OptPV4.0

PHOTOVOLTAISCHE SYSTEME

Plötzlich auftretende Fehler und schleichende Degradationsprozesse führen zu signifikanten Einbußen im Ertrag von PV-Anlagen und beeinträchtigen Ihre Wirtschaftlichkeit. Bisherige Methoden zur Ursachenanalyse stützen sich überwiegend auf Spezialmessungen vor Ort, wodurch weitere Kosten verursacht werden und wertvolle Zeit verstreicht. Das Kernziel des Projekts ist eine optimierte Betriebsführung von Photovoltaikanlagen zur Erhöhung und Sicherstellung ihres Ertrags und ihrer Wirtschaftlichkeit durch die Erforschung und Anwendung von systemumfassenden Datenanalyse- und Modellierungskonzepten zur Früherkennung von Fehlern und schleichender Degeneration. Daraus ergeben sich fünf wesentliche Sub-Ziele, an denen im gegenständlichen Projekt geforscht werden soll: i) Entwicklung eines Sensorik-Upgrade Kits zur Erfassung von wichtigen Anlagendaten, ii) Standardisierung von möglichen Fehlern und deren zuverlässige Identifikation durch innovative Algorithmik, iii) Definition einer Datenbankstruktur zur effizienten Speicherung und Analyse von PV-Anlagendaten und Metadaten, iv) Physikalische und statistische Modellierung und Validierung der entwickelten Modelle, sowie v) Konzepte für prädiktive Wartung inklusive Kosten-Nutzen-Betrachtung.

PROJEKTZIEL

Die Sicherstellung der langfristigen Performance und die Systemoptimierung von Photovoltaikanlagen sind zwei wesentliche Faktoren, um ihre Rentabilität zu sichern und um den weltweiten Wechsel hin zu erneuerbaren Energiequellen weiter ausbauen zu können. Dabei gilt es, Leistungseinbußen aufgrund von plötzlich auftretenden Fehlern in der Anlage oder graduellen Verschlechterungen in der Anlagenperformance zu verhindern beziehungsweise weitestgehend zu minimieren. Um dies zu erreichen, müssen zum einen die Fehlerursachen zuverlässig und schnell identifiziert werden, um Ausfallzeiten durch entsprechende Gegenmaßnahmen minimieren zu können, zum anderen müssen negative Trends in der Gesamtanlagenperformance analysiert und extrapoliert werden, um rechtzeitig prädiktive Instandhaltungsmaßnahmen setzen zu können, bevor es zu einer relevanten Leistungsverschlechterung kommt. Bisherige Methoden zur Ursachenanalyse stützen sich überwiegend auf Spezialmessungen vor Ort, wodurch weitere Kosten verursacht werden und wertvolle Zeit verstreicht. Ebenso findet in der Praxis keine prädiktive Analyse von Trends in der Anlagenperformance statt, es existieren allenfalls theoretische Konzepte beziehungsweise grundlagenlastige Machbarkeitsstudien ohne systemumfassenden Bezug. 

Das Kernziel des Projekts OptPV4.0 ist daher ein optimierter Betrieb und Betriebsführung von Photovoltaikanlagen zur Erhöhung und Sicherstellung ihres Ertrags und ihrer Wirtschaftlichkeit durch die Erforschung von systemumfassenden Datenanalyse- und Modellierungskonzepten zur Früherkennung von Fehlern und schleichender Degeneration. Aufgrund der großen Heterogenität der unterschiedlichen Fehlerursachen, sowie der Abhängigkeit der Fehlerausprägung von klimatischen, topografischen und geografischen Gegebenheiten ist eine zuverlässige Identifikation und Modellierung nur mit entsprechenden fortgeschrittenen Analysemethoden unter Verwendung von großen Datenmengen sowie zusätzlich erhobenen Metadaten möglich. Dazu werden im Projekt systematische Schritte unternommen: In bestehenden Daten vorkommende Fehlermuster werden standardisiert und in einer im Rahmen dieses Projekts zu definierenden Datenbankstruktur abgelegt. Ein Sensorik-Upgrade-Kit zur Sammlung von wichtigen, standardmäßig nicht erhobenen Anlagendaten und Metadaten wird entwickelt und an echten Anlagen zur Datenerhebung installiert. Mit Hilfe der Anlagendaten und der Daten des Sensorik-Upgrade-Kits werden physikalische und statistische Analysemodelle basierend auf digitalen Anlagenzwillingen sowohl zur schnellen Identifikation von plötzlich auftretenden Fehlermustern als auch zur Implementierung von prädiktiven Instandhaltungskonzepten entwickelt und evaluiert. Die Ergebnisse des Projekts stellen eine wichtige Grundlage dar, um den Betrieb von Photovoltaikanlagen jeder Größe wirtschaftlicher und vorausschaubarer zu machen – zwei wichtige Voraussetzungen um die Verbreitung von PV-Anlagen und ihren Beitrag zur Energiewende und Klimaschutz weiter fördern zu können.