Durch die Erhöhung der elektrischen Systemspannung könnten Photovoltaikparks erhebliche Materialkosten sparen. Wie genau das aussehen kann, untersucht ein Forschungsprojekt des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE. Das Projekt »SeVen« will dabei materialintensive Komponenten durch innovative Mittelspannungstechnik effizienter und günstiger machen.

Hintergrund des Vorhabens ist die wachsende Abhängigkeit von wertvollen Ressourcen wie Aluminium, Kupfer und Stahl. Die zu erwartende Nachfrage werde zu einer Verknappung und somit Kostensteigerung führen, so dass sich der relative Kostenanteil der materialintensiven Komponenten erheblich erhöht, so das Fraunhofer ISE. Während in den vergangenen 10 Jahren die Preise für Photovoltaik-Module um 80 Prozent gesunken seien, spielen Balance of System-Kosten (z.B. Wechselrichter, Verkabelung, AC- und DC-Verteilerboxen und den Netzanschluss) für die Gesamtkosten und die Rentabilität von PV-Kraftwerken eine immer bedeutendere Rolle.

Um in PV-Kraftwerken weitere Kostensenkungen und Ressourceneinsparungen zu erreichen, gelte es also, die Balance of System-Komponenten in den Fokus zu nehmen. »Genau hier setzt das Projekt an: wir wollen ein ganzheitliches und zukunftsfähiges Konzept für große PV-Kraftwerke entwickeln, das sowohl die Stromgestehungskosten optimiert als auch die Ressourceneffizienz im Kraftwerk erhöht. Dabei betrachten wir das Gesamtsystem vom PV-Modul-Strang bis zum Netzanschluss inklusive aller wichtigen Komponenten«, erklärt Andreas Hensel, Gruppenleiter Hochleistungselektronik und Systemtechnik am Fraunhofer ISE.

Im Projekt »SeVen« erproben die Beteiligten ein ganzheitliches Konzept für PV-Kraftwerke größer fünf Megawatt mit aktiven Strangsammlern im Labormaßstab, das im Vergleich zum Stand der Technik deutlich Ressourcen und Kosten einspart. Aktuelle PV-Großkraftwerke nutzen AC-Systemspannungen zwischen 400 V und 880 V. Durch eine Anhebung der Systemspannung in die Mittelspannung (> 1000 V) liepen sich die Ströme herabsetzen, was zu zwei positiven Effekten führt.

Weniger Kuperkabel – weniger Trafos

Zum einen ließen sich die Kabelquerschnitte stark reduzieren, was erhebliche Einsparungen sowohl beim Material als auch in den Installationskosten für die Verkabelung bringt. Zum anderen könne die Leistung der Subsysteme erhöht werden. Bei gleicher Kraftwerksgröße resultierte daraus eine geringere Anzahl an Transformatoren und Schaltanlagen.

Das Projekt werde verschiedene Systemtopologien und Spannungsebenen im Kraftwerk erarbeiten und miteinander vergleichen. Die Forschenden entwickeln dann auf Basis des geeigneten Konzepts den Demonstrator eines Wechselrichters und eines aktiven Strangsammlers, der anschließend im Labor evaluiert wird.

Zu den konkreten Projektzielen gehören Materialeinsparungen im Kühlkörper von 20 Prozent, bei Kabeln um 75 Prozent, bei Kupfer und Ferrit in Wickelgütern um 30 Prozent. Darüber hinaus betrachten die Forschenden mögliche Einsparungen von Schutzelementen im Kraftwerk. Die Summe der Maßnahmen soll zu einer Reduktion der Stromgestehungskosten führen. Des Weiteren werden kosteneffiziente DC-seitige Integrationsmöglichkeit in PV-Hybrid-Kraftwerken und die Integration von zusätzlichen Analysefunktionen im Strangsammler erforscht.

Als Partner in dem bis 2028 laufenden Projekt sind die KACO New Energy GmbH und die SUMIDA Components & Modules GmbH sowie die assoziierten Partner Streamergy GmbH und BayWa r.e. Solar Projects GmbH mit an Bord.

Quelle: Fraunhofer ISE | www.solarserver.de © Solarthemen Media GmbH