Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Photovoltaik-Systeme sind ein zentraler Baustein für die Energiewende – auch auf regionaler Ebene. Doch bislang ist wenig darüber bekannt, wie sich reale Umweltbedingungen langfristig auf die Lebensdauer und Zuverlässigkeit dieser Systeme auswirken. Die Folge: Qualitätsmängel werden häufig zu spät erkannt, was zu hohen Folgekosten führt. Das Forschungsprojekt des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik CSP »KliMaTE« setzt genau hier an: Es sollen neue, standortspezifische Methoden entwickelt werden, um die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Photovoltaik-Systemen realistisch vorherzusagen.
Im Fokus des Projekts stehen mikrostrukturelle Veränderungen von Photovoltaik-Materialien, also Veränderungen auf kleinster Ebene, deren Analyse wertvolle Rückschlüsse auf die Systemperformance erlaubt. So können Schwachstellen künftig frühzeitig erkannt und gezielt vermieden werden, noch bevor sie zu kostenintensiven Ausfällen führen. Statt sich wie bisher auf standardisierte Labortests zu verlassen, die häufig nicht die tatsächlichen Belastungen widerspiegeln, verknüpft »KliMaTE« als Lösungsansatz erstmals Materialforschung, Umweltanalysen und digitale Simulationen.
Die Wissenschaftler aus Halle (Saale) verbinden Laboranalysen mit praxisnahen Umweltstressoren: Mikrostrukturelle Vorläuferreaktionen in den Materialien werden identifiziert und gezielt beschleunigt, um Alterungsprozesse realitätsnah abzubilden. Gleichzeitig wird eine automatisierte Systemdiagnostik entwickelt, die Betriebsdaten aus Photovoltaik-Anlagen auswertet und mit materialbasierten Fehlersignaturen abgleicht. So entsteht ein datenbasiertes Bild der Systemgesundheit in Echtzeit. »Nur wenn wir verstehen, wie Materialien im realen Betrieb altern, können wir Photovoltaik-Systeme robuster und nachhaltiger gestalten«, sagt David Daßler, Projektmitarbeiter am Fraunhofer CSP.
Im ersten Schritt soll im Projekt ein geographisches Informationssystem (GIS-gestützte Anwendung) zur Analyse des Solarpotenzials in urbanen Räumen entwickelt werden. Diese Softwarelösung berücksichtigt nicht nur verfügbare Dach- und Freiflächen, sondern integriert auch relevante meteorologische Daten wie Sonneneinstrahlung, Temperaturverläufe und Luftfeuchtigkeit. Ziel ist es, potenzielle Standorte für Photovoltaik-Systeme mit Blick auf maximale Effizienz und Langlebigkeit zu identifizieren. Die so gewonnenen Standortprofile dienen als Grundlage für alle weiteren Untersuchungen im Projekt.
Auf Basis der Standortdaten werden detaillierte Mikroklimata modelliert. Diese beschreiben die konkreten klimatischen Bedingungen, denen PV-Systeme im täglichen Betrieb ausgesetzt sind, etwa Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit oder UV-Strahlung. Daraus werden sogenannte Mission Profiles abgeleitet: belastungsspezifische Szenarien, die realitätsnahe Umweltbedingungen über die Lebensdauer eines PV-Systems hinweg simulieren. Sie bilden die Grundlage für die gezielte Untersuchung von Alterungsprozessen und die Ableitung von Zuverlässigkeitskennwerten.
Drauf aufbauend werden die ermittelten mikroklimatischen Einflussfaktoren mit materialbasierten Alterungsprozessen sowie Betriebsdaten aus realen PV-Anlagen verknüpft. Ergänzend fließen auch Aspekte der Speicherintegration und der Netzstabilität in die Analyse ein. Ziel ist es, ein umfassendes, multidimensionales Modell zur Bewertung der Systemzuverlässigkeit zu entwickeln. Dieses soll sowohl zur Risikoabschätzung als auch zur Optimierung von Design- und Wartungsstrategien für PV-Systeme dienen.
Das Land Sachsen-Anhalt stellt dem Projekt »Klima-spezifische PV-Material-Systeme für die digitale Transformation der regionalen Energiewende (KliMaTE)« gemäß der Förderrichtline für Forschung und Innovation Mittel aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) bereit. Das Fördervolumen beträgt 344.723 €, die Laufzeit ist vom 1. Januar 2024 bis 31. März 2026 angesetzt.
12. August 2025