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s/photovoltaik-anlage/Photovoltaikanlage/gi

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KI-Methoden für Betrieb und Wartung von bifazialen PV-Anlagen

Ziel des Projekts KIMBIF ist die Hochrechnung (Extrapolation) und Prognose (Forecast) der Erzeugungsleistung von Photovoltaik(PV)-Anlagen mit bifazialen PV-Modulen. Durch die Nutzung des auf der Rückseite einfallenden Lichts erreicht einen höheren Ertrag im Vergleich zu monofazialen Modulen. Die Einstrahlungsverhältnisse auf der Rückseite eines Modulfeldes sind jedoch so komplex, dass die Leistung einer solchen PV-Anlage mit rein physikalischen Modellen nicht mit vertretbarem Aufwand und der erforderlichen Genauigkeit aus den aktuellen Betriebsbedingungen abgeschätzt oder vorhergesagt werden kann Im Projekt werden daher datengetriebene Modelle mit Methoden der künstlichen Intelligenz (KI-Modelle) für Monitoring und Einspeisevorhersage von bifazialen PV-Systemen entwickelt und in einem großen, kommerziellen PV-Park zur Anwendung gebracht. Diese generischen Modelle sollen zum einen durch Mehrfachadaption die Extrapolation von einer begrenzten, detailliert vermessenen Referenzeinheit (PV-Modulstrang oder PV-Teilfeld) auf den gesamten PV-Park erlauben und zum anderen auf andere PV-Anlagen übertragbar sein. Dies beinhaltet auch Verfahren zur kontinuierlichen Adaptierung der KI-Modelle mittels Life-long Learning, um eine nahezu unmittelbare Nutzung nach dem Betriebsstart einer PV-Anlage mit einer limitierten Datenbasis sowie eine fortschreitend verbesserte Anpassung der KI-Modelle an das reale Betriebsverhalten zu ermöglichen. Die KI-Modelle werden zur Ermittlung der erwarteten aktuellen Leistungswerte für einen PV-Park, für die Anlagenüberwachung zur Fehlererkennung auf der Ebene der Teileinheiten und für die vorausschauende Wartungsplanung (predictive maintenance) eingesetzt. Des Weiteren wird mit dem Modell ein Leistungsvorhersagesystem (z.B. 24h-Forecast) unter Verwendung von Wetterprognosen für eine optimierte Betriebsführung des PV-Parks erstellt und im Betriebsleitsystem implementiert und erprobt.

Optimierung von Leistung und Ertrag in Photovoltaikanlagen, Teilvorhaben: Entwicklung eines ASICs für das Sub-MPPT und eines Hochvolt-Prozessmoduls

Im Teilvorhaben wird ein zentraler Baustein des künftigen Sub-MPPT entwickelt. Dieser Baustein ist ein Halbleiter mit integrierter Schaltung und wird als ASIC (Application-Specific-Integrated-Circuit) bezeichnet. Dieser ASIC wird speziell entwickelt um zentrale Aufgaben der Steuerung (Regelung) von Photovoltaik-Anlagen zu übernehmen und dabei deren Effizienz im Verbund zu steigern. Dabei übernimmt der ASIC folgende zentrale Funktionen: Messen, Optimieren und Treiben von externen Power-MOSFETs. Entsprechend der elektrischen Anforderungen muss die Schaltung des Halbleiters entwickelt, gelayoutet, gefertigt und verifiziert werden. Der innovative Ansatz im Teilvorhaben ist dabei eine teils diskrete Schaltung auf Chipebene bereits zu integrieren. Damit können zudem die Gesamtkosten des Sub-MPPT weiter gesenkt werden, wodurch der Einsatz in immer mehr Bereichen ermöglicht würde und damit der Anteil von Photovoltaik am Strommix gesteigert wird. Eine weitere zentrale Aufgabe im Teilvorhaben besteht darin, ein Hochvolt-Prozessmodul zu entwickeln, um die für den ASIC benötigten Bauelemente zur Verfügung zu stellen. Am PREMA-Standort im Mainz befindet sich bereits ein BCD-Prozess bei dem zusätzlich zu bipolaren Strukturen auch C- und DMOS Strukturen auf Wafer gefertigt werden können. Es ergibt sich aus ersten Analysen hinsichtlich der Anforderungen an den ASICs im Sub-MPPT, dass im Rahmen des hier beschriebenen Teilprojektes vor allem Strom- und Spannungsfestigkeit der DMOS-Transistoren auf 1-2 A bei 70 V gesteigert werden müssen, um die geforderten Eigenschaften ermöglichen zu können. Über den bestehenden Prozess hinaus soll ein Hochvolt-Prozessmodul entwickelt werden, welches diese Bauelemente ermöglicht. Im Anschluss an die Verifikation der mit dem zusätzlichen Hochvolt-Prozessmodul hergestellten Wafer wird ein sogenanntes ‚Design-Process-Kit‘ entwickelt auf dessen Grundlage Schaltungsdesign und Layout des ASICs finalisiert wird.

Entwicklung von dreiphasigen Solarumrichtern

Zielsetzung: Fuer mittlere Leistungen von photovoltaischen Solaranlagen besteht ein Bedarf an Wechselrichtern, die sowohl zur Einspeisung in ein Drehstromnetz als auch fuer Inselbetrieb geeignet sind. Entwicklungsziele sind guter Systemwirkungsgrad und niedriger Preis - vergleichbar mit Antriebsumrichtern. Arbeitsprogramm: Entwicklung verschiedener Konzepte und Komponenten fuer Leistungsteil, Ansteuerung und Regelung der Wechselrichter. Erprobung der Umrichter an der vorhandenen Solaranlage.

Impedanzanalyse von PV-Kraftwerken zur Sicherstellung eines stabilen und zuverlässigen Netzbetriebs, Teilvorhaben: Entwicklung von Methoden zum Healthmonitoring in PV-Kraftwerken im Kontext der Konzeptentwicklung für neuartige Verfahren der mobilen Anlagenimpedanzmessung

Photovoltaik (PV) Kraftwerke sind aus einer Vielzahl von Erzeugungseinheiten aufgebaut. Das Zusammenspiel der eingesetzten Wechselrichter und der kraftwerksinternen Verkabelungen und Transformatoren ist entscheidend für die Stabilität und Zuverlässigkeit der PV-Kraftwerke. Immer wieder zeigen sich unerwünschte Resonanzeffekte oder hohe Oberschwingungspegel, die trotz umfangreicher Netzanschlussverfahren auftreten. Ziel der morEnergy ist die methodische Weiter- und Neuentwicklung von Verfahren der Netz- und Anlagenimpedanzbestimmung. Die Impedanzmessung erlaubt es das Netz und die am Netz angeschlossenen elektrischen Anlagen wie PV-Anlagen tiefergehend in seinen elektrischen Bestandteilen zu untersuchen. Durch die Weiterentwicklung hin zur Anlagenimpedanz-messung können in Zukunft vereinfacht Stabilitätsbewertungen von Wechselrichtersystemen in Wechselwirkung mit dem vorgelagerten Stromnetz vorgenommen werden. Hauptaugenmerk liegt auf der Entwicklung von neuartigen Methoden und Verfahren, welche einen mobilen Einsatz an bestehenden PV-Kraftwerken und realen Netzanschlüssen ermöglichen. Dabei sollen große Messdatenmengen zum Beispiel unter Zuhilfenahme von KI-basierter Algorithmen ausgewertet werden. Des Weiteren wird die morEnergy eine Konzeptentwicklung für ein neuartiges Healthmonitoringsystem von PV-Wechselrichtern vornehmen. Die Möglichkeit, die Anlagen und Netzimpedanz im laufenden Betrieb messen zu können, ist einzigartig. Dadurch werden für mE und die Partner neue Wege den Gesundheitszustand von leistungselektronischen Komponenten im PV-Park überwachen zu können, eröffnet. Ein solches Konzept existiert bisher nicht und es ermöglicht die Realisierung von innovativen und nachhaltigen Produkten für die Solarindustrie.

EnEff:Wärme: Integration einer großen Solarthermie-Anlage und weiterer Effizienztechnologien in das bestehende Fernwärmesystem in der Stadt Kempen sowie Betriebsoptimierung des Gesamtsystems durch intelligente selbstlernende Regelungsverfahren

EnEff:Wärme: Integration einer großen Solarthermie-Anlage und weiterer Effizienztechnologien in das bestehende Fernwärmesystem in der Stadt Kempen sowie Betriebsoptimierung des Gesamtsystems durch intelligente selbstlernende Regelungsverfahren, Teilvorhaben: Umsetzung

Integrierte Marktmodelle zur Bewertung der Transmission und Resource Adequacy

Im Projekt entwickelt und validiert der Softwarehersteller Maon ein neues Gesamtverfahren zur Bewertung der Stromversorgungssicherheit. Der Schwerpunkt liegt auf der sogenannten Resource Adequacy. Diese gibt an, inwiefern das Versorgungssystem in der Lage ist, die Stromnachfrage jederzeit durch zufällig verfügbare Ressourcen zu decken. Zufällig verfügbare Ressourcen zur Stromerzeugung wie wetterabhängige Windenergie- und Photovoltaikanlagen nehmen durch die Energiewende zunehmend höhere Anteile ein. Um im Zuge dessen gesteigerte regulatorische Anforderungen an die Bewertung der Resource Adequacy zu erfüllen, sollen im Projekt erstmalig flexible Elektrofahrzeuge, Elektrolyseure, Batterien, Netzelemente und Energieimporte berücksichtigt werden. Der Fokus der Forschungsarbeiten liegt in der Transformation von detaillierten Marktmodellen aus der Netzanalyse in eine rechenzeiteffiziente Form, die zur stochastischen Bewertung der Resource Adequacy geeignet ist. Mit dem innovativen Ansatz könnte erstmalig die Stromversorgungssicherheit mit gesteigerten regulatorischen Anforderungen für zukünftig hohe Anteile von erneuerbaren Energien bewertet werden.

Integrierte Marktmodelle zur Bewertung der Transmission und Resource Adequacy, Teilvorhaben: Gesamtverfahren und Validierung zur Bewertung der Resource Adequacy

Im Projekt entwickelt und validiert der Softwarehersteller Maon ein neues Gesamtverfahren zur Bewertung der Stromversorgungssicherheit. Der Schwerpunkt liegt auf der sogenannten Resource Adequacy. Diese gibt an, inwiefern das Versorgungssystem in der Lage ist, die Stromnachfrage jederzeit durch zufällig verfügbare Ressourcen zu decken. Zufällig verfügbare Ressourcen zur Stromerzeugung wie wetterabhängige Windenergie- und Photovoltaikanlagen nehmen durch die Energiewende zunehmend höhere Anteile ein. Um im Zuge dessen gesteigerte regulatorische Anforderungen an die Bewertung der Resource Adequacy zu erfüllen, sollen im Projekt erstmalig flexible Elektrofahrzeuge, Elektrolyseure, Batterien, Netzelemente und Energieimporte berücksichtigt werden. Der Fokus der Forschungsarbeiten liegt in der Transformation von detaillierten Marktmodellen aus der Netzanalyse in eine rechenzeiteffiziente Form, die zur stochastischen Bewertung der Resource Adequacy geeignet ist. Mit dem innovativen Ansatz könnte erstmalig die Stromversorgungssicherheit mit gesteigerten regulatorischen Anforderungen für zukünftig hohe Anteile von erneuerbaren Energien bewertet werden.

Spannungsebenenübergreifende optimierte und automatisierte Zielnetzplanung von Verteilungsnetzen, Teilvorhaben: Softwareseitige Umsetzung und Überprüfung von spannungsebenenübergreifenden Algorithmen in ein praxistaugliches Framework zur Zielnetzplanung

Die immer weiter ansteigende Anzahl neuartiger Lasten (beispielsweise Elektrofahrzeuge und Wärmepumpen), aber auch weiterer dezentraler Erzeuger (beispielsweise Photovoltaikanlagen), führen zu einer deutlich veränderten Versorgungsaufgabe in deutschen Verteilungsnetzen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen und Potenziale zur Kostensenkung aufzudecken, werden von den Netzbetreibern regelmäßig Zielnetzplanungen durchgeführt. Durch die Verwendung von spannungsebenenübergreifenden Analysen der Verteilungsnetze könnten technische und wirtschaftliche Synergien identifiziert und unnötige Investitionsmaßnahmen vermieden werden. Zu diesem Zweck wird im Rahmen des Forschungsvorhabens des Konsortiums, bestehend aus der Bergischen Universität Wuppertal, der IAV GmbH, sowie den assoziierten Partnern, eine softwaregestützte Methodik entwickelt, die eine spannungsebenenübergreifende Zielnetzplanung ermöglicht, bei der sowohl konventionelle als auch innovative Betriebsmittel und Planungsmethoden berücksichtigt werden. Die neue Methodik ermöglicht es, die gemeinsame Planung von Mittel- und Niederspannungsnetzen für unterschiedliche Entwicklungsszenarien automatisiert vorzunehmen. Zusätzlich werden Geostruktur- und Marktdaten verwendet, um eine präzise Abschätzung für zukünftige Standorte von neuartigen Lasten und Einspeisern zu ermitteln, zur Positionierung von Einzelstrangreglern oder zur Ermittlung neuer Kabeltrassen unter Berücksichtigung von geeigneten Untergründen. Die Ergebnisse der neuen Methode werden plausibilisiert, indem sie auf mehrere reale Mittel- und Niederspannungsnetze angewendet wird.

Strom aus Photovoltaik - Installierte Leistung (Gem.)

Die Karte zeigt die Summe der installierten elektrischen Leistung der Photovoltaikanlagen für die Gemeinden in Bayern - unterteilt nach Gebäude- und Freiflächenanlagen.

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