Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat das Projekt PVgoesMV ins Leben gerufen, um die weltweit ersten Mittelspannungs-Photovoltaik-Anlagen mit 3-kV-String-Wechselrichtern zu realisieren. Ziel ist es, den Kupfer- und Aluminiumverbrauch in Groß-PV-Parks drastisch zu reduzieren, Kosten zu senken und die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen zu mindern. Das Projekt startete im Dezember 2025, wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert und soll über drei Jahre laufen.
Seiteninhalte
- Globale Herausforderung: 73 TW neue PV-Leistung und Rohstoffknappheit
- Mittelspannung als Lösung – 75 % Kabelmaterialeinsparung
- Technische Basis: Das MS-Leikra-Projekt und 3-kV-String-Inverter
- Pilotanlagen: Praktische Demonstration in Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz
- Projektpartner und Fördermittel – Ein starkes Netzwerk
- Herausforderungen und Standardisierung
- Ausblick: Ressourcenschonende Skalierung der Photovoltaik
- Fazit
- FAQ
Globale Herausforderung: 73 TW neue PV-Leistung und Rohstoffknappheit
Nach den Prognosen des Fraunhofer ISE werden bis 2050 weltweit rund 73 Terawatt neue Photovoltaik-Kapazität installiert. Diese massive Erweiterung erfordert enorme Mengen an Kupfer und Aluminium. Laut dem International Energy Agency Global Critical Minerals Outlook 2024 übersteigt die Kupfernachfrage bereits seit 2025 das angekündigte Angebot, während steigende Rohstoffpreise Investoren dazu veranlassen, vermehrt Aluminiumkabel einzusetzen. Aluminium ist jedoch ebenfalls ein kritisches Rohmaterial der EU und verursacht hohe CO₂-Emissionen bei der Produktion. Die Kombination aus steigender Nachfrage, knapper Kupferverfügbarkeit und umweltbelastender Aluminiumproduktion macht die Suche nach ressourcenschonenden Lösungen dringend nötig.
Mittelspannung als Lösung – 75 % Kabelmaterialeinsparung
Die Erhöhung der Systemspannung von den üblichen Niederspannungs- oder Mittel- bis Niederspannungs-Niveaus auf 3 kV halbiert die erforderlichen Kabelquerschnitte. Das bedeutet:
- Reduktion des Kupferverbrauchs um bis zu 75 % – bei einem 50-MW-Park mit dreistelliger Kilometer-Kabelstrecke führt dies zu Einsparungen von mehreren hundert Kilometern Kabel.
- Verwendung von dünneren, leichter zu verlegenden Kabeln, was Installationskosten weiter senkt.
- Verdopplung der Anschlusskapazität von Transformatoren und Trafostationen bei gleichbleibender physischer Größe.
- Reduzierung der Notwendigkeit von Aluminiumkabeln und damit Verringerung der CO₂-Bilanz des gesamten PV-Systems.
Der Projektleiter Felix Kulenkampff betont, dass die Verdopplung der Spannung zu einer Einsparung im Leiterquerschnitt von etwa 75 % führt und gleichzeitig die Installation erleichtert. Diese Vorteile seien bereits im Low-Medium-Voltage-Segment realisiert worden und seien auf das 3-kV-System übertragbar.
Technische Basis: Das MS-Leikra-Projekt und 3-kV-String-Inverter
Der technische Kern des PVgoesMV-Projekts beruht auf dem Vorgängerprojekt MS-Leikra. Dort wurde ein 1,5-kV-AC-Wechselrichter mit einer Nennleistung von 250 kVA auf Basis von Silizium-Karbid-Halbleitern (SiC) entwickelt. Diese Erfahrung ermöglicht die Skalierung auf Mittelspannungs-Subsysteme mit einer geplanten Leistung von 10-12 MVA.
Im PVgoesMV werden zwei unterschiedliche String-Konfigurationen getestet:
- Standard-Solarmodule mit 1500 V und Mittelpunktserde.
- 3-kV-Strings mit speziell entwickelten Prototyp-Modulen für die höhere Spannungsklasse.
Die 3-kV-String-Inverter basieren auf den SiC-Halbleitern des MS-Leikra-Projekts, wodurch höhere Subsystemleistungen und verbesserte Effizienz erreicht werden können.
Pilotanlagen: Praktische Demonstration in Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz
Zur Validierung der Technologie werden zwei Pilotanlagen mit einer installierten Leistung von je 135 kW errichtet. Beide Anlagen arbeiten mit 3 kV DC und 1,2 kV AC und sollen 2026 in den Bundesländern Baden-Württemberg sowie Rheinland-Pfalz gebaut und über mehrere Monate im Testbetrieb betrieben werden.
Die Pilotanlagen dienen mehreren Zwecken:
- Nachweis der technischen Machbarkeit von 3-kV-String-Invertern im Feld.
- Erfassung von Daten zu Installation, Betrieb und Wartung für die spätere Skalierung.
- Entwicklung eines Qualitätssicherungs- und Testkonzepts für Mittelspannungs-PV-Systeme.
- Einbringung der gewonnenen Erkenntnisse in internationale Standardisierungsgremien (IEC-Komitees).
Projektpartner und Fördermittel – Ein starkes Netzwerk
Das Projekt wird von einer breiten Palette an Industriepartnern unterstützt, die Schlüsselkomponenten bereitstellen und ihr Know-how einbringen:
- Pfalzwerke AG
- 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
- BES new energy GmbH
Die Finanzierung erfolgt durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des 8. Energieforschungsprogramms. Die Laufzeit des Projekts ist auf drei Jahre angesetzt, wobei die Pilotanlagen im ersten Jahr errichtet und anschließend über mehrere Monate getestet werden.
Herausforderungen und Standardisierung
Obwohl die technische Machbarkeit bereits demonstriert ist, stehen noch einige Hürden an:
- Fehlende Normen für Mittelspannungs-PV-Anlagen – das Projekt arbeitet aktiv an der Einbringung seiner Ergebnisse in IEC-Komitees.
- Entwicklungsaufwand für spannungsfeste Komponenten – die Anpassungen sind zwar machbar, können jedoch initial höhere Kosten verursachen, die durch die langfristigen Einsparungen ausgeglichen werden.
- Markteinführungsverzögerungen bis zur Etablierung einheitlicher Standards, was für Investoren ein Risiko darstellt.
Der Projektleiter betont, dass die Entwicklungsbemühungen für die erforderlichen komponentenresistenten Bauteile gut beherrschbar seien und die breite Unterstützung der Hersteller ein starkes Signal für die Zukunftsfähigkeit der Technologie setze.
Ausblick: Ressourcenschonende Skalierung der Photovoltaik
Mit der Demonstration von 3-kV-String-Invertern legt das PVgoesMV-Projekt den Grundstein für eine neue Generation von Mittelspannungs-PV-Systemen, die nicht nur die Materialkosten senken, sondern auch die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen reduzieren. Die erwartete Einsparung von bis zu 75 % des Kabelmaterials kann bei der geplanten globalen Erweiterung um 73 TW bis 2050 zu einer signifikanten Entlastung der Kupfer- und Aluminiumversorgung führen. Gleichzeitig ermöglichen die höheren Spannungen kompaktere Transformator- und Substation-Designs, was Platz für weitere Module schafft und die Gesamteffizienz von Solarparks erhöht.
Fazit
Das PVgoesMV-Projekt des Fraunhofer ISE zeigt, dass Mittelspannungs-Photovoltaik mit 3-kV-String-Wechselrichtern ein realistischer und wirtschaftlich attraktiver Weg ist, die globale PV-Expansion ressourcenschonend zu gestalten. Durch die Reduktion des Kabelquerschnitts um bis zu 75 % werden Kupfer- und Aluminiumverbrauch gesenkt, Installationskosten fallen, und die technische Leistungsfähigkeit von Groß-PV-Parks wird gesteigert. Die beiden Pilotanlagen in Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz bilden den praktischen Beweis für die Machbarkeit, während ein starkes Netzwerk von Industriepartnern und die Unterstützung durch das BMWK die Grundlage für eine schnelle Marktdurchdringung schaffen. Sobald die noch fehlenden Normen etabliert sind, kann die Technologie weltweit eingesetzt werden und einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Energiewende leisten.
FAQ
Wie viel Kupfer kann durch den Einsatz von 3-kV-String-Invertern eingespart werden?
Durch die Erhöhung der Systemspannung auf 3 kV lässt sich der Kabelquerschnitt um bis zu 75 % reduzieren, was zu einer entsprechenden Einsparung von Kupfer führt – bei einem 50-MW-Park mehrere hundert Kilometer Kabel können entfallen.
Welche Rolle spielt die Normung für Mittelspannungs-PV-Anlagen?
Die Einführung einheitlicher IEC-Normen ist entscheidend, um die Markteinführung zu beschleunigen, Investitionssicherheit zu schaffen und die breite Akzeptanz der Technologie zu gewährleisten.
