Fraunhofer IMWS will Vorhersage von Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Photovoltaik-Wechselrichtern und Speichern ermöglichen

Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS will mit Partnern im Projekt »Reliability Design eine effiziente Methodik entwickeln, um die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Photovoltaik-Wechselrichtern und Speichern verlässlich vorhersagen zu können. Hilfreich wären neue Methoden für nachweisbar zutreffende Lebensdauervorhersagen, eine Reduzierung des Testaufwands sowie eine zielgerichtete Lebensdauerauslegung zur Reduktion der Gerätekosten, um die Kosten für die Photovoltaik-Erzeugung weiter zu senken. All dies will das Forschungskonsortium angehen, dem neben dem Fraunhofer IMWS auch noch die SMA Solar Technology AG, die Electronicon Kondensatoren GmbH, die Merz Schaltgeräte GmbH und das Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart angehören, wie es am Dienstag hieß.

Für die Entwicklung der Methodik soll ein Felddatenanalyse von Wechselrichterausfällen, die Aufklärung von Alterungsmechanismen auf Bauteilebene sowie die Evaluation und Optimierung von Test- und Messverfahren im Hinblick auf beschleunigte Alterung erfolgen. Basierend auf den Daten werde dann eine Methodik für die Lebensdauervorhersage von Wechselrichtern und Speichersystemen erarbeitet. „Bei Photovoltaik-Anwendungen wandeln Wechselrichter die Gleichspannung der angeschlossenen Solarmodule in Wechselspannung um, die dann ins Netz eingespeist werden kann. Sie spielen auch eine zentrale Rolle für die Bereitstellung von Blindleistung oder Regelleistung sowie zum Energiemanagement, beispielsweise bei der Kombination mit einem Batteriespeicher“, erklärt Bianca Böttge, die das Projekt am Fraunhofer IMWS koordiniert. Die leistungselektronischen Wechselrichter müssten dabei extrem robust gegen Umwelteinflüsse sein, um einen kontinuierlichen Betrieb über 20 Jahr und mehr zu gewährleisten. Insbesondere das Zusammenwirken von Spannung, Temperatur und Feuchte könne dabei Alterungs- und Versagensprozesse beschleunigen, so die Forscher.

Das Forschungsprojekt soll eine Wissenslücke über das tatsächliche Verhalten von Materialien und Bauteilen bei Photovoltaik-Anlagen schließen. Um die nötige Performance sicherzustellen, werden die leistungselektronischen Bauteile derzeit intensiv getestet und teilweise so hergestellt, dass sie die Anforderungen im Zweifel übererfüllen, heißt es vom Fraunhofer IMWS. Zugleich gebe es bei Wechselrichtern schnelle Innovationszyklen, weshalb bislang gesammelte Erfahrungen nicht zwingend in neue Modelltypen oder Produktgenerationen übertragen würden. Die zu entwickelnde Methodik könnte daher auch zu einer Kostenreduktion für die Hersteller beitragen und gleichzeitig die Lebensdauer der Geräte für die Betreiber der Anlagen verlässlich absichern, so Böttge weiter.

Der Fokus liege im Projekt, das über das Programm „Innovationen für die Energiewende“ des Bundeswirtschaftsministeriums gefördert wird, insbesondere auf Folienkondensatoren und elektromechanischen Schaltern. Dabei gehe es um die Aufklärung von Fehler- und Alterungsmechanismen, einschließlich der Wechselwirkungen dieser Mechanismen untereinander und einer forensischen Fehleranalyse geschädigter leistungselektronischer Bauteile und Wechselrichter sowie der Untersuchung und Modellierung der Temperatur- und Feuchteverhältnisse im Gerät. Darüber hinaus wollen die Forscher aus Halle eine Evaluation und Optimierung von Testverfahren für Bauteile und Geräte hinsichtlich Zuverlässigkeit, Robustheit, Alterung und beschleunigter Alterung erreichen.