Der Wechselrichterhersteller SMA hat zusammen mit dem TÜV Rheinland und den Forschern von der Universität Kassel die Leistungselektronik fit für die Wüste gemacht. Zumindest war dies die Zielstellung des Forschungsprojekts Giga-PV, das die Partner jetzt abgeschlossen haben. Als assoziierter Partner saß auch Hanwha Q-Cells in seiner Eigenschaft als Systemanbieter noch mit im Forschungsboot.
Konkret ging es darum, die Leistungselektronik an die besonders harten klimatischen Bedingungen in Wüstenregionen anzupassen. Denn dort schlummert noch ein riesiges Potenzial, das in den kommenden Jahren gehoben werden soll. Dabei geht es nicht mehr um die private Dachanlage, sondern um Photovoltaikkraftwerke im zwei- bis dreistelligen Megawattmaßstab. Das sind noch kleine Anlagen, die in den Wüsten der Erde errichtet werden. Derzeit entsteht in Dubai ein Fünf-Gigawatt-Solarprojekt. Die Generatoren speisen nicht mehr in Verteilnetze ein, sondern direkt ins Mittel- oder sogar ins Hochspannungsnetz.
Kosten müssen sinken
Die Leistungselektronik dafür ist entwickelt, doch muss sie auch den rauen Bedingungen in der Wüste stand halten. Extreme Hitze und Sandstürme setzen den Wechselrichtern kräftig zu. Auch Monsunregenfälle in anderen Regionen des Sonnengürtels der Erde, wo ebenfalls das Potenzial für riesige Solarkraftwerke besteht, sind kein Pappenstiel für Wechselrichter. So ging gerade in Indien eine neue 200-Megawatt-Anlage ans Netz. Deshalb haben sich die Projektpartner aufgemacht, die Solaranlagen unter Berücksichtigung dieser klimatischen Bedingungen zu optimieren. Das Ziel war es, leistungsfähige große Zentralwechselrichter der Megawattklasse und komplett optimierte Systemkonzepte für Photovoltaikgroßkraftwerke zu entwickeln, die an die besonderen Anforderungen in den Regionen des Sonnengürtels angepasst sind.
Dabei dürfen die Kosten aber nicht steigen. Im Gegenteil, die Preise für Solarstrom muss weiter sinken, damit er wettbewerbsfähig bleibt. Bei den Systemkonzepten ging es deshalb von allem um die Kostenoptimierung. Als Ergebnisse präsentieren die Projektpartner eine neue Prüfgrundlage für Tests und Zertifizierungen von Photovoltaikwechselrichtern, die genau auf die Bedingungen in den Wüsten- und tropischen Regionen der Erde abzielen. Außerdem haben die Projektpartner weitere Möglichkeiten der Kostenreduzierung bei der Installation von Solarkraftwerken in den Regionen des Sonnengürtels vorgestellt.
Hohe Systemspannung senken die Kosten
Eine zentrale Möglichkeit der Senkung der Kosten für den Solarstrom sehen die Projektpartner in der 1.500-Volt-Technologie. Damit spart der Projektierer des Kraftwerks vor allem auf der Gleichstromseite. Weniger Kabel, weniger Generatoranschlusskästen, weniger Wechselrichter – das alles reduziert den Preis für die Anlage. Zudem können auch die Modultische optimaler geplant und so die vorhandene Fläche besser ausgenutzt werden. Da die riesigen Kraftwerke in der Regel weit weg von Ortschaften stehen, bleibt das Risiko für Leib und Leben übersichtlich, das man sich mit den hohen Systemspannungen einkauft. SMA hat zudem ein Wechselrichter-Funktionsmuster als Demosntrator aufgebaut und in Labor- und Feldtests erprobt.
Schnelltest für die Solarmodule
Der TÜV Rheinland hat jetzt gleich das nächste Projekt gestartet, das sich mit der Performanz von Modulen in den heißen Klimazonen der Erde auseinandersetzt. Zusammen mit dem Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) und dem Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (CSP) in Halle entwickeln die Kölner Spezialisten neue Prüfverfahren und Möglichkeiten für die Bewertung der Zuverlässigkeit von Solarmodulen und deren Komponenten – alles mit Blick auf die rauen Bedingungen für die Komponenten in den tropische und ariden Regionen der Erde. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung von speziellen Qualitätstests, um den Ertrag und die Lebensdauer von Modulen besser vorhersagen zu können, erklärt Gerhard Mathiak. Er leitet das Projekts seitens des TÜV Rheinland. „Praktische Prüf- und Untersuchungsansätze für die Anpassung und Entwicklung neuer Materialien und Modelle stehen daneben genauso auf der Agenda wie die Entwicklung von Schnelltests und die Aufklärung von Ursachen beim Versagen der Technik.“
Mögliche Fehler im Labor nachstellen
So müssen die Module den Sandablagerungen trotzen, die für die empfindlichen Oberflächen der Gläser nicht unproblematisch sind. Die Feuchtigkeit der Tropen ist eine Herausforderung für die Dichtungsfolien, die die Solarzellen vor Umwelteinflüssen schützen sollen. Deshalb simulieren die Projektpartner die entsprechenden klimatischen Bedingungen in ihren Laboren und versuchen daraus, Materialkombinationen abzuleiten, die für den Einsatz in den Zielregionen am besten geeignet sind. „Spezielles Glas, Beschichtungen oder auch die Zuverlässigkeit von Laminatverbindungen müssen den hohen Ansprüchen gerecht werden, um den besonderen Anforderungen der Klimata standzuhalten“, betonen die Kölner Prüfer vom TÜV Rheinland. „Im Rahmen des Projekts werde im Labor erzeugte Modulfehler mit Fehler abgeglichen, die im Feldbetrieb entstehen“, beschreibt Gerhard Mathiak den praktischen Ansatz.
Die Projektpartner suchen jetzt Modul- Komponenten- und Materialhersteller, die ihre Produkte für die Tests zur Verfügung stellen. Die Produzenten sollen dadurch die Möglichkeit bekommen, die Entwicklung ihrer Produkte voranzutreiben. (Sven Ullrich)
