Labor für Photovoltaiksysteme

Seit 1988 werden am PV-Labor der Berner Fachhochschule in Burgdorf Photovoltaiksysteme 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 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

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 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.

Projekte

Der Forschungsbereich PV-Komponenten umfasst Themen rund um PV-Module, Bypassdioden, Solargläser, Stecker und weitere Komponenten, die für eine PV-Anlage benötigt werden. Das PV-Labor untersucht mit verschiedenen Indoor- und Outdoor-Messgeräten die Eigenschaften, die Qualität und Zuverlässigkeit von PV-Komponenten.

Eine Spezialität stellt das am PV-Labor entwickelte Kennlinienmessgerät zur automatischen Kennlinienerfassung von PV-Modulen im Feld dar. Damit lassen sich beispielsweise die Auswirkungen von Teilverschattungen auf Modulebene in Pilotprojekten detailliert überwachen.

Zu den Forschungs- und Dienstleistungsangeboten gehören:

  • Vermessung von PV-Modulen im Labor und im Feld
  • Kennlinienmessungen von PV-Modulen
  • Infrarotaufnahmen (Hot-Spots)
  • Elektrolumineszenzaufnahmen (Zellbrüche)
  • Ultraviolett-Fluoreszenzaufnahmen (Zellbrüche, Degradation)
  • Steady-State Untersuchungen mit Sonnensimulator (Hotspots, Erwärmungseffekte)
  • Benchmarking von PV-Modulen

Der Forschungsbereich PV-Systeme bezieht sich auf das Zusammenspiel von PV-Komponenten in der Praxis sowie auf Fragen der Photovoltaik im Kontext der Schweizer Stromversorgung.

Zu den Forschungs- und Dienstleistungsangeboten gehören:

  • Agri-Photovoltaikanlagen: Gemeinsam mit unseren Kolleginnen und Kollegen der Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften (HAFL) untersuchen wir das Zusammenspiel von Strom- und Lebensmittelproduktion
  • Alpine PV-Anlagen: Gemeinsam mit den PV-Laboren von ZHAW, SUPSI und OST untersuchen wir technische Fragestellungen rund um alpine PV-Anlagen.
  • Studien, Berechnungen und Simulationen: Wir verfügen über diverse kommerzielle und selber entwickelte Software und Tools zur Analyse von PV-Anlagen.
  • Durchführung von Messkampagnen bei PV-Anlagen

Projekte

Weitere Aktivitäten des PV-Labors

Jedes Jahr schreiben Studierende der BFH Projekt-, Bachelor- und Masterarbeiten am PV-Labor. Folgende Arbeiten wurden in den letzten Jahren umgesetzt (Auswahl):

  • Konzept und Bau eines Kennlinien-Messgerätes für PV-Module
  • Konzept und Bau eines LED-Sonnensimulators
  • Entwicklung eines Messverfahrens für Blendungen an PV-Anlagen
  • Vergleich verschiedener Simulationstools für bifaciale vertikale PV-Anlagen

Falls Sie als Industriepartner eine Arbeit im Kompetenzbereich des PV-Labors ausschreiben möchten, können Sie sich gerne mit dem PV-Labor in Verbindung setzen. Damit eine Arbeit ausgeschrieben werden kann, muss sie mindestens eine Forschungsfrage beinhalten, die zu beantworten heute keine Standard-Dienstleistung der PV-Branche darstellt.

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 Zentrums Energiespeicherung in Biel zur Verfügung.

Folgende Organisationen und Unternehmen gehören zu den wichtigsten externen Partnern des Labors für Photovoltaik-Systeme:

Diverse private Auftraggeber (insbesondere Hersteller von Produkten) sind vertraulich und werden nicht genannt.

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