Digitaler Zwilling zur Solarpark-Optimierung

Häufig werden beim Bau von Großanlagen die Daten der Bauplanung als Initialdaten genutzt. Allerdings könne es bei der Errichtung durchaus zu Abweichungen kommen, so dass am Ende die Datengrundlage der Anlage nicht den tatsächlichen Gegebenheiten entspricht. Vor diesem Hintergrund weist das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) in einer Mitteilung darauf hin, dass im laufenden Betrieb die Abweichung und der ausbleibende Abgleich zwischen Planungs- und Realzustand beispielsweise zu einer verspäteten Identifikation von Schadensfällen und technischen Ausfällen führen kann. Ein schnelleres Altern der Systeme sei die Folge.

Ein Forschungsprojekt mit der Bezeichnung „VR4PV“ setzt an diesem Problem an. Dafür haben das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (CSP) und das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) zusammen mit den beiden Industriepartnern Denkweit und Dexor Technology einen digitalen Zwilling und eine virtuelle Umgebung zur Analyse, Inspektion und Wartung von Photovoltaik-Systemen entwickelt. Damit sei es möglich, sowohl den geografischen als auch den elektrischen Kontext der Komponenten darzustellen sowie die zu diesen Komponenten gehörenden Daten aufzuzeichnen.

Die automatisierte Datenerfassung und -visualisierung von Systemen ermöglichten eine schnellere Erfassung technischer Probleme und Ertragsverluste, sagt Matthias Ebert. Dies sei gleichzeitig der Grundstein für die effiziente und zuverlässige Inbetriebnahme, für die darauf aufbauende Entwicklung von Betriebsführungs- und Wartungsstrategien inklusive der dazugehörenden Servicedienstleistungen, so der Gruppenleiter „PV-Systeme und -Integration“ am Fraunhofer CSP.

Digitales Abbild als Virtual-Reality-Anwendung

Mit bildgebenden Verfahren, Deep-Learning-Methoden, Drohnenaufnahmen und KI-basierten Auswertungen haben die Forscher „die Voraussetzungen für einen Digitalen Zwilling von PV-Systemen geschaffen, dessen Nutzen sich nunmehr in seiner Anwendung im Betrieb und bei Erweiterungen und Umbauten zeigen wird“, wie es Frank Ryll, Gruppenleiter „Instandhaltung und Servicemanagement“ am Fraunhofer IFF, formuliert.

Ein digitales Abbild des untersuchten PV-Systems wurde auch in Form eines 3D-Modells erstellt. Es ist als Virtual-Reality-Anwendung im „Elbedome“ des Fraunhofer IFF verfügbar. Nach Angaben des Instituts ist der Elbedome mit 16 Metern Durchmesser und 4 Metern Höhe eines der größten Mixed-Reality-Labore weltweit. Es ist mit 25 3D-Stereo-Projektoren, 15 Infrarot-Kameras, ebenso vielen Trackingkameras und einem 7.1-Soundsystem ausgestattet. Damit lassen sich zum Beispiel Maschinen, komplexe Anlagen, Fabriken oder ganzer Städte darstellen.

Die Digitalisierung habe den Abgleich des Planungszustands mit dem tatsächlich umgesetzten Ist-Zustand des PV-Systems erlaubt. Dabei seien auch bisher nicht digital zugängliche Informationen aus der Errichtungsphase und aus Wartungsvorgängen dokumentiert worden. Dies erlaube eine kostengünstigere Betriebsführung und senke die Energieentstehungskosten, so die Forscher. „Damit sinken die laufenden Kosten für die Stromerzeugung aus Photovoltaik, die Systeme sind weniger störanfällig und damit über längere Zeit effizient“, heißt es in der Mitteilung des Fraunhofer-Instituts weiter.

Im Rahmen der EFRE-Strukturförderung wurde das einjährige Projekt vom Land Sachsen-Anhalt unterstützt.