Entwicklung eines netzdienlichen Photovoltaik-Speicher-Systems unter Einsatz von Ultrakondensatoren

Fachbereich: Embedded Systems

Themengebiet

  • Regelungstechnik
  • Energiespeicher
  • Erneuerbare Energien

Beschreibung

Die Photovoltaik (PV) ist naturbedingt von starken Leistungsfluktuationen im Bereich von Sekunden bis Minuten betroffen. Ursache hierfür ist vor allem die zeitweise Verschattung der PV-Module durch Wolkenbewegungen. Mit steigendem Anteil von Photovoltaik am Energiemix können diese schnellen Leistungsfluktuationen Probleme für die Netzstabilität darstellen.

Gemessener Leistungsverlauf einer PV-Anlage an einem Tag mit besonders großen Einstrahlungsfluktuationen durch Wolkenbewegungen

Im Projekt NetPVStore wird ein Photovoltaik-Speicher-System aus kommerziell verfügbaren Photovoltaik-Modulen und darauf angepassten ultraschnellen elektrischen Kurzzeitspeichern (Ultrakondensatoren) entwickelt. Mit diesem System sollen auftretende Leistungsfluktuationen im Bereich von Sekunden bis Minuten deutlich geglättet werden, damit die erneuerbaren Energien in netzdienlicher Qualität bereitgestellt werden können. Andere Effekte, wie „radiation enhancement“, d.h. die lokale Überhöhung einfallender solarer Intensität durch Streuung an Wolken, die aktuell eine Überdimensionierung der Systemkomponenten erfordern, werden ebenfalls durch dieses System gedämpft, wodurch eine Reduktion von Investitionen ermöglicht wird.

Verlauf der PV-Leistung P-PV, der ins Netz eingespeisten geglätteten Leistung P-Out sowie die dem für Kurzzeitspeicher für die Leistungsglättung zu- bzw. abgeführte Leistung P-EDLC

Neben einer direkten Integration der stabilisierten solaren elektrischen Leistung in das öffentliche Netz ist auch eine Kombination mit einem Langzeitspeicher möglich. In diesem Fall wird der Langzeitspeicher aufgrund der regelbaren Abgabe der elektrischen Energie über den Kurzzeitspeicher mit nahezu konstanter Leistung deutlich schonender be- und entladen. Hierdurch lässt sich sowohl die Dimension des Langzeitspeichers verringern als auch das Speichermanagement vereinfachen, was insgesamt zu einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems führt.

Das neue Photovoltaik-Speicher-System besteht aus Photovoltaikmodulen sowie darauf angepassten ultraschnellen Kurzzeitspeichern sowie Leistungselektronik mit entsprechender Regelungstechnik. Dabei wird beim System auf eine energieeffiziente Betriebsweise sowie eine leichte bedarfsgerechte Skalierung auf verschiedene Dimensionen geachtet. Nach einer Entwicklungs- und Optimierungsphase auf Laborebene, in der verschiedene System-Topologien und Strategien für das Energiemanagement sowie die Regelung des Systems erprobt werden, soll das neue System in Form einer Demonstratoranlage im Netz installiert und in einer einjährigen Monitoringphase unter Realbedingungen bewertet werden.

Das Institut für leistungselektronische Systeme (ELSYS) ist im Projekt für die Entwicklung der Steuersoftware des Photovoltaik-Speicher-Systems zuständig und erforscht dabei verschiedene Regelungsalgorithmen sowie das Energiemanagement des Kurzzeitspeichers.

Projektpartner

  • Center for Applied Energy Research – CAE
  • Institut für leistungselektronische Systeme ELSYS, TH-Nürnberg
  • Sunset Energietechnik GmbH
  • Skeleton Technologies
  • DHG Engineering GmbH
  • Unterfränkische Überlandzentrale eG

 

Ansprechpartner

Name Kontakt
Josef Knoblach Josef Knoblach
M.Eng.
Armin Dietz Armin Dietz
Prof. Dr.-Ing.