Photovoltaik-Risiken innovativ minimieren

Photovoltaikanlagen sind als regenerative Stromerzeuger auf dem Vormarsch. Die Internationale Energieagentur sagt in ihrem Jahresbericht „Renewables 2022“ eine Verdreifachung der Stromerzeugung aus Photovoltaik (kurz: PV) bis 2027 voraus. Auch die produzierende Industrie sattelt um: Photovoltaikanlagen krönen immer mehr Dächer von Produktionsgebäuden. Sie bringen zwei große Vorteile für Unternehmen: eine wertvolle Chance für die eigene Energiewende und eine Ertragssteigerung durch erhöhte Stromproduktion. Denn wird mehr Energie selbst erzeugt, muss weniger Strom extern eingekauft werden.

Auf der anderen Seite bedeuten PV-Anlagen neue Risiken für den Brandschutz, insbesondere im Falle von Aufdachanlagen auf Produktions- und Lagerhallen. Häufig werden für den Dachaufbau immer noch kunststoffhaltige Dämmmaterialien sowie Folien zur Abdichtung genutzt, die leicht brennbar sind. Diese Brandlasten in Kombination mit einer PV-Anlage als potenzieller Zündquelle stellen ein hohes Risiko dar – für Mensch und Betrieb. Um den zunehmenden Schadenfällen technisch entgegenzuwirken, sind bereits herkömmliche Schutzeinrichtungen wie Schmelzsicherungen in die elektrischen Anlagen integriert.

Ein entscheidender Nachteil herkömmlicher Schutzvorrichtungen besteht darin, dass diese hauptsächlich auf Isolationsfehler und erst bei Erreichen bereits kritischer Messwerte reagieren. In diesem Fall ist beispielsweise eine Degradation als Ursache bereits weit fortgeschritten und hat sich zum echten Schaden entwickelt. Die automatische Schutzabschaltung und der ungeplante Wartungseinsatz führen zu Ertragsausfällen für den Betreiber. Zugleich bleibt ein Feuerrisiko durch Fehler bestehen, die derzeit aufgrund fehlender Methoden nicht aktiv erkannt werden können. In der Folge kommt es im schlimmsten Fall zu Personenschäden und wirtschaftlich zu Produktionsausfällen. Betriebsunterbrechungen durch Brandschäden können Unternehmen in existenzielle Krisen stürzen.

Um Feuergefahren durch PV-Anlagen präventiv zu minimieren, entwickelt Funk passende Lösungen im Bereich Beyond Insurance. Der innovative Ansatz von e.Guard lautet: kontinuierliche Differenzstromüberwachung in Kombination mit Machine-Learning und Künstlicher Intelligenz. Dafür greift Funk auf Ergebnisse eines Projekts zu, das von der Funk Stiftung gefördert wird: „PV-DiStAnS 2.0: Künstliche Intelligenz zur Steigerung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Photovoltaikgroßanlagen“. Das Forschungskonsortium aus DLR, twingz und Doepke verfolgt das Ziel, ein neuartiges Monitoring­system für Wechselrichtersysteme zu entwickeln. Mit diesem sollen typische Fehler und alterungsbedingter Verschleiß während des Anlagenbetriebs frühzeitig detektiert werden können. Dazu werden mit modernster Differenzstromsensorik Ableit- und Fehlerströme kontinuierlich messtechnisch erfasst, mit Leistungsdaten vorhandener Datenquellen kombiniert und mit Methoden des Machine-Learnings sowie der Künstlichen Intelligenz analysiert.

So lassen sich Abweichungen vom normalen Anlagenbetrieb erkennen und durch typische Muster einem bestimmten Systemverhalten von Wechselrichtern zuordnen. „Die intelligente Differenzstrom­überwachung kann risikorelevante Anomalien im Betrieb von PV-Anlagen frühzeitig erkennen und Verantwortliche alarmieren. So lassen sich notwendige Aktionen zeitgerecht über planmäßige Wartungsmaßnahmen einsteuern und das Risiko ungeplanter Stillstände bis hin zu Brandereignissen maßgeblich reduzieren“, so ​Dr. Alexander Skorna, Geschäftsführer Funk Consulting und Berater der Funk Stiftung. Im Ergebnis werden Nachhaltigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit durch technologische Innovation vereint.

Forschungskonsortium

20.01.2023