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Solarenergie störungsfrei gewinnen

Software soll PV-Anlagen effizienter machen

20. September 2021, 9:05 Uhr | Kathrin Veigel

Prof. Dr. Grit Behrens und Felix Meyer messen Kennlinien an der Photovoltaikanlage auf dem Dach des Gebäudes D auf dem Campus Minden der FH Bielefeld.

Schwer zu lokalisierende Störungen an Photovoltaikanlagen sind der Effizienzkiller für diese nachhaltige Form der Stromerzeugung und ein Hemmnis für die Energiewende – ein Problem, für das ein Forscherteam der FH Bielefeld nun eine herstellerübergreifend funktionierende Lösung finden will.

Photovoltaik (PV) spielt für die Energiewende und das Erreichen der Klimaziele eine wichtige Rolle. Technische Fehler jedoch können den wirtschaftlichen Nutzen der Anlagen und ihren Beitrag zur Dekarbonisierung und für eine Schonung der Ressourcen schnell zunichtemachen. Diese effizienzmindernden Fehler sind an der Tagesordnung, schließlich sind die Anlagen Wind und Wetter ausgesetzt. Bislang gibt es noch nicht den Königsweg, um Fehler an den Modulen ausfindig zu machen und dann schnell beheben zu können. Hier setzt nun eine Studie der Fachhochschule Bielefeld an.

Herstellerübergreifende Prüfung möglich

Damit die Solarzellen in den PV-Modulen möglichst störungsfrei Sonnenenergie in Strom umwandeln können, arbeiten Wissenschaftler am Campus Minden der FH Bielefeld an einer Software, die professionelle Anlagenbetreuer bei ihrer Arbeit unterstützt. »Wir wollen Photovoltaik-Experten ein Instrument bieten, mit dem sie herstellerunabhängig checken können, ob die Module reibungslos arbeiten oder ob eine Störung vorliegt. Das kann beispielsweise Verschattung oder defekte Kabel, Stecker oder Dioden sein«, erläutert Felix Meyer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Campus Minden.

Bei einer Störung sinkt die Effizienz der Anlage. Doch je mehr Strom aus Sonnenlicht in das Netz fließt, umso weniger Strom aus fossilen Energieträgern muss eingespeist werden. Die Störungen sollen daher möglichst schnell behoben werden. Projektleiterin Grit Behrens, Professorin für Angewandte Informatik am Campus Minden, ergänzt: »Photovoltaik ist noch eine recht junge Technologie. Es wurden zwar über die Jahre sehr viele Daten gesammelt, aber es gibt noch keine so ausgereiften Monitorings wie in anderen Branchen. Für Firmen, die große PV-Anlagen mit unterschiedlichen Modulen verschiedener Hersteller betreuen, ist es eine Herausforderung, Störungen ausfindig zu machen. Deshalb wollen wir die vorhandenen Daten herstellerunabhängig analysieren und zur Fehleridentifikation nutzen.«

Felix Meyer arbeitet an dem Prototyp einer Softwareapplikation, deren Herzstück eine umfassende Datenbank ist. »Wir analysieren vorhandene Daten von PV-Modulen verschiedener Hersteller. Bei jedem Modul kann man die sogenannte Kennlinie messen. Diese zeigt die Leistung über den Tag an«, so Meyer.

Moduldatenbank zeigt an, wenn etwas falsch läuft

Die Daten haben die Mindener von Kooperationspartnern, die deutschlandweit PV-Anlagen betreuen. In der Datenbank sind Kennlinien von Modulen der unterschiedlichsten Hersteller gespeichert, die sowohl von Modulen im einwandfreien Betrieb stammen, als auch von Modulen, die Fehler aufweisen. Die Module sind zudem unterschiedlich alt.

Die Kennlinie können Fachleute mit einem entsprechenden Messgerät vor Ort erfassen. In großen Anlagen sind im Regelfall mehrere Module zu einem Strang verbunden. Ein Strang kann je nach Größe der Anlage aus fünf bis rund 20 Modulen bestehen. Die Kennlinie kann für einen Strang oder direkt am einzelnen Modul gelesen werden. Wenn ein Anlagenbetreuer nun die Kennlinie von einem Strang misst, kann er sie über die Software mit denen in der Datenbank abgleichen und auf mögliche Fehler in diesem Strang schließen. Die Fehler werden dann konkret in der Datenbank vermerkt.

»Für unsere Experimente haben wir Kennlinien sowohl von Modulen als auch von Strängen verwendet. Die Kennlinie gibt Auskunft, ob ein Modul im Strang kaputt ist, man weiß aber nicht, welches Modul«, erklärt Grit Behrens. Trotzdem sei es eine sehr große Hilfe in PV-Anlagen. So brauche man nicht jedes Modul im Feld zu untersuchen, sondern könne sich auf einen Strang konzentrieren.

Zudem ist die Moduldatenbank herstellerunabhängig, was für die Experten, die eine Vielzahl an Anlagen unterschiedlicher Hersteller betreuen, sehr wichtig ist. Um herauszufinden, ob und wie viele Module in dem Strang defekt sind, machen die Anlagenbetreuer weitere Untersuchungen, beispielsweise mit visuellen Verfahren wie Infrarot- oder Elektrolumineszenzkameras, die sie per Drohne über die Anlage fliegen lassen. Alternativ kann auch die Kennlinie jedes Moduls einzeln gemessen werden.