Dig4morE nutzt KI, um die Erträge von Solaranlagen zu verbessern

Mit künstlicher Intelligenz (KI) das Potenzial von Solaranlagen voll ausschöpfen: Das ist das übergeordnete Ziel des Verbundprojekts Dig4morE, dem das Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg und die Photovoltaik-Unternehmen Sunsniffer, Aquila Capital sowie Sunset Energietechnik angehören. Die Projektpartner wollen eine Methodik entwickeln, die mittels KI schnell und kostengünstig geeignete Maßnahmen zur Optimierung der Anlagen vorschlägt. Die Auswertung benötigt lediglich Monitoring-Daten, die im laufenden Betrieb anfallen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Vorhaben mit über 2 Million Euro über eine Laufzeit von drei Jahren.

Mithilfe des maschinellen Lernens wollen die Forschenden in Dig4morE Leistungsdefizite und Defekte frühzeitig erkennen. Möglich werden soll dies durch ein neues Verfahren, das es möglich macht, Performance-Defizite ‚in-situ‘, also unmittelbar an Ort und Stelle, direkt aus den Monitoring-Daten der Einzelmodule herauszulesen. Für die Entwicklung der Algorithmen stellen Sunsniffer, Aquila Capital und Sunset Energietechnik Daten von insgesamt elf ihrer Solarparks zur Verfügung, die über ganz Europa verteilt sind.

Die ausgedehnten Untersuchungen über den gesamten Kontinent tragen den unterschiedlichen Betriebsbedingungen Rechnung, die in den relevanten Klimazonen vorherrschen. Je nach Anlagentyp und Umgebung liegen unterschiedliche Problemfelder für die Solarmodule vor. „Im mitteldeutschen Hessen spielen andere Faktoren eine Rolle als an der portugiesischen Westküste, wo die starken Winde die Module zum Schwingen bringen“, erläutert Dr. Claudia Buerhop-Lutz vom Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg, einer Einrichtung des Forschungszentrums Jülich. „Die Algorithmen müssen so trainiert sein, dass sie verschiedene Defizite anhand grundlegender Daten wie Strom, Spannung und Temperatur auseinanderhalten können.“

Gegen Ende des Jahres sollen erste Ergebnisse vorliegen, aus denen sich dann Best-Practice-Beispiele und Handlungsempfehlungen ableiten lassen. Betreiber können diese dann nutzen, um Defizite und Defekte schon in einem frühen Stadium zu erkennen – beispielsweise um Wartungsarbeiten wie Reinigungsmaßnahmen wirtschaftlich planen zu können.

Wie groß der Optimierungsbedarf ist, hat eine frühere Studie des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg gezeigt. Rund acht Prozent der europäischen Solarmodule laufen demnach nicht bei voller Leistung. „Neben falsch eingestellten oder defekten Modulen können auch Umwelteinflüsse wie Staub, Pollen, Vogeldreck oder hochwachsende Bäume und Gräser dazu führen, dass die Anlagen weniger Strom liefern als eigentlich möglich wäre“, erklärt Dr. Claudia Buerhop-Lutz.

Mit moderner Messtechnik ist es heute prinzipiell zwar schon möglich, fehlerhafte und nicht voll ausgelastete Module aufzuspüren, beispielsweise durch thermografische Analysen. Doch die Verfahren sind teuer und aufwändig. Die Untersuchung großflächiger Solarparks wird in der Regel mit Drohnen aus der Luft vorgenommen. Die Einführung von KI-Messinstrumenten wie in Dig4more soll dagegen kostengünstigere und umfassendere Analyse ermöglichen.

Prof. Brabec, Leiter der Abteilung Hochdurchsatzmethoden in der Photovoltaik, betont: „Wir sehen die Verwendung von Hochdurchsatz-Messmethoden als Schlüsseltechnologie zum nachhaltigen Betrieb von Solarparks. Erst durch die Kombination von Messtechnik, mit der sich große Mengen von Solarmodulen schnell charakterisieren lassen, und künstlicher Intelligenz kann man die bestmöglichen Erträge und Langlebigkeit für Solarfelder sichern.“

Projektpartner

Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg

Das Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN) erforscht und entwickelt material- und prozessbasierte Lösungen für eine klimaneutrale, nachhaltige und kostengünstige Nutzbarmachung erneuerbarer Energien. Thematische Schwerpunkte des Instituts sind die Erforschung der elektrochemischen Energieumwandlung zur Entwicklung innovativer Wasserstofftechnologien sowie solare Technologien.

Das HI ERN bildet das Kernstück einer engen Partnerschaft zwischen dem Forschungszentrum Jülich, dem Helmholtz Zentrum Berlin für Materialien und Energie und der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg. Ziel der Kooperation ist es, die exzellente Material-, Energie- und Prozessforschung der Partnerinstitutionen eng zu verknüpfen. Die Zusammenarbeit der Partner bezieht sich auf die Bereiche innovative Materialien und Prozesse für photovoltaische Energiesysteme und Wasserstoff als Speicher- und Trägermedium für CO2-neutral erzeugte Energie. Das HI ERN leistet durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit einen wichtigen Beitrag zur Energiewende.

Sunsniffer

SunSniffer ist ein Spin-off eines mittelgroßen PV-Bau Unternehmens. Durch die Betreuung der Anlagen wurde es zur größten Aufgabe, die kostenintensiven Vor-Ort-Untersuchungen zu ersetzen mittels Leistungselektronik auf Modulebene und künstlicher Intelligenz.
SunSniffer hat drei Elektronik-Bausteine für Solarmodule entwickelt:

1.) Preiswerter Modulsensor zum Messen der Modulleistungsfähigkeit
2.) RSD-Technologie zum Abschalten des Moduls im Brandfall
3.) eine Optimierungstechnologie für Module in verschatteten Umgebungen

Im Softwarebereich steht eine skalierbare Datenpool Technologie mit künstlicher Intelligenz zur Verfügung um verwertbare Daten in Echtzeit zu generieren. Sie verwandelt hochtechnische Informationen in umsetzbare, leicht verständliche Auswertungen. Zum Beispiel den prozentualen Wert, um den Solarmodule im Laufe der Zeit ihre Fähigkeit zur Stromerzeugung verlieren. Damit ist man in der Lage jederzeit zu erkennen, ob ein Modul außerhalb der Gewährleistung liegt oder ob es sich rechnet dieses zu ersetzen.
Degradation, Verschattung und Verschmutzung werden als Verluste bis hin zu den einzelnen Modulen ermittelt. Das System ist in der Lage, Wartungsarbeiten vorzuschlagen, denen genaue Erträge gegenüberstehen. Die Betriebskosten von PV-Anlagen werden durch den Einsatz von SunSniffer durchschnittlich um 50% gesenkt und der Ertrag um 7% gesteigert.

Aquila Capital

Aquila Capital ist eine Investmentgesellschaft mit Fokus auf Entwicklung und Management essenzieller Sachwertanlagen im Auftrag ihrer Kunden. Durch Investitionen in saubere Energien und nachhaltige Infrastrukturprojekte trägt Aquila Capital zur globalen Energiewende der Weltwirtschaft bei und stärkt gleichzeitig weltweit den Aus- und Aufbau von wichtiger Infrastruktur. Das Unternehmen verfolgt den Ansatz, essenzielle Sachwertanlagen frühzeitig zu initiieren und zu entwickeln. Die Investitionen werden über die gesamte Lebensdauer und die volle Wertschöpfungskette von uns gemanagt und optimiert.

Derzeit verwaltet Aquila Capital über 13 Milliarden Euro für Investoren weltweit in den Bereichen Wind-, Solar- und Wasserkraft. Anlagen mit einer Kapazität von über 12 GW und mehr als 2 Millionen Quadratmeter nachhaltiger Immobilien und grüner Logistikprojekte sind fertig oder im Bau. Mit rund 600 Mitarbeiter*innen aus 48 Ländern und 15 Büros ist Aquila Capital in 13 Ländern weltweit vertreten.
Sunset Energietechnik GmbH

Leistungsstarke PV-Module „Made in Germany“ bilden das Kerngeschäft der Sunset Energietechnik GmbH. Das 1979 gegründete und damit wohl älteste Solar-Unternehmen (KMU) in Deutschland mit Sitz in Adelsdorf ist spezialisiert auf die Fertigung von kristallinen Hochleistungsmodulen verschiedenster Ausführung. Die Module werden vom Tochterunternehmen Sunset Solar GmbH&Co KG CO2-neutral in Löbichau/Gera mit einer Kapazität von bis zu 50 MWp/Jahr produziert und weltweit geliefert. Im Gegensatz zu vielen anderen PV-Herstellern fertigt SUNSET auch noch kundenspezifische Module und Sondermodule für verschiedenste Einsatzbereiche (BiPV, ViPV, diverse Klima- und Belastungszonen). SUNSET konzeptioniert, konfiguriert und montiert PV-Anlagen in allen Größenklassen von wenigen kWp bis MWp.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Claudia Buerhop-Lutz
Institut für Energie- und Klimaforschung, Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (IEK-11)
Tel.: +49 9131-9398100
E-Mail: c.buerhop-lutz@fz-juelich.de

Weitere Informationen:

https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2022/fachmeldungen… Pressemitteilung des Forschungszentrums Jülich