PV-Großanlagen nicht auf Modulebene. Das Fraunhofer IFF entwickelt mit Partnern ein Sensorsystem, das Einblicke bis auf Modulebene bietet.
So lassen sich Abweichungen, Verschmutzungen und Defekte unterschiedlichster Art frühzeitig erkennen. Photovoltaik-Großkraftwerke bestehen oft aus Zehntausenden von Modulen und Komponenten. Beim Ausfall einzelner Solarmodule können intakte Bypassdioden einen starken Leistungseinbruch im String begrenzen; sind die Bypassdioden defekt, sinkt der Gesamtwirkungsgrad der verschalteten Solarmodulreihen (Strings) deutlich, mit wirtschaftlichen Verlusten, verminderten Erträgen und reduzierter Verfügbarkeit. Das Problem: PV-Großanlagen werden meist nur auf String- oder Wechselrichterebene überwacht, wodurch modulindividuelle Zustände unsichtbar bleiben.
Um unerkannte Defekte zu vermeiden und Anomalien frühzeitig aufzuspüren, entwickeln Forschende des Fraunhofer IFF gemeinsam mit den Partnern BEIA Consult International und INELSO Innovative Electrical Solutions im Projekt ZeroDefect4PV (siehe unten) ein Sensorsystem, das die Überwachung und vorausschauende Wartung von PV-Großkraftwerken auf Modulebene ermöglicht.
Etablierte Überwachungsmethoden erfassen die Daten, die der Wechselrichter liefert, über alle Strings hinweg. Obwohl dieser Ansatz zur Gesamtleistungsüberwachung geeignet ist, erkennt er Fehler auf Modulebene nicht. Durch die Messung am Wechsel-richter werden bestimmte Fehlertypen übersehen oder zeitverzögert oft erst erkannt, nachdem sie die Energieeffizienz deutlich beeinträchtigen. Auch Drohnen und stationäre Kameras sind Beschränkungen unterlegen, die nur eine periodische Überwachung ermöglichen: Sie können wetterbedingt nicht immer eingesetzt werden, müssen den gesamten PV-Park abdecken oder sind nur in der Lage, sichtbare Fehler zu identifizieren. Optische Verfahren wie die IR-Thermografie erfassen Hotspots und optisch sichtbare Zellrisse. Degradation, Delamination, defekte Rückseitenfolien und Systemfehler wie Erdschlüsse werden damit nur begrenzt oder gar nicht erkannt. Elektrische Verbindungsfehler bleiben häufig unentdeckt.
Das Projekt verfolgt stattdessen einen Ansatz mit kontinuierlicher und hochgranularer Überwachung auf Modulebene. Die im Projekt ZeroDefect4PV vom Partner INELSO Innovative Electrical Solutions entwickelte Sensorik liefert für jedes einzelne Solarmodul differenzierte, hochaufgelöste Messdaten mit einer zeitlichen Aktualisierung entsprechend der jeweiligen Abtastrate: Auf der Rückseite von Photovoltaikmodulen installierte Sensoren messen die Gleichspannung und den Gleichstrom einzelner Solarpanels sowie die Modultemperatur als Indikator für die thermische Belastung und Fehlerzustände.
Die Daten werden synchronisiert, sicher gespeichert und mithilfe fortgeschrittener Analytik sowie KI-gestützter Modelle verarbeitet und ausgewertet. Das Fraunhofer IFF verfügt über eine Leitwarte zur Entwicklung und Simulation von Überwachungs- und Steuerungsalgorithmen für Energienetze, die sich in der Elbfabrik befindet, einer Forschungsfabrik des Fraunhofer IFF.
Derzeit finden Testläufe in der Pilotanlage am Fraunhofer IFF statt: Die Forschenden prüfen anhand von geringfügigen Veränderungen und Charakteristika im Strom- und Spannungsverlauf, ob die KI-Modelle die Art des Fehlers erkennen.
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