Lebensdauertests steigern die Zuverlässigkeit von PV-Wechselrichtern

Wolfram Dege zerstört Wechselrichter von Berufs wegen – und macht sie dadurch immer besser. Dafür setzt er die Geräte so richtig unter Stress und lässt sie künstlich altern. Mit Kälte, Hitze, starker Nässe, hohen Strömen und Spannungen setzt er den Wechselrichtern so richtig zu. Am liebsten alles in Kombination. Dadurch gewinnt er wertvolle Erkenntnisse für die Lebensdauer. Hier erfahrt ihr mehr zu den lebensverlängernden Maßnahmen und seinem Lieblingstest.

Wolfram, was genau macht eigentlich ein Zuverlässigkeitsingenieur und wie bist du einer geworden?

Vereinfacht beschrieben ist es mein Job, gezielt Dinge zu zerstören. Genauer gesagt bringe ich die von SMA entwickelten Produkte, also vor allem Wechselrichter und deren Komponenten, an ihre Belastbarkeitsgrenzen, bis sie versagen. Das muss irgendwie von meiner Persönlichkeit herrühren. Schon als Kind war es so, dass ich alles, was mir in die Hände fiel bearbeitete, umbog und mich ihm so lange widmete, bis es hinüber war.

Und wie machst du Wechselrichter kaputt?

Mit Hilfe von Klimakammern, Wärmeschränken, Stromquellen und speziellen Testaufbauten setze ich Hitze, Kälte, Temperaturwechsel, Feuchtigkeit, Spannung und Strom ein, um Wechselrichter zum Versagen zu bringen und ihre Schwachstellen aufzudecken. Kurz gesagt erfahren die Geräte bei mir alle Belastungen, denen sie auch beim Kunden ausgesetzt sein könnten.

Steht das Zerstören von Wechselrichtern nicht im Widerspruch zur Aufgabe eines Zuverlässigkeitsingenieurs?

Die Zerstörung von Produkten ist kein Selbstzweck. Robert Bosch hat mal gesagt: „Etwas, das beim Versuch ganz bleibt, ist nicht erprobt, weil wir seine Grenzen nicht kennen.“ In meinem Fachgebiet, der technischen Zuverlässigkeit, ist es das Bestreben, gezielt Ausfälle zu erzeugen, um Erkenntnisse über die Lebensdauer von Geräten zu erlangen. Das heißt, ich versuche einen Blick in die Zukunft zu werfen, wann bei dem von mir untersuchten Gerät ein Ausfall beim Kunden zu erwarten wäre, wenn er es ganz normal verwenden würde.

SMA Wechselrichter in der Klimakammer: Hier läuft gerade der beschleunigte Lebensdauertest.

Wann gilt ein Produkt als zuverlässig und was geschieht, wenn das Produkt bei deinen Untersuchungen durchfällt?

Wenn die auf Basis der Tests erstellte Prognose akzeptabel ausfällt, gilt das Gerät als zuverlässig. Wenn die prognostizierte Lebensdauer allerdings zu gering ist, wende ich mich mit diesen Informationen an die Entwickler des Produkts und wir überlegen gemeinsam, wie wir das Gerät robuster aufbauen können. Beispielsweise greifen wir in solchen Fällen auf andere Komponenten oder widerstandsfähigere Materialien zurück. Das verbesserte Gerät durchläuft dann erneut den Test, bis die erwartete Lebensdauer beim Kunden unseren Anforderungen entspricht.

 Wie könnt ihr eine Gerätelebensdauer von 20 Jahren in so kurzen Testzeiten absichern?

In der Regel beträgt die bei SMA geforderte Gerätelebensdauer zwischen 10 und 20 Jahren. Natürlich kann es sich kein Unternehmen leisten, in Echtzeit zu testen, bis das Produkt verkauft werden kann. Deshalb führen wir bei SMA beschleunigte Lebensdauerprüfungen durch. Eine Beschleunigung von Materialalterung erreiche ich, indem ich die verschiedenen Belastungen wie zum Beispiel Wärme in ihrer Intensität erhöhe. Dabei geht es nicht darum, die Geräte auf unnatürliche Weise zu zerstören, beispielsweise durch Wahl einer sehr hohen Testtemperatur, bei der die verwendeten Kunststoffe wegschmelzen. Vielmehr sollen die gleichen physikalischen Alterungsprozesse stattfinden wie im Betrieb beim Kunden, nur eben deutlich schneller. Auf diese Weise können im Test frühere Ausfälle erzeugt werden.

Was ist dein Part bei den SMA Lebensdauertestprogrammen? 

Meine Aufgabe ist, diese Lebensdauerprüfungen maßgeschneidert für unsere Produkte zu entwickeln, durchzuführen und am Ende die Testergebnisse in eine Aussage für die Kundengeräte zu übersetzen. Die größte Herausforderung besteht darin, die Resultate dieser hoch beschleunigten Tests auf die Einsatzbedingungen beim Kunden zu übertragen. Für diese Berechnungen erstelle ich physikalische Alterungsmodelle und verwende Tools und Methoden aus dem Bereich der Mathematik, insbesondere der Statistik.

Beim sogenannten Power Cycling Test werden Halbleitermodule durch Bestromung großen Temperaturhüben ausgesetzt.

Haben die Testergebnisse Einfluss auf die Weiterentwicklung der SMA Geräte?

Im Falle negativer Testergebnisse werden zunächst Abstellmaßnahmen und Änderungen am Gerät diskutiert und vorgenommen, die das Produkt unmittelbar verbessern. Sofern sich aus den dabei gewonnen Erkenntnissen allgemeine Regeln formulieren lassen, finden diese Maßnahmen auch Eingang in die verschiedenen Design-Richtlinien, die unsere Entwicklungsingenieure bei ihrer Arbeit an neuen Produkten umsetzen. SMA Wechselrichter werden so kontinuierlich immer zuverlässiger.

Was ist deine „Lieblingsteststation“ und warum?

Es gibt einen Test, bei dem eine Vielzahl von Stressarten gleichzeitig auf die Geräte einwirkt, den SMA Betauungstest. Neben Kälte, Wärme und Temperaturwechseln sind die Geräte dauerhaft von einer hohen Luftfeuchte umgeben. Dadurch wird eine Vielfalt von Fehlerbildern erzeugt, die sich in der Besonderheit des Aussehens immer wieder übertreffen. Dies kameraoptisch einzufangen, macht mit gutem Equipment richtig Freunde. Um die Fehlerbilder zu unterbinden, ist viel Kreativität und eine gute Zusammenarbeit mit den Kollegen aus der Entwicklung gefragt. Das ist jedes Mal eine schöne und abwechslungsreiche Herausforderung.