StABIL – Zukunftsfähige PV-Stromrichter

Für das Erreichen der Klimaschutzziele wird die in Deutschland installierte wechselrichterbasierte Leistung in den nächsten Jahren massiv ansteigen. Einen signifikanten Anteil an der Erzeugung wird dabei aus Photovoltaik-Anlagen stammen, deren Leistung von heute 60 auf bis zu 650 Gigawatt im Jahr 2045 anwachsen werden. Aus diesem Grund müssen in Zukunft zunehmend auch die PV-Wechselrichter die Netzstabilität sicherstellen. In diesem Zusammenhang entwickelt ein Konsortium aus Forschungs- und Industriepartnerinnen und -partnern im Projekt »StABIL« einen neuartigen spannungseinprägenden PV-Stromrichter. Ziel ist die Sicherstellung der Netzstabilität bei gleichzeitig hoher Lebensdauer der Geräte.

Im Energiesystem der Zukunft, das weitgehend ohne die heute netzbildenden Synchrongeneratoren in den konventionellen Kraftwerken aufgebaut sein wird, werden netzbildende Wechselrichter das Netz nicht nur im Normalbetrieb, sondern auch bei Großstörungen stabil halten. Noch gibt es Forschungs- und Entwicklungsbedarf insbesondere hinsichtlich der nötigen Anpassung von Hardware und Software sowie der zukünftig auftretenden Belastungen der Geräte.

Dafür haben sich die KACO new energy GmbH, die Infineon Technologies AG und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE zusammengeschlossen, um in dem Projekt »Zukunftsfähige PV-Stromrichter – Auslegung, Belastungsanalyse und Innovationen für hohe Lebensdauer (StABIL)« die auftretenden Belastungen eines zu entwickelnden netzbildenden PV-Wechselrichters zu analysieren und die gewonnenen Erkenntnisse auf eine optimierte, langlebige Auslegung der Hardware zu übertragen.

Die Projektpartnerinnen und -partner untersuchen zunächst, welchen Belastungsszenarien netzbildende Wechselrichter zukünftig ausgesetzt sein werden und stellen diese in Labortests nach. Dies soll Rückschlüsse auf die optimale und kosteneffiziente Dimensionierung, insbesondere der Leistungshalbleiter, ermöglichen. In einer Feldmesskampagne in einem PV-Park  werden die neu entwickelten netzbildenden PV-Stromrichter unter realen Betriebsbedingungen und Beanspruchungen getestet. Aus den Ergebnissen werden typische Belastungsprofile, sogenannte »Mission Profiles«, abgeleitet, die in Kombination mit den identifizierten zukünftigen Belastungen wiederum im Labor analysiert werden. Aus dieser Rückkopplung werden Empfehlungen einer optimierten Auslegung für eine hohe Lebensdauer der Geräte und ihrer Komponenten abgeleitet und der Öffentlichkeit präsentiert. 

In diesem Zusammenhang besteht der Beitrag des Fraunhofer ISE in der Analyse der Belastungen mittels Labormessungen und Felduntersuchungen in einem PV Park sowie der Definition der daraus resultierenden Auslegungsvorschriften für lebensdaueroptimierte Wechselrichter. Die Infineon Technologies AG optimiert die Überlastfähigkeit und Lebensdauer der Halbleiter-Module für die Belastungen des netzbildenden Betriebs. Das Hauptaugenmerk der KACO new energy GmbH liegt in der Erforschung und Entwicklung der netzbildenden Regelung für den PV-Betrieb und deren Übertragung auf die PV-Wechselrichter, in die die optimierten Halbleiter-Module der Infineon Technologies AG integriert werden.