In netzfernen Anlagen kann die Solarenergie den jährlichen Brennstoffverbrauch um bis zu 30 – 40 % reduzieren. Um solche Anteile zu erreichen, wird die Photovoltaik-Anlage in der RFolge mit Speicher- und Vorhersagesystemen unter Verwendung von Sky-Imagern kombiniert, die eine Schlüsselrolle bei der Steuerung solcher Hybrid-Kraftwerks spielen.

In abgelegenen ländlichen Gebieten haben Gemeinden oder Industrieanlagen oft keinen Zugang zum nationalen Stromnetz für ihre Stromversorgung. Die Stromerzeugung basiert in der Regel auf diesel- oder schwerölbetriebenen Generatoren, die zur Versorgung eines Mikronetzes eingesetzt werden. Der Einsatz von Hybridsystemen auf Basis von erneuerbaren Energien wie Solar, Wasser oder Biogas in einem kraftstoffsparenden Konzept stößt in der Industrie auf wachsendes Interesse. Hybride Solar-Diesel-(Batterie-)Systeme können schnell erhebliche Kraftstoffeinsparungen erzielen und damit die Stromkosten für Micro-Grid-Anwendungen deutlich senken. Diese Systeme können nahtlos zwischen Stromerzeugung und Speichertechnik umschalten und gewährleisten so eine zuverlässige und sichere Stromversorgung für die Mine. Die hochpräzisen und kurzfristigen Solarstromvorhersagen anhand von Himmelskameras spielen eine Schlüsselrolle bei der Verwaltung der Spinning Reserve, der Planung des Hochfahrens der Generatoren und der Steuerung der Stromspeicher, wenn dies erforderlich ist.

In einem früheren Artikel über die Probleme und Herausforderungen von netzunabhängigen Solarkraftwerken haben wir Ihnen die verschiedenen Anwendungen von Solarstromprognosen in netzunabhängigen Solar-Hybrid-Kraftwerken anhand von ausgewählten Pionierprojekten bereits vorgestellt. Hier teilen wir einige Best Practices für die Implementierung solcher Prognosesysteme.

Wie bestimmt man den Bedarf an Solarstromprognosen für ein Solar-Hybrid-Projekt?

Der Mehrwert von Forecasting wird durch die Optimierungsmöglichkeiten im Betrieb der Anlage bestimmt, den es ermöglicht. Prognoselösungen sind modular aufgebaut, und es können verschiedene Konfigurationen in Betracht gezogen werden. Es ist daher ratsam, sich zunächst Gedanken über die Optimierungshebel des Hybridkraftwerks zu machen. Auf dieser Grundlage kann durch den Austausch zwischen den verschiedenen Projektakteuren, einschließlich des die Solarstromprognosen bereitstellenden Unternehmens, aber auch des Anbieters des Energiemanagement- und -steuerungssystems (EMS), eine Spezifikation der Vorhersagen festgelegt werden. Die verwendeten Metriken sind auch ein entscheidendes Element bei der Überwachung einer netzunabhängigen Hybridanlage in Bezug auf die ursprünglichen Ziele.

Bei netzunabhängigen (Batterie-) PV-Generator-Systemen mit einer Prognoselösung gibt es im Allgemeinen zwei zentrale Anforderungen:

  • Planung des Betriebs der thermischen Einheiten: Die Vorhersage der Solarstromproduktion innerhalb der nächsten Stunden ermöglicht eine effiziente Planung der Auslastung der Einheiten, sowie eine Optimierung der Lade- und Entladezyklen der Batterie. Dieser Bedarf wird durch eine Kombination von Satellitenvorhersagen und Wettermodellen effizient erfüllt.
  • Kurzfristige Erfassung des Bedeckungsgrades: Die Installation von Himmelskameras auf dem Kraftwerksgelände ermöglicht die Erfassung von lokalen Informationen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Dank dieser All-Sky Imager können kurzfristige Warnungen über den Abfall der Solarproduktion bis zu einer Zeit von 30 Minuten erfolgen. Mit dieser Information ist es möglich, einen Generator rechtzeitig zu starten, um diese Schwankungen auszugleichen, oder umgekehrt Generatoren abzuschalten, wenn der Himmel klar ist.

Welche Rentabilität kann von dem Prognosesystem für ein netzfernes Projekt erwartet werden?

Solarstromprognosen sind ein Werkzeug zur Verbesserung der Gesamtleistung der Anlage. Folglich ist es kompliziert, die Rentabilität dieses Werkzeugs zu verallgemeinern, da sie nicht nur von den klimatischen Bedingungen des Standorts, sondern auch von allen Komponenten und der Verwaltungsstrategie abhängen wird. Die Durchführung von Simulationen während der Entwicklungsphase des Projekts ist daher wichtig, um die Dimensionierung, die Vorhersagen und das Kontrollschema zu optimieren, um die Wirtschaftlichkeit des Projekts zu maximieren.

Was die Vorhersagen betrifft, so ist es möglich, “Prognose-Backtests” zu rekonstruieren, d.h. Vorhersagen welche auf historischen Daten aus Satellitenbildern und Wettermodellen basieren. Diese Backtests können als Eingangsdaten für die Simulation des Gesamtbetriebs der Anlage verwendet werden. Um die Leistung einer Himmelskamera zu testen, ist es ratsam, vor der Inbetriebnahme des Projekts einen Feldtest durchzuführen.

Ein Weißbuch zum Thema optimale Nutzung der Solarenergie in Hybridsystemen finden Sie hier.

Wie schafft man einen erfolgreichen Übergang von der Theorie zur Praxis?

Um die erfolgreiche operative Umsetzung des Projekts zu gewährleisten, müssen im Vorfeld einige Vorkehrungen getroffen werden. Was das Prognosesystem betrifft, so sollte seine Kompatibilität mit dem Energiekontroll- und -managementsystem validiert werden. Dies beinhaltet das Testen der Schnittstelle, des Kommunikationsprotokolls und die Spezifikation der auszutauschenden Informationen. Es ist auch wichtig, eine technische Dokumentation des Projekts zwischen den verschiedenen Beteiligten zu teilen, einschließlich :

  • Eine Beschreibung der Anlage, einschließlich technischer Merkmale, die für die Modellierung der Solarproduktion von Nutzen sind ;
  • Eine Beschreibung der für die Optimierung der Vorhersagen verfügbaren Echtzeitdaten ;
  • Ein Schnittstellenkontrolldokument (ICD). Das ICD enthält eine umfassende Beschreibung der Schnittstelle der Solarstromprognosen mit der IT-Infrastruktur des Kunden (Arten und Formate der ausgetauschten Daten, Austauschprotokoll). Das Dokument dient als Grundlage für den Einsatz der Services durch den Forecaster und für die Nutzung desgleichen durch den Kunden. ;
  • Eine Beschreibung der Netzwerkkonfiguration ;
  • Alle Informationen, die zum Installieren, Testen und Betreiben der Prognoselösung benötigt werden.

Der Abschluss aller oben genannten Schritte erleichtert die praktische Umsetzung des Projekts erheblich und reduziert unvorhersehbare Zwischenfälle. Schließlich ist es auch wichtig, robuste und praxiserprobte Himmelskameras zu wählen, um die Wartungsarbeiten zu begrenzen. Netzunabhängige Projekte werden in der Regel unter schwierigen Umweltbedingungen durchgeführt und die Arbeiten vor Ort sind oft kompliziert.

Reuniwatt unterstützt seine Kunden bei der Durchführung von Backtests im Vorfeld des Projekts, beim praktischen Einsatz von Himmelskameras (das Unternehmen hat selbst zwei unterschiedliche Modelle entwickelt) und bei der Identifizierung der am besten geeigneten Vorhersagemethoden entsprechend den spezifischen Merkmalen des jeweiligen Projekts.

Der Artikel erschien ursprünglich im pv magazine Frankreich (17.11.2020).