Labor für Photovoltaik-Systeme

Seit 1988 werden am PV-Labor der Berner Fachhochschule in Burgdorf Photovoltaik-Systeme untersucht. Die Beurteilung des Langzeitverhaltens von PV-Anlagen bezüglich Sicherheit, Zuverlässigkeit und Energieertrag gehören zu den Kernkompetenzen der rund 12 Spezialist*innen des PV-Labors. Ein besonderes Augenmerk gilt dabei den Wechselrichtern, deren Verhalten am Stromnetz im PV-Labor untersucht wird.

Kernkompetenz: Prüfen, Messen und Beurteilen

PV-Anlagen haben sich vom Nischenprodukt zum Mainstream entwickelt. Schon bald werden sie neben der Wasserkraft zur wichtigsten Säule der Energieversorgung der Schweiz heranwachsen. Die Herausforderungen der angewandten Forschung haben sich dabei verändert.

Galt es in den 90er-Jahren noch aufzuzeigen, dass PV-Anlagen länger als fünf Jahre zuverlässig Strom produzieren können, stehen heute Themen wie Sicherheit (z. B. Brandschutz) oder Netzkonformität im Vordergrund. Dank dem kommerziellen Erfolg der Photovoltaik dringt die Technologie zudem laufend in neue Märkte vor. Jede neue Anwendung bringt dabei neue Herausforderungen und Risiken. Das PV-Labor der BFH ist dabei seiner Kernkompetenz treu geblieben: Es prüft und testet praxisnah, was die PV-Planer und Installateure selber nicht prüfen können. Dazu werden am PV-Labor auch immer wieder neue Messkonzepte und Messgeräte entwickelt. 

Leistungsangebot

Das PV-Labor stellt sein Wissen und seine Expertise der öffentlichen Hand und der Privatwirtschaft zur Verfügung. Das Leistungsangebot umfasst:

  • Wechselrichter- und PV-Systemtests (Wirkungsgrade, elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), Funktionstests, Schadensanalyse, Brandfallanalyse)
  • Prüfung von Wechselrichtern hinsichtlich der Anforderungen zum Anschluss ans Verteilnetz (NA-Schutz, Fault Ride Through, Wirk- und Blindleistungsregelung)
  • Messungen von Batteriesystem in Zusammenarbeit mit dem BFH-Zentrum Energiespeicherung
  • Messung von leitungs- und feldgebundenen elektromagnetischen Störungen im Zusammenhang mit PV-Anlagen
  • Überprüfung von PV-Modulen im Labor und auf dem Feld (Kennlinienmessungen, Thermografie- und Elektrolumineszenzmessungen, potenzialinduzierte Degradation PID)
  • Reflexions- und Blendmessungen
  • Messungen im Hochspannungslabor (Isolationsfestigkeit, Resistenz gegen direkte und indirekte Blitzeinschläge)
  • Forschungspartnerschaft für Innosuisse-Projekte
  • Berechnungen, Studien und Expertisen mit Forschungscharakter

Alle Leistungen werden, wenn möglich, zu Ausbildungszwecken gemeinsam mit Studierenden der Berner Fachhochschule erbracht. Die Erkenntnisse werden, wenn nicht durch einen Industriepartner geschützt, der Öffentlichkeit in Form von Publikationen zur Verfügung gestellt.

Kompetenzen

Der Forschungsbereich PV-Systeme umfasst Forschungsfragen, die sich um PV-Module und modulnahe Komponenten stellen und sich auf Konzepte beziehen (beispielsweise Stecker, Dioden, smarte Modulkomponenten, Zell- und Verstringungskonzepte).

Ausgewählte Forschungsgebiete

  • Angewandte Forschung für KMU (Innosuisse)
    • Unterstützung bei Produktneu- und Weiterentwicklungen
    • Messungen zur Qualitätssicherung
    • Überprüfung Sicherheitsfeatures
  • Outdoor Prüfplätze mit Einzelmodulüberwachung
    • Indoor Prüfplätze
    • Kennlinienmessungen mit Flasher
    • Untersuchung auf Zellbrüche mittels Elektrolumineszenz
    • Beurteilung auf Alterung von Zellbrüchen mit Ultraviolett-Fluoreszenz
    • Steady-State Untersuchungen mit Sonnensimulator (Hotspots, Erwärmungseffekte)
  • Hochspannungs- und Hochstromlabor für Komponententests
  • Langzeitmonitoring und Qualitätstests von PV Anlagen
  • Benchmarking von PV-Modulen

Kontakt

Das Wechselrichterlabor der BFH ist auf drei Bereiche spezialisiert:

  • Netzanschluss von Wechselrichter (Smart-Grid-Funktionen der Wechselrichter, NA-Schutz, Fault Ride Through FRT)
  • Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
  • Wirkungsgradmessungen

Neben reinen PV-Netzverbundwechselrichter werden auch Inselsysteme sowie PV-Batteriesysteme geprüft. Die enge Zusammenarbeit mit dem Hochspannungslabor ermöglicht die Prüfung der Widerstandfähigkeit von Wechselrichtern gegen direkte oder indirekte Blitzeinschläge. Das PV-Labor ist Teil des BFH-Zentrums Energiespeicherung in Biel und verfügt damit über eine hochwertige Infrastruktur zur Prüfung von Batterien und den zugehörigen Systemen.

Das IT-Rückgrat des Wechselrichterlabors ist das an der BFH entwickelte browserbasierte MUSCLE-Konzept.  Das Open Source Konzept nutzt Pythonprogramme, welche über Embedded Systems die Simulatoren ansteuern und Messgeräte auslesen.

Kontakt

Studien und Expertisen entstehen am PV-Labor oft dann, wenn im Rahmen einer Bachelor- oder Masterarbeit eine angewandte Forschungsfrage untersucht wird. Die entsprechenden Arbeiten können mit Praxisversuchen oder mit der Entwicklung von Software oder einfachen Tools ergänzt werden. Themen sind:

  • Energieertrag
  • Eigenverbrauch von Solarstrom
  • Blendung an Glasoberflächen
  • Simulation von Komponenten von PV-Anlagen (z. B. elektrische Simulation von Bypassdioden in PV-Modulen)

Das PV-Labor der BFH verfügt über folgende Infrastruktur:

  • Diverse PV-Anlagen verschiedenen Alters und verschiedener Technologien
  • Wechselrichterlabor mit programmierbaren DC- und AC-Quellen und Senken für Wechselrichterprüfungen bis zu 100 kVA
  • Prüfstand für Modulwechselrichter und Leistungsoptimierer
  • Hochspannungslabor für direkte und indirekte Blitzeinschläge, Stossstromgenerator (Gleich- und Wechselstromanwendungen)
  • Ortsfeste und mobile Prüfeinrichtungen zur Messung von elektromagnetischen Feldern
  • Sonnensimulator und Flasher
  • Elektrolumineszenz-Messequipment
  • Ultraviolett-Fluoreszenz-Messequipment
  • Mobiles Testequipment (Kennlinienmessgeräte, Thermografiekameras)
  • Klimakammer für Feuchte-Wärme-Kältetests
  • Steckerprüfstand zur Prüfung der Alterung von PV-Steckern

Zusätzlich steht das umfangreiche Prüfequipment des BFH-Zentrums Energiespeicherung in Biel zur Verfügung.

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