SOLAR PV-Objekt

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Das SOLAR-PV-Objekt funktioniert ähnlich wie z.B. das WEA-Flächen-Objekt oder das Höhenlinien-Objekt: Es wird auf der Karte platziert und hat eine spezifische Position, tatsächlich ist es aber ein Datencontainer für digitalisierte Solarparkflächen und deren Eigenschaften.

"Solarparkfläche" bezeichnet hier jeweils eine Fläche, in der Module mit einheitlicher Konfiguration (Modultyp, Reihenabstände, Winkel, Tischkonfiguration etc.) verwendet werden. Wenn Sie einen ausgedehnten Solarpark planen, in dem in verschiedenen Bereichen verschiedene Modultypen verbaut werden, so stellen Sie dies durch mehrere Teilflächen in einem SOLAR-PV-Objekt dar.

Platzieren Sie ein SOLAR-PV-Objekt in die Nähe des Solarpark-Standorts:

Die exakte Position ist nicht von Belang, sollte aber in der Nähe der PV-Fläche sein, da die Top-Of-Atmosphere-Daten (TOA-Daten) für diese Position ermittelt werden.

Der Cursor wechselt direkt nachdem das Objekt platziert wurde in den Zeichenmodus und Sie können beginnen, die erste PV-Fläche zu digitalisieren (stellen Sie sicher, dass die Feststelltaste (CAPS LOCK) nicht aktiv ist):

Um die Fläche zu schließen, Rechtsklick → Stop .

Die Fläche wird automatisch mit Solarmodulen gefüllt (Beachten Sie, dass Sie evtl. einzoomen müssen, um diese zu sehen).

In der oberen Bildschirmhälfte hat sich das Statusfenster geöffnet. Hier können Sie die Eigenschaften der Fläche ändern. Klicken Sie nach Änderungen, die das Layout betreffen, auf den Knopf GEWÄHLTE Fläche aktualisieren, so wird das Modullayout aktualisiert.

Die Fläche wird so gefüllt, dass die maximale Menge Module untergebracht wird. Standardmäßig werden Modulreihen in der PV-Fläche zentriert, und es werden nur Module platziert, die bei Modulneigung 0° vollständig innerhalb der Fläche liegen (Letzteres hat den Zweck, dass sich die Modulanzahl nicht unerwartet ändert, wenn die Neigung geändert wird). Sollen die Reihen nicht zentriert sein oder werden spezifische Abstände benötigt, kann dies mit Tischanordnung (im Statusfenster) geändert werden:

Es können Ausschlussflächen definiert werden, um z.B. Bereiche für Trafostationen oder Zuwegung frei zu halten. Diese Definieren Sie durch Rechtsklick auf einen Eckpunkt der zu digitalisierenden Fläche auf der Karte:

→ Neue Solar-PV-Fläche erzeugen

Im folgenden Fenster mit den Flächeneigenschaften setzen Sie das Häkchen ganz oben:

(Hier klicken für Versionen vor windPRO 3.5)

Achtung: Wenn zwei Ausschlussflächen sich überlappen, negieren sie sich.

Hier eine Fläche mit zwei Ausschlussflächen, die bei der Modulfüllung ausgespart bleiben:

Rechts unten in pink eine zusätzliche Teilfläche innerhalb desselben SOLAR-PV-Objekts. Um unterschiedliche Einstellungen für die Teilflächen eines SOLAR-PV-Objekts zu treffen, wählen Sie die Teilflächen im Statusfenster über das Fläche-Menü aus:

TIPP: Bei größeren Solarparks kann die Berechnung der Verschattung zeitraubend sein. Die Verschattungsberechnung kann für einen schnellen Vorab-Überblick in den SOLAR PV Berechnungseinstellungen deaktiviert werden.

Ost-West-Ausrichtung

Derzeit ist eine Ost-West-Ausrichtung von Modulen nur mit einem Trick möglich. Platzieren Sie hierfür zwei PV-Flächen übereinander, von denen eine eine Modulausrichtung von 90° und die andere von 270° hat. Die Ränder der beiden Teilflächen müssen anschließend feinjustiert werden, so dass die Module korrekt zueinander liegen. Hierfür ist es hilfreich, ein Kamera-Objekt zur Visualisierung zu verwenden:

Statusfenster SOLAR-PV-Objekt (Flächeneigenschaften)

Das Statusfenster eines SOLAR-PV-Objekts ist ein Bindeglied zwischen dem Kartenobjekt (SOLAR-PV-Objekt) und einer dazugehörigen AEP-Berechnung.

Es hat zwei Funktionen:

Es dient der Ansicht und Änderung der Modul- und Layouteigenschaften für die Teilflächen eines SOLAR-PV-Objekts.
Über das Statusfenster werden die Optionen für die Ertragsberechnung – z.B. die Quelle der Strahlungsdaten – definiert.

Modul- und Layouteigenschaften

Fläche: Auswahl der Teilfläche innerhalb des SOLAR-PV-Objekts. Für jede Teilfläche können unterschiedliche Modul- und Layouteigenschaften gelten. Wenn das SOLAR-PV-Objekt im Bearbeitungsmodus ist, ist stets die Fläche ausgewählt, die gerade auf der Karte bearbeitet wird (außer wenn es eine Ausschlussfläche ist). Mit der ...-Schaltfläche können Sie den Namen und die Farbe ändern, die Fläche löschen oder auf der Kartenansicht zeigen. IM Abschnitt darunter wird die Größe der gewählten Fläche und die Summe aller Flächen sowie nach gleichem Prinzip Modulanzahl, GCR (Ground Coverage Ratio) und Nennleistung (Modulvorderseite) angezeigt. Bei Bifazialmodulen wird die tatsächliche Maximalleistung höher sein, diese ergibt sich aber erst aus den Klima- und Umgebungsbedingungen und kann nicht angezeigt werden.

Werden einer oder mehrere der Parameter im Statusfenster geändert, werden die Änderungen mit dem Knopf Diese Fläche aktualisieren angewandt.

Alternativ auf ALLE Flächen:

PV-Modul Layout

Modulorientierung: Hochformat oder Querformat. windPRO prüft anhand der Modulorientierung, ob die Bypass-Dioden die Module in horizontale Streifen teilen (Normalfall) oder in vertikale Streifen (Warnmeldung "Bypass-Dioden prüfen!"). Der Normalfall wird für Freifeld-Anordnungen empfohlen, in der eine Modulreihe bei Sonnentiefstand durch die davor liegende Reihe teilverschattet wird. Außerhalb dieses Standardfalls, z.B. bei Dachflächenanlagen, kann eine Unterteilung in vertikale Streifen durchaus sinnvoll sein.

Modultisch: Modultische kombinieren konstruktiv eine feste Anzahl PV-Module horizontal und/oder vertikal. Werden Modultische verwendet, kann die Dimension hier definiert werden. Über Tischanordnung kann die Ausrichtung der Modultische mit Bezug auf die Fläche festgelegt werden. Die Standardeinstellung ist dabei, dass sich die Module bei linksbündiger Ausrichtung mit 0° Neigung komplett innerhalb der Fläche befinden.

Tischneigung/Feste Neigung 0° ist horizontal. Standardmäßig wird von windPRO anfangs der Winkel verwendet, der auf dem Breitengrad des Projekts die größte Produktion eines verschattungsfreien PV-Moduls ergibt. Häufig werden in der Praxis aber geringere Winkel verwendet, um ein wirtschaftliches Maximum zu erzielen. Dabei spielen die Verschattung durch vorgelagerte Modulreihen eine Rolle, die Anzahl möglicher Module pro Fläche, der Bodenwert, aber auch Windlasten, Anteil diffuser Strahlung, Kosten für die Unterkonstruktion, Strombörsenpreis nach Tageszeit bis hin zur Verfügbarkeit von Agrarsubventionen, wenn zwischen den Modulreihen noch Landwirtschaft betrieben werden kann. Mit der ...-Schaltfläche wird der Neigungswinkel anhand des Referenzmoduls für die beste Proktion bei geringster Verschattung optimiert. Basis dafür sind die weiter oben definierten Berechnungseinstellungen.

Tischneigung/Tracking: siehe [SOLAR PV-Objekt#Tracking-Module|Tracking-Module]]

Azimut: Die Winkelangaben folgen dem generellen Standard in windPRO, 0° ist Nord, 90° Ost, 180° Süd, 270° West. Nach Erzeugen einer Fläche sind die PV-Module zunächst auf den Äquator ausgerichtet (also auf der Nordhalbkugel 180°, auf der Südhalbkugel 0°).

Bodenfreiheit: Abstand vom Boden zum Modul. Bei fixem Neigungswinkel: Abstand zur unteren Modulkante. Bei nachgeführten Modulen: Abstand zur Modulmitte, wo üblicherweise die Nachführung montiert ist.

Reihenabstand: Der Reihenabstand gilt für alle Modulreihen innerhalb einer PV-Fläche. Er misst von der Unterkante der Module einer Reihe bis zur Unterkante der Module der nächsten Reihe, schließt also die Modulfläche mit ein. Der Reihenabstand kann pro Fläche frei gewählt werden.

Rechte Seite - Berechnungseinstellungen - Modul

Modul: Mit ... können Sie anfangs zwischen einigen generischen Modultypen wählen. Es können aber auch eigene Modultypen definiert und gespeichert werden (siehe Modulspezifikationen).

Diese Fläche bifazial rechnen: Wird genutzt bei Modulen mit transparenter Rückseite, die dadurch zur Stromerzeugung beitragen kann. Die Option ist nur verfügbar, wenn der gewählte Modultyp bifaziale Berechnung unterstützt. Hauptsächlich wird die am Boden reflektierte Strahlung (Albedo) genutzt, bei entsprechenden Winkeln kann es aber auch direkte und diffuse Bestrahlung sein. Der Reduktionsfaktor für die geringere Effizienz auf der Modul-Rückseite wird (Standard = 0,75) in den Moduleigenschaften definiert.

Rechte Seite - Berechnungseinstellungen - Wechselrichter

siehe weiter unten

Rechte Seite - Berechnungseinstellungen - Sonstiges

Referenzmodul für Berechnung verwenden: Ein wichtiges Feature für die Planung, denn so werden auch große Solarparks in kurzer Zeit berechnet. Dafür wird ein großer Park nach dem Ähnlichkeitsprinzip in kleinere PV-Flächen aufgeteilt, für jeweils ähnliche Bedingungen innerhalb der Fläche. Für jede einzelne PV-Fläche wird ein repräsentatives Referenzmodul festgelegt oder manuell ausgewählt per Rechtsklick, während sich das Solar PV-Objekt im Bearbeitungsmodus befindet. Wenn es z.B. im Gelände einen Ost-West-Hang gibt und außerdem ein Gefälle im Nord-Süd-Ausrichtung, sollten jeweils einzelne PV-Flächen pro Hang erstellt werden. Wenn es kritische Verschattung wie WEA, bzw. Hindernisse gibt, erstellen Sie auch dafür eine separate Fläche. Das Referenzmodul ist als Modul"stapel" zu verstehen: Wenn ein Tisch vertikal mehrere Module enthält und dabei die unteren Module stärker verschattet werden als die oberen, wird der ganze Stapel berücksichtigt.

Albedo von Berechnungseinstellungen: Albedo bestimmt das Rückstrahlvermögen einer Oberfläche. Das Feld aktiviert die Übernahme der Albedo-Definition aus den Berechnungseinstellungen, Register Verluste. Ist das Feld nicht aktiviert, kann direkt hier der passende Wert ausgewählt werden.

Schatten zeigen: Zeigt auf den auf der Karte dargestellten Modulen der PV-Fläche den Schatten von benachbarten WEA. Siehe Visualisierung von Modulverschattung

Rechte Seite - Visualisierungseinstellungen - Modul

Modul: Mit ... können Sie anfangs zwischen einigen generischen Modultypen wählen. Es können aber auch eigene Modultypen definiert und gespeichert werden (siehe Modulspezifikationen).

Rechte Seite - Visualisierungseinstellungen - Fotomontage

3D-Ansicht zeigt eine 3D-Ansicht eines Modultischs, basierend auf dem ausgewählten Modultyp und ggf. der Unterkonstruktion:

Unterkonstruktion

Die Einstellungen in dieser Sektion sind beschrieben unter Visualisierungen von Solarparks.

Modulspezifikationen

Wähle...: Auswahl aus den gespeicherten Modultypen. Anfänglich existiert eine Anzahl generische Modultypen, die Liste kann aber durch eigene gespeicherte Module erweitert werden. Module werden als Dateien (unter windPRO Data\PVPanels\) abgespeichert, so dass sie einfach zwischen Nutzern ausgetauscht werden können.

Bearbeiten: Bearbeitet den aktuell gewählten Modultyp (siehe unten). Wenn es sich dabei um einen der vordefinierten generischen Modultypen handelt, muss dieser unter einem neuen Namen gespeichert werden. Selbst angelegte Modultypen können frei verändert werden.

Neu: Öffnet eine Eingabemaske für Moduleigenschaften:

Dateiname: Wird beim Speichern festgelegt

Modultyp: Optionen: Monokristallin, Polykristallin, Amorph/Dünnschicht, Nicht-Standard. Anhand des Modultyps wird abgeschätzt, ob die angegebene Peak-Leistung im realistischen Rahmen für die Technologie ist.

Äußere Abmessungen: Länge der langen und der kurzen Seite des Moduls.

3D-Daten (.dae): windPRO enthält eine Anzahl vordefinierter Modulmodelle für die 3D-Visualisierung (windPRO Data\3D.dae_models\Solar panels). Es können auch eigene 3D-Modelle im Collada-Format (*.dae) verwendet werden. Die Checkbox Das .dae-Modell enthält das gesamte Visualisierungsmodell [...] verhindert, dass durch windPRO Anpassungen der .dae-Datei vorgenommen werden. Lesen Sie hierzu auch Visualisierungen von Solarparks.

Pmax (W): Peak-Leistung des Moduls. Der angegebene Wirkungsgrad basiert auf den Standard-Testbedingungen (STC) mit einer Einstrahlung von 1000 W/m² und 25°C Modultemperatur (Pmax/m²/1000). Bei Bifazialmodulen darf P_max nicht erhöht werden um die zusätzliche Leistung der Rückseite. Dies würde in der Berechnung zu einem Fehler führen.

Temperaturkoeffizient [%/°C]; Nennbetriebstemperatur (NOCT) [°C]: Der Modulspezifikation zu entnehmen.

Bypass-Dioden: Dienen zur Reduktion von Verschattungsverlusten. Ohne Bypass-Dioden würde ein Modul bereits bei Verschattung eines kleinen Flächenanteils komplett ausfallen. Bypass-Dioden teilen das Modul in eine Anzahl Felder auf; so wird erreicht, dass bei Verschattung jeweils nur das Feld / die Felder, in denen Verschattung auftritt, ausfällt.

Der breiteste Einsatz für Bypass-Dioden ergibt sich daraus, dass bei Reihenanordnung von Solarmodulen eine Reihe bei Sonnentiefstand durch die vorgelagerte Reihe verschattet werden kann. Üblicherweise teilen die Bypass-Dioden das Modul deshalb in horizontale Felder auf. Da ein Modul im Hoch- oder im Querformat montiert werden kann, verwenden wir hier die allgemeineren Bezeichnungen "Lange Seite / Kurze Seite".

Schwelle (%): Die Schwelle gibt an, ab wie viel Prozent Verschattung ein Bypass-Feld als ausgefallen gilt.

Bifazial: Bifaziale Module nutzen die Solarstrahlung auf beiden Seiten des Moduls, indem das Trägermaterial der PV-Zellen transparent gestaltet wird. Der Bifazial-Reduktionsfaktor kompensiert die geringere Effzienz der Rückseite. Als Standardwert wird 0,75 angesetzt, dies kann aber nach den Angaben des Modulherstellers und Besonderheiten der Konstruktion (Verschattung durch Unterkonstruktion) angepasst werden. Achtung: Pmax sollte bei Bifazial-Modulen nicht um die Leistung der Rückseite manuell erhöht werden, dies würde die Berechnungen verfälschen.

Tracking-Module

Seit windPRO 3.5 können auch Erträge aus einachsig nachgeführten Modulen ("Tracking") berechnet werden. Das kann entweder über fixe, manuelle Einstellungen für bestimmte Zeiträume geschehen oder über die permanente Nachführung.

Durch manuelle Nachführung wird die Modulneigung je nach Jahreszeit, monatlich oder wöchentlich eingestellt, üblicherweise für nach Süden ausgerichtete Module. Über eine Optimierungsfunktion wird der beste Winkel bestimmt, um den höchsten Ertrag zu erhalten. Backtracking bewirkt eine geringere Neigung bei niedrigen Sonnenwinkeln, um mehr Verschattungsverlust als Gewinn durch die Neigung zu verhindern, und wird in die Berechnung einbezogen, wenn die Verschattungsverluste in den Berechnungseinstellungen aktiviert sind. Durch einen Vergleich der vorgeschlagenen Winkel je einmal mit und einmal ohne Berücksichtigung der Verschattungsverluste, können die Gewinne durch Backtracking abgeschätzt werden. Werte unten verwenden fixiert diese Werte und spart dadurch Berechnungszeit. Wenn Änderungen an den Modul(tisch)en, Dimensionen oder Reihenabständen durchgeführt werden, sollten die Winkel immer überprüft / neu berechnet werden.

Für die permanten Nachführung aktivieren Sie idealerweise immer Backtracking, um Modulverschattung zu vermeiden. Für eine schnelle Berechnung kann hier das Referenzmodul gewählt werden, für die detailliertere Berechnungen, besonders in hügeligem Gelände, ist es sinnvoller für jeden Modultisch mit Worst-case-Annahmen zu rechnen. Die Einstellung ist jedoch auch davon abhängig, was im tatsächlichen Projekt realisierbar ist, es gibt auch Parks, die über ein "Team-Tracking" nachgeführt werden, um die gesamten Schatteneinflüsse möglichst gering zu halten.

Wechselrichter

Wechselrichter konvertieren den Gleichstrom (DC) der PV-Module in Wechselstrom (AC) fürs Netz. Die Wechselstromleistung der Wechselrichter ist üblicherweise geringer als die summierte Gleichstromleistung der PV-Module. Dies ist teilweise so, weil physikalische Verluste bereits einkalkuliert sind, teilweise aber auch weil die Einsparungen durch kleinere Wechselrichter und Netzanbindungen die Verluste durch die gekappten Produktionsspitzen ausgleichen.

Für jede Teilfläche kann das AC/DC-Verhältnis sowie die Leistung des Wechselrichters angegeben werden, die Anzahl benötigte Wechselrichter pro Teilfläche wird aufgrund der Angaben ermittelt.

Über Bearbeiten können die Wechselrichter einer Teilfläche bzw. aller Flächen angepasst werden:

Der vorgegebene Wirkungsgrad sowie die Eigenverbräuche sind bei Standardeinstellung eher auf der konservativen Seite. Wenn Sie sich bereits für ein konkretes Wechselrichter-Modell entschieden haben, sollten Sie diese Werte anhand des Wechselrichter-Datenblatts konkretisieren. Wenn der Eigenverbrauch in Betrieb nicht ausgewiesen ist, so kann versucht werden, diesen anhand der der Wirkungsgrad-Grafiken im Datenblatt zu rekonstruieren. Durch Doppelklick auf die Wirkungsgrad-Grafik in windPRO können die Grafikwerte tabellarisch angezeigt werden. Passen Sie den Eigenverbrauch so lange an, bis wichtige Schlüsselwerte der Kennlinie des Wechselrichter-Herstellers entsprechen:

Hier wurde versucht, 96% bei 5% Last und 98% bei 10% Last zu erreichen (entsprechend der roten Kurve für 720 V). Aufgrund der Berechnungsformeln wird es nicht immer möglich sein, die Werte genau zu treffen, aber eine akzeptable Annäherung ist in der Regel möglich.

Die Handhabung von Wechselrichtern und die zugrundeliegenden Formeln basieren auf dem Sandia Wechselrichter-Modell, das von Programmen wie SAM (NREL) verwendet wird.

Tip: Wenn das Projekt Wechselrichter hat, die mehrere Teilflächen bedienen, kann die Wechselrichter-Leistung z.B. auf 25% reduziert werden. Es werden dann mehr Wechselrichter angenommen, aber mit skalierten Wirkungsgraden werden die Verluste genauso hoch sein wie bei den tatsächlichen großen Wechselrichtern. (Denken Sie daran, den Eigenverbrauch genauso wie die Leistung zu skalieren, wenn nicht die Standardeinstellungen verwendet werden)

Wechselrichterauslegung bei Bifazial-Modulen

Bei der Verwendung von Bifazial-Modulen kann die Maximalleistung über die in den Moduldaten angegebene Leistung hinausgehen. Daher kann es in diesem Fall notwendig sein, die Größe oder die Anzahl der Wechselrichter zu erhöhen. Dies wird durch eine Erhöhung des AC/DC-Verhältnisses in der Wechselrichter-Spezifikation erreicht. Dieses beträgt standardmäßig 0,9, und wenn dieses Verhältnis verwendet wird, sollte es nicht notwendig sein, es zu erhöhen. Für typische Großanlagen wird das Verhältnis auf rund 0,7 reduziert, um die Wechselrichterkosten zu optimieren. In diesem Fall sollte bei bifazialen Anlagen ein Verhältnis von z.B. 0,8 verwendet werden. Um die optimale Dimensionierung zu erhalten, müssen die Kosten der eingesparten Wechselrichter mit dem berechneten Verlust durch Wechselrichter-Clipping (Verlust von Ertrag, wenn die Wechselrichter unterdimensioniert sind) verglichen werden.

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