Solarpark 2.0 - Optimierung von Leistung und Ertrag in Photovoltaikanlagen

Abstract

Ziel des Vorhabens „Solarpark 2.0“ war die Entwicklung und experimentelle Validierung innovativer Technologien zur Steigerung von Leistung, Energieertrag und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen. Im Mittelpunkt standen neuartige Ansätze zur Reduktion von Mismatch-Verlusten durch mehrstufige Maximum-Power-Point-Tracking-Verfahren sowie die Entwicklung datenbasierter Methoden zur Analyse, Bewertung und Prognose des Anlagenverhaltens. Ergänzend wurde die Digitalisierung des PV-Anlagenbetriebs vorangetrieben, um verbesserte Grundlagen für Netzbetrieb, Speicherintegration und Energievermarktung bereitzustellen. Ein besonderer Fokus lag auf der Modellierung von Verlustmechanismen wie Verschattung, Verschmutzung und Alterung. Das Vorhaben wurde im Zeitraum Juli 2022 bis Dezember 2025 im Rahmen des 7. Energieforschungsrahmenprogramms durch ein Konsortium mehrerer Forschungseinrichtungen und Industriepartner durchgeführt. Die Arbeiten waren in Arbeitspakete gegliedert und umfassten die Entwicklung von Sub-String- und String-Level-MPPT-Konzepten, die Weiterentwicklung leistungselektronischer Ansätze zur Minimierung von Mismatch-Verlusten, die Datenerfassung und -auswertung, KI-basierte Prognoseverfahren, Feldtests sowie System- und Projektmanagementaufgaben. Ein zentraler Fokus dieser Arbeit lag auf der Entwicklung, Implementierung und experimentellen Validierung einer neuartigen DC/DC-Wandlertopologie, der sogenannten HiLEM-Schaltung. Diese fungiert als Partial-Power-Converter und ermöglicht eine hoch effiziente, stringbasierte Umsetzung des MPP-Tracking. Ergänzend dazu wurden physikalisch fundierte Modellierungsansätze, Methoden des maschinellen Lernens sowie simulationsgestützte Verfahren zur Beschreibung und Prognose des Systemverhaltens entwickelt. Die Leistungsfähigkeit dieser Ansätze wurde abschließend anhand realer Messdaten verifiziert.