Der bis 2050 erwartete Zubau von etwa 73 Terawatt neuer Photovoltaik-Leistung benötigt große Mengen an Rohstoffen, unter anderem Kupfer und Aluminium. Ressourcenbedarf und Investitionskosten können deutlich gesenkt werden, wenn das Spannungsniveau der PV-Anlage in die Mittelspannung angehoben wird. Das Projekt »PVgoesMV« soll mit dem Aufbau und Betrieb von zwei Pilotanlagen zeigen, dass dieser Schritt für PV-Großanlagen technisch machbar und ökonomisch sinnvoll ist. Es handelt sich um die weltweit ersten PV-Anlagen mit einem 3 kV-Stringwechselrichter. Hersteller aller wichtigen Systemkomponenten eines PV-Parks unterstützen das über drei Jahre geplante Projekt.
Seit 2025 überschreitet der Kupferbedarf die weltweite Kupferproduktion (Quelle: Global Critical Minerals Outlook 2024). (© Fraunhofer ISE)
In einem nach heutigem Stand der Technik gebauten Photovoltaik-Kraftwerk mit einer Leistung von 50 MWp sind Kabellängen im dreistelligen Kilometerbereich verlegt. Laut dem Global Critical Minerals Outlook 2024 der Internationalen Energie-Agentur übersteigt seit 2025 der Kupferbedarf das angekündigte Angebot, weshalb in Zukunft mit steigenden Rohstoffpreisen zu rechnen ist. Daher werden bereits in großem Stil Aluminiumkabel genutzt. Doch zum einen verursacht die Aluminium-Produktion hohe CO2 -Emissionen, zum anderen wird es bereits heute von der EU als kritischer Rohstoff eingestuft. »Der Schritt in die Mittelspannung ist ein wesentlicher Hebel für die Reduktion des Kupfer- und Aluminiumbedarfs für Photovoltaik-Großkraftwerke und somit für die Wirtschaftlichkeit der Projekte«, erklärt Projektleiter Felix Kulenkampff vom Fraunhofer ISE. Zum einen führt eine Verdopplung der Spannung zu Einsparungen im Leiterquerschnitt von etwa 75 Prozent. Dünnere Kabel sind einfacher zu verlegen und senken zusätzlich die Installationskosten. Zudem kann die Anschlussleistung von Transformatoren und Substations bei gleicher Baugröße verdoppelt werden. In Großkraftwerken kann deren Anzahl halbiert werden, was zu weiteren Einsparungen von Material-, Invest- und Installationskosten führt.
Die Erhöhung der Spannung reduziert die Kabelquerschnitte und damit den Kupferbedarf erheblich. (© Fraunhofer ISE)
»Alle genannten Vorteile ergeben sich bereits in der niedrigen Mittelspannung. Die Aufwände für die Entwicklung entsprechend spannungsfester Komponenten sind überschaubar, weshalb uns viele Komponentenhersteller in dem Pilotprojekt unterstützen«, so Felix Kulenkampff.
Zwei Pilotanlagen mit 3 kV Mittelspannung
Ziele des Projekts sind der Aufbau und mehrmonatige Testbetrieb von zwei Pilotanlagen in Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz mit etwa 135 Kilowatt Anschlussleistung. Sie werden DC-seitig mit 3 kV und AC-seitig mit 1,2 kV betrieben. Der eingesetzte Mittelspannungs-PV-Wechselrichter auf Basis von hochsperrenden Siliziumkarbid-Halbleitern wurde vom Fraunhofer ISE bereits im Projekt MS-Leikra entwickelt und wird für den Einsatz im Feld angepasst. Im Projekt werden zwei verschiedene Stringverschaltungen erprobt: Zum einen der Einsatz von Standard-Solarmodulen mit
Der eingesetzte Mittelspannungs-PV-Wechselrichter auf Basis von hochsperrenden Siliziumkarbid-Halbleitern wurde vom Fraunhofer ISE bereits im Projekt MS-Leikra entwickelt. (© Fraunhofer ISE)
1500 V und Mittelpunktserdung. Zum anderen ein 3-kV-String mit PV-Modul-Prototypen, die für die höhere Spannungsklasse entwickelt wurden. Anhand der Erfahrungen bei Planung, Aufbau und Inbetriebnahme wollen die Projektpartner abschließend ein Qualitätssicherungs- und Prüfkonzept für Mittelspannungs-PV-Anlagen entwickeln, Erkenntnisse aus dem Feld in ihr Produktdesign einfließen lassen und in internationalen Normungsgremien einbringen.
Projektpartner von »PVgoesMV« sind die Pfalzwerke AG, die FEAG Gruppe, Stäubli Electrical Connectors AG, Weidmüller Interface GmbH & Co. KG, Mersen Deutschland Eggolsheim GmbH, Prysmian Kabel und Systeme GmbH, Sumida Components & Modules GmbH, Hanwha Q Cells GmbH, Zimmermann PV-Steel Group GmbH & Co. KG, Infineon Technologies AG, Fluke Deutschland GmbH und BES new energy GmbH. Sie unterstützen das Projekt durch die Bereitstellung und Weiterentwicklung von Schlüsselkomponenten, sowie mit Know-How und Engineering-Dienstleistungen bei Aufbau, Inbetriebnahme und Monitoring.
Gefördert wird das im Dezember 2025 gestartete Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des 8. Energieforschungsprogramms »Innovationen für die Energiewende«.
Weitere Informationen auf: www.ise.fraunhofer.de
Quelle: Fraunhofer ISE