SOLAR PV-Überblick

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Das windPRO-Modul SOLAR PV dient der Auslegung und Ertragsberechnung einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage). Es kann jede PV-Anlagengröße verarbeiten, von nur einem Modul bis hin zu Tausenden von Modulen auf Dächern, Feldern, vor der Küste oder an jedem anderen Ort. Die entworfene Anlage kann mit dem Modul PHOTOMONTAGE visualisiert werden.

Ziel des Moduldesigns ist es, PV-Anlagen einfach und schnell zu entwerfen und die erwartete Produktion mit hoher Genauigkeit vorauszusagen. Das Modul konzentriert sich auf die Handhabung und Analyse der meteorologischen Eingabedaten für die Berechnung, da mangelnde Datenqualität die größte Unsicherheit ist. Langzeitmodelldaten können mit lokalen Kurzzeitmessungen kalibriert werden. Der METEO-Analyzer in windPRO verarbeitet Solardaten genauso flexibel und umfassend wie Winddaten.

Die Berechnung der Verluste durch Verschattung ist der zweite Schwerpunkt, da hier der Entwickler durch gute Planung große Verbesserungen erzielen kann. Die Verschattung durch vorgelagerte Modulreihen bei Freifeldanlagen oder Flachdächern sind die Hauptverlustkomponente für moderne PV-Anlagen, bei denen die maximale Flächenausnutzung im Fokus steht. Neigungswinkel versus Reihenabstand ist die wichtigste Optimierungsherausforderung. Auch eine Frage wie: Steht die Anlage zu nah am Wald? kann in Solar-PV schnell und einfach durch Testen verschiedener Alternativen beantwortet werden. Außerdem als folgerichtige Spezialität in einem Programm namens windPRO: Wie viel Verschattungsverlust entsteht durch Windenergieanlagen, wenn die PV-Anlage nahe einem Windpark platziert wird? Das fortschrittliche 3D-Schattenberechnungsmodell greift auf das Digitale Geländemodell von windPRO zurück, das schnell und einfach aus verschiedenen Online-Datenquellen erstellt werden kann. Damit wird auch die Verschattung durch Gelände berechnet, z.B. Solarmodule im Tal, die von Bergen verschattet werden, oder einfach nur Hügel in der Nähe des Solarparks, die dazu führen, dass die Sonne etwas früher untergeht.

In Bezug auf elektrotechnische Aspekte behandelt Solar-PV die Grundlagen, geht aber nicht auf Details ein wie die Gleichstromverkabelung, da diese Verluste gering sind und durch eine einfache Schätzung mit akzeptabler Qualität abgehandelt werden können. Für detaillierte Netzverlustberechnungen kann das windPRO-Modul eGRID verwendet werden.

Die Energieberechnung erfolgt immer auf Basis von Zeitreihen. Der durchschnittliche Degradationsverlust wird anhand der angegebenen erwarteten Lebensdauer und des jährlichen Degradationsverlusts aus den Modulspezifikationen berechnet.


SOLAR PV Ertragsberechnung Schritt für Schritt


Workflow-Übersicht

DE SolPV (0.1).PNG

Der Berechnungsablauf von Solar PV unterscheidet sich von den meisten anderen windPRO-Modulen:


  1. Zuerst werden die Flächen für den Solarpark mittels des SOLAR-PV-Objekts auf der Karte digitalisiert (siehe SOLAR PV-Objekt)
  2. Nach der Bearbeitung eines SOLAR-PV-Objekts öffnet sich das Statusfenster. Manuell kann es jederzeit durch Rechtsklick auf das Objekt → Statusfenster anzeigen aufgerufen werden. Im Statusfenster werden Eigenschaften bezüglich der Geometrie des Solarparks definiert, z.B. Modultyp oder Reihenabstand. Diese Eigenschaften beziehen sich jeweils auf eine gesamte (Teil)Fläche.
  3. Das Fenster Berechnungseinstellungen wird vom Statusfenster aus aufgerufen. Dort werden Eingaben getätigt, die sich auf eine Ertragsberechnung beziehen, z.B. welche Strahlungsdaten verwendet werden, welche Typen von Hindernissen berücksichtigt werden etc. Nach Abschluss der Eingabe befinden Sie sich wieder im Statusfenster.
  4. Dort wird mit Berechnung aktualisieren die Berechnung mit den Eingaben aus (1) Flächendefinition, (2) Geometrie und (3) Berechnungseinstellungen durchgeführt und die wichtigsten Ergebnisse direkt im Statusfenster als Tabelle ausgegeben. Entsprechen die Ergebnisse nicht den Erwartungen, können Änderungen in (1), (2) und (3) vorgenommen werden und erneut die Berechnung aktualisiert werden.
  5. Mit Klick auf Neuer Bericht oder Bericht aktualisieren wird für die aktuelle Berechnung ein Bericht erstellt, der mit der bekannten Baumstruktur im windPRO-Berechnungsfenster erscheint.
  6. Details zur Darstellung der Berichte werden hier erläutert.
  7. Schon fertige Berechnungen im Berechnungsfenster können im Nachhinein geändert werden - Doppelklick auf die Berechnungsüberschrift öffnet die Berechnungseinstellungen; werden diese mit OK abgeschlossen, öffnet sich das Statusfenster, wo mit den Schritten 4 und 5 fortgefahren werden kann.


Besonderheiten von Höhenmodellen in SOLAR-PV-Berechnungen

Das Digitale Höhenmodell (DHM) entscheidet sowohl über die Höhe der Solarmodule als auch die der verschattenden Elemente.

Digitale Höhenmodelle können einem von zwei Typen angehören:

  • Digitales Geländemodell (DGM): Dieses gibt die Höhe der Geländeoberfläche an einer Position wieder.
  • Digitales Oberflächenmodell (DOM): Dieses gibt die Höhe inklusive Bewuchs und Bebauung wieder.

Beim Platzieren von Solarmodulen werden die Höhenkoordinaten der unteren Kante (bzw. der Eckpunkte, die sie formen) verwendet. Die Module werden auf der Oberfläche des DHM platziert.

Bei Hindernis-Objekten dagegen entscheidet die Position des ersten digitalisierten Punkts über die Höhe des gesamten Objekts, der Boden des Hindernis-Objekts wird stets als waagrecht betrachtet (wie z.B. ein Haus). Wenn natürliche verschattende Elemente (Wälder, Baumreihen) der Geländeform folgen, müssen sie in Form von mehreren kürzeren Hindernissen definiert werden.

Beachten Sie, dass ein DOM die Hindernisse bereits enthält und die Verschattung deshalb über die „Verschattung durch Gelände“ abgedeckt würde. Diese ist allerdings eher auf Hindernisse in der Dimension von Bergen und Hügeln ausgelegt. Es sollte damit nicht der Einfluss eines kleinen, lokalen Hindernisses berechnet werden.

Die vier Wege, wie mit Höhendaten umgegangen werden kann:

Kein Geländemodell DGM DOM DOM für Modulfläche (z.B. Dach), DGM für Umgebung
Vorteil: Volle Kontrolle (Höhen manuell setzen) Nahegelegene Hindernisse können einfach digitalisiert werden Einfache Handhabung von Dachanlagen Kann sowohl mit Dachanlagen als auch mit Hindernissen gut umgehen
Nachteil: Nur für waagrechte Modulflächen (und Dachflächen), da ansonsten falsche Verschattung zwischen Modulreihen berechnet wird Erfordert bei Dachanlagen manuelle Berechnung des Bodenoffsets Schwierige Handhabung von Hindernissen – evtl. manuelle Höhenzuweisung notwendig Erfordert aufwändige Vorbereitung der Höhendaten

Achtung:

  • Zwischen Kartenbild und Höhendaten herrschen oft Verschiebungen von einigen Metern. In diesem Fall muss sich das Design des Solarparks am Geländemodell orientieren!
DE solpv(2).png
Hier z.B. eine Ostverschiebung der Höhendaten um ca. 3 m. Dies kann auch im EMD-Editor korrigiert werden.
  • Rauschen (Signalschwankungen) in den hochaufgelösten Höhendaten kann zu fehlerhafter Modulorientierung führen. Dies kann z.B. behoben werden, indem der Bereich im EMD-Editor geglättet wird ( Höhenraster-Objekt → Ebene bearbeiten → Werte ändern → Skalierung:0, Offset:Höhe )
DE solpv(3).png
  • Auch ohne TIN oder bei Verwendung eines DGM ist zusätzliche Verfügbarkeit von hochaufgelösten DOM-Daten vorteilhaft, um Höhen von Elementen zu ermitteln.
In der folgenden Abbildung wurden DGM und DOM in Höhenraster geladen. Im Titel der Ebenensteuerungs-Fenster wird die Höhe an der Cursorposition angezeigt (hier: 6,3 / 10,2 m). Die Differenz ist die Höhe der Oberflächenelemente (hier: Haus).
DE solpv(4).png


Strahlungsdaten

Die Strahlungsdaten, die für die Ertragsprognose verwendet werden, werden in der Software über das METEO-Objekt hinterlegt.

Dieses kann:

Weitere Informationen zum METEO-Objekt sowie dem dazugehörigen Meteodaten-Vergleichswerkzeug METEO-Analyzer finden Sie auf den entsprechenden Wiki-Seiten.


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