Prozess-Simulation Photovoltaik
Stellvertretend für die nachfolgende Betrachtung sollen einige Details bei der Auslegung und Planung einer Photovoltaik-Anlage exemplarisch näher beschrieben werden.
Zu den typischen Auswahlkriterien von PV-Modulen, Anlagengrößen und Wechselrichtern wird auf die Seiten der jeweiligen Anbieter verwiesen. Hier nur das, was Sie sonst nicht überall lesen können.
Der PV-Generator bzw. Photovoltaik-Solarmodule weisen mit steigenden Temperaturen sich verschlechternde Wirkungsgrade auf. Dieser Effekt macht sich in Abhängigkeit der Einbaulage stärker oder schwächer bemerkbar.
So weist eine Freilandaufstellung die geringste Temperaturerhöhung, die IN-Dach-Montage dagegen aufgrund der schlechten Wärmeabstrahlung die höchsten Temperaturerhöhungen auf. Diese sind jahreszeitlich unterschiedlich und vom Tagesgang abhängig.
Zu einer fundierten Planungsentscheidung ist also eine Simulation wichtig, die diese Tagesgänge erfasst. Ebenso der jeweilige Sonnenstand und der daraus resultierende Einfallswinkel der Einstrahlung auf das Modul, da Transmisssions-, Reflexions- und Absorptionseffekte vom Einfallswinkel der direkten Strahlung abhängig sind.
Der elektrische Wirkungsgrad der Wechselrichter ändert sich gemäß seiner Kennlinie in Abhängigkeit, welche Leistung gefahren wird.
Im mitteleuropäischen Raum wie Deutschland sind mehr als 50% der Tagesdauer im langjährigen Mittel bedeckten Tagen zuzurechnen. Eine Häufigkeitsverteilung der Strahlungsintensität über das Jahr verdeutlicht diese Aspekte und unterstützt in der Planungsphase. Sie wären überrascht, wie die prozentualen Anteile der Einstrahlung über das Jahr verteilt sind.
Die Simulation Photovoltaik, wo zu jedem Tagesstand die vorgenannten Parameter ermittelt werden, wie Umgebungstemperatur, Sonneneinfallswinkel, Temperaturerhöhung im Modul, Wirkungsgrad des Moduls, elektrischer Wirkungsgrad des Wechselrichters unter anderem, erlaubt die richtige Auslegung der Anlage und deren Komponenten und ist Teil unserer Dienstleistung. Hieraus resultiert das Anlagenkonzept und Wirtschaftlichkeitsberechnung der Photovoltaikanlage.
Das Programm umfasst zwei unterschiedliche Berechnungsmodelle für die Ertragsprognose, zum einen das Einstrahlungsmodell zum anderen das DIODEN-Modell.
Zur detaillierten Beurteilung der PV-Module bietet das DIODEN-Modell entscheidende Vorteile gegenüber dem Einstrahlungsmodell, um verschieden PV-Module und Typen miteinander besser vergleichen zu können. Hier können die typologischen Eigenschaften der verschiedenen Modularten differenziert parametriert werden. Insbesondere in Bezug auf einige Dünnschichtmodultypen erlaubt das DIODEN-Modell eine Ertragsgüte gerechte Beurteilung im Vergleich zu kristallinen Modulen. Für verschiedene Modultypen unter gleichen Einstrahlungsbedingungen festgestellte unterschiedliche Jahreserträge lassen sich im DIODEN-Modell verifizieren. Beim DIODEN-Modell müssen einige Parameter explizit ermittelt werden. Strom, Spannung und Leistung werden letztendlich für jeden Arbeitspunkt bestimmt. Hierdurch lassen sich elektrische Verlust-Leistungen DC- und AC-seitig bei entsprechenden Kabelquerschnitten vernünftig berechnen. Wir verwenden für Teil-Lastbetrachtungen entsprechende Stundenwert-Klassenverteilungs-Matrixen der DC und AC Ströme und Leistungen. Insbesondere bei Anlagen mit großflächigen unterschiedlichen Ausrichtungen und demzufolge unterschiedlichen zeitlichen Tagesspitzen müssen Sie letztendlich für jede Stunde des Tages und des Jahres eine Beurteilung der elektrischen Verluste bei entsprechenden Kabelquerschnitten machen, sozusagen eine stündliche Beurteilung der Gleichzeitigkeit der unterschiedlichen Belastung.
In unserer Auslegungs-Software SOLAWIN kommt ein Kombinationsmodell aus Einstrahlungs- und Dioden-Modell zum Einsatz. Dieses erlaubt eventuelle Ausreißer bei neuen PV-Modulen besser in den Griff zu bekommen, falls die notwendigen Parameter noch nicht exakt bestimmt sind. Auch ist durch den Einsatz zweier grundsätzlich verschiedener Modellansätze, wie sie das Einstrahlungsmodell und das DIODEN-Modell aufweisen, eine höhere Aussagensicherheit für Erträge und Anlagenwirtschaftlichkeitsbetrachtungen gegeben.
Berechnungsbilder Ausschnitt der Zwischenberechnungen
Häufigkeitsverteilung der Globalstrahlung im Raum Passau
Häufigkeitsverteilung Globalstrahlung
Häufigkeitsverteilung der Flächeneinstrahlung im Raum Passau