Metrologie zur Unterstützung der Optimierung großer, effizienter und zuverlässiger Photovoltaikanlagen

Um Investitionsentscheidungen zu untermauern und die Performance von PV-Kraftwerken zu optimieren, stützt sich die Solarbranche auf real erhobenen Leistungs- und Umweltdaten. Diese sind in ihrer Aussagekraft jedoch durch ein mangelndes Verständnis der Definition und Interpretation von Leistungskennzahlen sowie einer unzureichenden Quantifizierung der damit verbundenen Messunsicherheiten eingeschränkt. Dieses Projekt quantifiziert und reduziert die Unsicherheiten im Zusammenhang mit den Leistungskennzahlen von PV-Anlagen und stellt die notwendigen messtechnischen Werkzeuge dafür zur Verfügung. Ziel ist es, eineHarmonisierung, Rückverfolgbarkeit und kontinuierliche Verbesserungen der erhobenen Daten zu ermöglichen. Das Projekt stellt Normen, Leistungskennzahlen, bewährte Verfahren, Kalibrierkapazitäten und Forschungsinfrastruktur auf europäischer Ebene zur Verfügung, um die Qualität von PV-Anlagen und -Technologien zu sichern. All dies wird die Solarindustrie unterstützen und ihre Aufträge im geschätzten Wert von 100 Milliarden Euro absichern.

Ausgangslage

PV-Anlagen sind komplexe Gebilde aus aktiven Komponenten (PV-Module, Wechselrichter, Transformatoren), passiven Komponenten (Verkabelung, Sicherungen), Strukturen (Gestelle, Nachführsysteme) und Überwachungsgeräten. Sie sind hierarchisch organisiert, z. B. 72 Zellen pro Modul, 24 Module pro String, 8 Strings pro Wechselrichter und mehrere Wechselrichter pro Netzanschluss. Die Systemgrößen reichen in Europa von kleinen Aufdach-Anlagen auf Wohngebäuden bis zu großen Versorgungsanlagen mit bis zu 200.000 Modulen. Die Systemleistung ergibt sich aus dem Zusammenspiel der Komponenten. Frühere Projekte entwickelten führende Mess- und Kalibrierungsfähigkeiten auf Zellen- und Modulniveau. Auf Systemebene bestehen jedoch Lücken, die – sobald behoben – weitere Effizienzverbesserungen versprechen. 

Ziel

Ziel des Projekts ist es, Unsicherheiten im Zusammenhang mit wichtigen Leistungskennzahlen (Performance Ratio (PR) und Performance Loss Rate (PLR)) von PV-Anlagen zu identifizieren, zu quantifizieren und zu reduzieren sowie Instrumente bereitzustellen, die eine Einführung und kontinuierliche Verbesserung über die Projektlaufzeit hinaus ermöglichen.

Entwickelt werden:

• eine Spezifikation zur Klassifizierung und rückführbaren Kalibrierung von Referenzgeräten nach dem International System of Units (SI)
• Modelle zur Weitergabe von Messunsicherheiten auf Leistungskennzahlen (Key performance indicators/KPIs),
• harmonisierte Methoden zur Bestimmung der PLR inklusive Unsicherheitsbudgets auch mit Unterstützung von Messungen und Tests vor Ort (IV-Kennlinie, Elektrolumineszenz)
• Referenz-PV-Anlagen mit validierten digitalen Zwillingen und frei zugänglichen Zeitreihendaten sowie Maßnahmen zur Übernahme durch Messlieferkette, Normung und Endnutzer.

Lösungsansatz

Das Fraunhofer ISE wirkt bei der Modellierung der Ausbreitung von Messunsicherheiten von Sensoren auf Leistungsindikatoren (Performance Ratio (PR), Performance Loss Rate (PLR)) mit sowie bei der Erstellung von Leitlinien für eine genaue und kosteneffiziente Überwachung durch optimierte Sensorauswahl und -platzierung. Zudem ist das Fraunhofer ISE an der Entwicklung von Methoden und Probenahmestrategien zur Bestimmung der PLR von PV-Anlagen im Zeitverlauf auf Grundlage der Quantifizierung von Systemdegradationsraten beteiligt. Auf Basis dieser Arbeiten sowie der Kombination von Überwachungsdaten auf Systemebene mit der Charakterisierung und Prüfung von Modulen im Feld werden Unsicherheitsbudgets für die PLR-Bestimmung abgeleitet.

• The National Physical Laboratory (NPL)
• Aalto (Metrology Research Institute)
• Czech Meterology Institute (CMI)
• Central Office of Measures (GUM)
• Laboratoire National de Métrologie et d'Essais (LNE)
• Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
• Research Institutes of Sweden (RISE)
• Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TUBITAK)
• Universität Ljubljana (UL)
• Austrian Institute of Technology – AIT
• Centro Nacional de Energías Renovables (CENER)
• Certisolis
• Centro Tecnológico (CIRCE)
• Institute for Energy Technology (IFE)
• Interuniversity Microelectronics Centre (IMEC)
• Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH)
• Loughborough University (LU)
• Photovoltaic Performance Labs (PVPL)
• Schweizerisches Forschungsinstitut für Hochgebirgsklima und Medizin in Davos (SFI)
• University of Applied Sciences and Arts of Southern Switzerland (SUPSI)

Das Projekt »SOLiD-PV«  wird von der Europäische Union und der Europäische Vereinigung nationaler Metrologieinstitute (EURAMET) gefördert.