Mittelspannung spart Material und Kosten in Photovoltaik-Kraftwerken

Um die Ausbauziele zu erreichen, werden sehr große Mengen an wertvollen Ressourcen wie Aluminium, Kupfer und Stahl benötigt. Die daraus folgende Nachfrage wird zu einer Verknappung und somit Kostensteigerung führen, so dass sich der relative Kostenanteil der materialintensiven Komponenten erheblich erhöht. Während in den vergangenen 10 Jahren die Preise für Photovoltaik-Module um 80 Prozent gesunken sind, 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, müssen die Balance of System-Komponenten in den Fokus genommen werden. »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« wird ein ganzheitliches Konzept für PV-Kraftwerke größer fünf Megawatt mit aktiven Strangsammlern im Labormaßstab erprobt, 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) können die Ströme herabgesetzt werden, was zu zwei positiven Effekten führt: Zum einen können die Kabelquerschnitte stark reduziert werden, was erhebliche Einsparungen sowohl beim Material als auch in den Installationskosten für die Verkabelung bringt. Zum anderen kann die Leistung der Subsysteme erhöht werden. Bei gleicher Kraftwerksgröße resultiert daraus eine geringere Anzahl an Transformatoren und Schaltanlagen.

Im Projekt werden verschiedene Systemtopologien und Spannungsebenen im Kraftwerk erarbeitet und miteinander verglichen. 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 werden mögliche Einsparungen von Schutzelementen im Kraftwerk betrachtet. 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.