Auf dem Dach des Instituts für Solarenergieforschung (ISFH) in Hameln stehen Solarmodule, deren integrierte Kommunikationskomponenten sich nach der Installation zu einem Mesh, also einem aus mehreren Teilnetzen bestehenden Gesamtnetz, miteinander verbunden haben. Gedacht ist diese Lösung, die von Partnern aus Wissenschaft und Industrie im Projekt Voyager-PV entwickelt wurde und nun in der praktischen Erprobung steht, einer ISFH-Mitteilung zufolge insbesondere für gebäudeintegrierte Anwendungen: Hier hat man es oft mit kleinen, unterschiedlich ausgerichteten oder verschatteten Teilflächen zu tun, weshalb modulnahe oder im Modul integrierte Elektronik besonders nützlich ist. Auf diese Art lässt sich jedes einzelne Modul entsprechend der wechselnden Einstrahlungsbedingungen steuern und überwachen. Gleichzeitig soll, wie bei jeder Anlage, das Gesamtsystem auch von außen, beispielsweise für den Zugriff durch die Netzbetreiber erreichbar sein.
Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderte, im März 2020 begonnene Projekt gilt der Entwicklung neuer Lösungen für derartige „smarte“ Photovoltaik. Die Grundidee dahinter lautet, so der Projektkoordinator Jens Friebe von der Leibniz Universität Hannover, „Wechselrichter und digitale Technik direkt in das PV-Modul zu integrieren und dadurch die Zuverlässigkeit zu verbessern, die Effizienz zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten zu senken.“ Wenn die Komponenten einer solchen Photovoltaik-Anlage drahtlos untereinander kommunizieren und das hierfür nötige Netz flexibel zu errichten und zu erweitern ist, erlaubt dies auf jeden Fall eine schnelle Installation – die Frage der Kostensenkung müsste dann wohl in einer möglichen Serienfertigung geklärt werden.
In die für Voyager-PV entwickelten vollintegrierten Solarmodule ist ein Mikrowechselrichter integriert sowie außerdem eine Funktechnologie, die im lizenzfreien 2,4-Gigahertz-Band arbeitet. Dies ermöglicht die Verbindung der Module und sonstiger Komponenten – etwa von Gateways – untereinander und damit den sich selbst organisierenden Aufbau der Mesh-Topologie. Auch Software-Updates lassen sich im Mesh drahtlos vornehmen.
Die zur Kommunikation erforderlichen Schlitzantennen werden über eine Leiterplatte durch die Modulrückseite kapazitiv gespeist. Die Entwicklung dieser und anderer Komponenten erfolgte durch jeweils spezialisierte Projektpartner: So war die WHO Ingenieurgesellschaft für die Funktechnologie zuständig, die Lösung mit der Schlitzantenne anstelle einer zusätzlichen Antenne an jedem Wechselrichter entstand am Institut für Hochfrequenztechnik und Funksysteme der Leibniz Universität Hannover. Die auf Vergusstechnik spezialisierte Firma Optimel übernahm den Part der Einkapselungstechniken für die Elektronik. Konkret wurde die Leistungselektronik auch direkt mit den einzelnen Solarzellen-Strings im Modul verbunden, was nach Einschätzung von Henning Schulte-Huxel vom ISFH auch das Weglassen der in Solarmodulen sonst üblichen Bypass-Dioden und der mit ihnen verbundenen Defektpotenziale ermöglicht – und das bei gesteigertem Energieertrag.
Die Entwicklungsarbeit im Bereich Leistungselektronik erfolgte am Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik der Leibniz Universität Hannover, der verwendete Wechselrichter arbeitet mit Galliumnitrid- (GaN-) Leistungshalbleitern. Expertise im Bereich Wechselrichter und Systemtechnik brachte auch SMA Solar Technology ein. Den Bereich „Zuverlässigkeit“ bearbeitete im Projekt die Universität Stuttgart. Das ISFH zeichnete verantwortlich für den Bereich PV-Modultechnik-Forschung.
Die Demonstrator-Anlage in Hameln funkt den Angaben zufolge seit Mai, das System erlaubt den Angaben zufolge die Überwachung der Leistungselektronik und das Auslesen von Betriebsdaten wie etwa Modulstrom und -spannung oder Temperatur. „Mit dem beim ISFH aufgebauten Mesh-Netzwerk“, so die Zwischenbilanz, „konnte die Stabilität und kommunikative Selbstoptimierung über mehrere PV-Module nachgewiesen werden.“ Überdies war für die verschiedenen Projektbeteiligten auch der zeitgleiche Zugriff auf das Netzwerk aus ihren jeweiligen Standorten möglich.
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Mehr Technik, mehr Fehlerquellen, mehr Elektromüll.
Mehr Funk, mehr EMV-Belastung, mehr Störungsanfälligkeit.
Mehr Funktionen, weniger Wartungsfreundlich, weniger Kompatibilität.
Keep it simple!
Jawohl – das ist es. Hat lange gedauert – aber endlich hat jemand Geld in die Hand genommen und diese Idee realisiert. Ich hatte das Geld nicht :-(( Kein ewig langer String, keine hohe Gleichspannung ( Feuerwehr ), kein so hohes Gleichspannungsfeld, hervorragendes Teilschattenverhalten, entfallen der Bypassdioden, direkt AC, weniger Kupfer, klasse Monitoring, prima zu steuern / anzupassen, etc. Eine ähnliche Version hieß mal AC-Modul aber dies hier ist weitaus besser. Wenn nun noch die Ausgänge matrixartig so zu schalten gehen, damit ein jederzeit symmetrisches Drehstromnetz erzeugt wird – prima. Ist aber ein guter Anfang !! Hat jeder der 6 Teilstrings einen eigenen MPPT? Wo finde ich eine Dokumentation?
Worin, vom Verzicht auf Bypass-Dioden und ’ne andere Antennenanordnung mal abgesehen, besteht nun der der wesentliche Unterschied zu kommerziell bereits massenverfügbaren, aber von Solateuren überwiegend gechassten Mesh-Wechselrichtern wie Envertech, Hoymiles oder den just in Sölarnatives Insolvenz in Vergessenheit geratenden einheimischen Lösungen?
In Ergänzung der Aufzählung von Paul Dittmann an Herstellern von Modulwechselrichtern würde ich Enphase nennen. Da ist vieles schon Realität, was in dem Artikel genannt wird.
und nahezu wöchentlich wird diese Liste länger und vielfältiger, mal ergänzt um einen Quasi- open source Zugang für Steuerung und Überwachung, mal um Speicherintegration oder 3 Phasen-Synchronisation. Lediglich europäische Branchen-Schwergewichte wie SMA, Fronuis&Co. tauchen darunter bisher nie auf, beklagen stattdessen ’schwierige Marktlagen‘, entlassen scharenweise Personal und überlassen – so der Eindruck des geschilderten Voyager Projekts – verschlafene, längst überfällige eigene Entwicklungsarbeit öffentlich geförderter Forschung. Fraglich nur, ob einige wenige kluge Köpfe, die zudem noch gewöhnlich zeitlich befristete und zögerlich besetzte Master-Studien-, Post-Doc- und artverwandte Stellen ‚ergattern‘ konnten, ausreichen, mit Tempo und Wucht geballter chinesischer Industriepower mitzuhalten.