Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF entwickeln gemeinsam mit Partnern ein Sensorsystem zur Überwachung von Solarparks, das detaillierte Einblicke bis auf Modulebene bietet. »Die steigende Systemrelevanz der Photovoltaik verlangt nach höherer Transparenz, Prognosegüte und Zuverlässigkeit. Dies werden wir künftig mit unserer Lösung erzielen, die ein hochauflösendes, modulbasiertes Sensorsystem mit KI-gestützten Diagnose-, Prognose- und Anomalieerkennungsmodellen sowie einer modularen Plattform für die Erfassung, Synchronisation, Vorverarbeitung und Speicherung aller Daten kombiniert«, sagt Hannes Peter Wasser, Wissenschaftler am Fraunhofer IFF.
Die im Projekt »ZeroDefect4PV« vom Partner Inelso Innovative Electrical Solutions entwickelte Sensorik liefert für jedes einzelne Solarmodul hochaufgelöste Messdaten mit einer zeitlichen Aktualisierung entsprechend der jeweiligen Abtastrate. Auf der Rückseite der Module installierte Sensoren messen Spannung und Strom sowie die Modultemperatur, die als Indikator für die thermische Belastung und Fehlerzustände dient.
Christoph Wenge, ebenfalls Wissenschaftler am Fraunhofer IFF, erläutert: »In den in Reihe geschalteten Solarpanels können unterschiedlichste Fehler auftreten, nicht nur an den Modulen selbst, sondern auch in den Bypassdioden, in den Kabel- oder Montagesystemen. Anders als bei der Messung am Wechselrichter klassifiziert unser System die Fehler. Es erkennt, wo sie auftreten. KI-Modelle, die zuvor mit Fehlern trainiert wurden, analysieren Muster, identifizieren Abweichungen vom Normalverhalten, identifizieren Anomalien und deren Auswirkungen – etwa ob String A einen geringeren Ertrag als String B liefert. Über implementierte Assistenzfunktionen, die über Monitore in der Leitwarte angezeigt werden, erhalten Mitarbeitende der Leitwarte Handlungsempfehlungen – etwa die Säuberung oder den Austausch eines Moduls.« Zu den Fehlern zählen beispielsweise thermische Auffälligkeiten wie Hotspots, mechanische Schäden wie Zellrisse oder Delamination, elektrische Defekte wie Bypassdiodenfehler, Verschattung durch Objekte oder Vegetation, Verschmutzung und Schneebedeckung, Mismatch-Effekte zwischen Modulen sowie ungewöhnliche Degradationsverläufe und Leistungsverluste.
Derzeit finden Testläufe in der Pilotanlage am Fraunhofer IFF statt. Darüber hinaus sind Tests beim Partner Inelso geplant, die sich auf die Validierung der Hardware in einem PV-Feld in der Türkei fokussieren. Projektpartner Beia Consult International testet in Bukarest die KI-Modelle des Fraunhofer IFF anhand der Daten von SolarEdge-Wechselrichtern zum Energieverbrauch und zur Energieproduktion. »Mit den Pilotinstallationen validieren wir unser System unter Realbedingungen, sodass wir Hardware, Kommunikation und Datenmodelle iterativ optimieren und die Skalierbarkeit für große PV-Parks bewerten können«, so Wenge.
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