Die Lebensdauer von Photovoltaikmodulen hat sich in den vergangenen Jahren deutlich gesteigert – dank neuer Materialien und optimierter Prozesse in der Produktion. Die für den Betrieb von Photovoltaikanlagen notwendigen Wechselrichter konnten mit dieser Entwicklung jedoch bisher nicht Schritt halten. Ihre Lebensdauer möchten Forschende im Vorhaben PV4Life steigern.

Wechselrichter wandeln Gleichstrom in Wechselstrom um. Für die erneuerbare Energieerzeugung und -nutzung sind sie eine Schlüsselkomponente. Sie fungieren als Bindeglied zwischen Anlage und Stromnetz und sorgen dafür, dass der produzierte Strom ins Netz eingespeist werden kann. Um Photovoltaikanlagen erfolgreich zu betreiben, sind langlebige und zuverlässige PV-Stromrichter bedeutsam. Bisher sind Wechselrichter jedoch verglichen zu Photovoltaikmodulen deutlich kurzlebiger. An diesem Punkt setzt das Verbundvorhaben PV4Life an.

Neue Modelle bilden das individuelle Altern von Stromrichtern ab

Die Lebensdauer von Stromrichtern in Photovoltaikanlagen hängt maßgeblich davon ab, wie stark sie belastet werden. Hierbei können deutliche Unterschiede auftreten, je nachdem, wie sie zum Einsatz kommen.

Bisher gibt es keine allgemeingültigen Modelle, die das Altern der Komponenten des Stromrichters abhängig von ihren Betriebsbedingungen abbilden. Deshalb ist ein schonenderer Betrieb der Stromrichter bei fortschreitender Alterung aktuell nicht umsetzbar. Dies ist momentan nur durch einen pauschalen Sicherheitsfaktor möglich, der Stromrichter jedoch nicht hinsichtlich ihrer spezifischen Bedingungen betrachtet. Die Forscherinnen und Forscher des Vorhabens PV4Life verfolgen das Ziel, das Verhalten von Stromrichterkomponenten so zu modellieren, dass ihr zeitlicher Belastungsverlauf berücksichtigt wird. Die gewonnenen Erkenntnisse können anschließend in eine individuelle Betriebsstrategie der Stromrichter in der jeweiligen Photovoltaikanlage einfließen.

Künstliche Intelligenz (KI) für einen optimierten Betrieb der Wechselrichter

Um Modelle für repräsentative Photovoltaik-Stromrichter zu entwickeln, setzt das Expertenteam aus Forschungseinrichtungen und Unternehmen Daten aus Langzeittests und zusätzlicher Sensorik ein. So soll das individuelle Altern der Geräte abgebildet werden können. Durch den Abgleich mit einem zweiten Satz beschleunigt gealterter Stromrichter werden diese Modelle validiert, optimiert und verallgemeinert. Die Alterungstests sollen jedoch nicht nur für die einzelnen Komponenten erfolgen, sondern den gesamten Wechselrichter betrachten. Damit kann ein digitaler Zwilling des Stromrichters erstellt werden.

Die digitalen Zwillinge sollen anschließend genutzt werden, um KI-gestützte Betriebsstrategien zu entwickeln. Mit diesen Strategien können die zentralen Leistungsparameter des Wechselrichters im laufenden Betrieb angepasst werden. So kann auf unerwartete beziehungsweise überproportionale Degradationserscheinungen reagiert werden. Damit lässt sich die Effizienz des Wechselrichters durch das Verhindern eines Totalausfalls steigern. Parallel untersuchen die Forschenden, wie die KI-Algorithmen direkt in die Stromrichter integriert werden können. Dadurch wollen sie zu einer robusten und zuverlässigen Betriebsoptimierung beitragen. (av)