Energiegemeinschaften – technischer Hintergrund

Mitte Oktober dieses Jahres wurde es veröffentlicht. Strommarktgesetz (ZTEE), das eine Reihe von Neuerungen einführt, von denen wir für die Zwecke dieses Textes einen interessanten Teil im Zusammenhang mit den Energiegemeinschaften finden. Es geht um die Möglichkeit, Bürger in Formationen einzubinden, die es ihnen ermöglichen würden, gemeinsam Strom zu erzeugen (hier nehmen wir die durch Photovoltaik-Kraftwerkstechnik erzeugte Energie an) und die erzeugte Energie im Rahmen desselben Umspannwerks zu teilen. Das Gesetz provoziert unterschiedliche Ansichten hinsichtlich seines Potenzials, die individuelle Mikroerzeugung von Strom und den gegenseitigen Austausch (Handel) von erzeugten Energieüberschüssen unter den Mitgliedern der Energiegemeinschaft zu beschleunigen. In diesem ersten Teil stellen wir den technischen Hintergrund der Finanzierung von Photovoltaikanlagen vor.

Einleitung

Seit die Preise für Solarmodule in den letzten Jahren deutlich gesunken sind, sind Photovoltaik-Kraftwerke zu finanziell autarken Projekten geworden. Die Möglichkeit, durch Investitionen in Photovoltaik-Kraftwerke Rentabilität zu erzielen, lenkt die Aufmerksamkeit der Bürger zu Recht auf Investitionen. In letzter Zeit ist auch der Begriff „Prosumer“, ein Wort, das sich aus den Wörtern „Produzent“ und „Verbraucher“ zusammensetzt, häufig angetroffen worden, um die Einheit zu bezeichnen, die konsumiert (Verbraucher) Strom erzeugt, aber auch (Produzent).

Die Rolle der Entität beim Stromverbrauch ist bekannt, aber Fragen, insbesondere praktische, der Umsetzung, stellen sich gerade in Bezug auf den Prozess der Produktion und des Teilens von Strom. Energiegemeinschaften, deren Zweck die Erzeugung und gemeinsame Nutzung von erzeugtem Strom ist, können von Bürgern untereinander, aber auch mit ihnen oder unabhängig von anderen Einrichtungen wie lokalen, regionalen Selbstverwaltungseinheiten, Institutionen, Versorgungsunternehmen und anderen Einrichtungen, die sich um eine Transformatorstation versammelt haben, verbunden werden. Am faszinierendsten ist hier diese eingeschränkte Fähigkeit, sich vor Ort zusammenzuschließen. In einer Unterstation enthalten Dies schränkt das Gefühl der gemeinsamen Nutzung des erzeugten Stroms erheblich ein, insbesondere im kroatischen Kontext einer geringen Bevölkerungsdichte, was zu einer relativ großen Anzahl von Umspannwerken mit einer geringen Anzahl von Anschlüssen führt. Es wird betont, dass die Mitglieder der Energiegemeinschaft die erzeugte Energie teilen können; aber nicht zu verkaufen. So lässt sie sich zumindest aus ungenügend klaren Formulierungen aus den Verordnungen ableiten.

In den meisten EU-Ländern ist es üblich, nicht auf die Umspannstation zu schauen, sondern auf die physische Entfernung (1 km usw.).

COMPILE Projekt

Energieerzeugung aus Photovoltaikanlagen

Die technologische Revolution in den letzten hundert Jahren hat Demokratisierung und Verbreitung zahlreicher Produkte oder Dienstleistungen gebracht, die bis dahin einem sehr engen Kreis von Privilegierten zur Verfügung standen. Es genügt, sich nur an die Ausweitung der Nutzung von Personenfahrzeugen, Flugreisen oder die Verfügbarkeit von Computern und mobilen Geräten zu erinnern. Es gibt Hunderte mehr, aber jetzt befindet sich ein weiterer stark zentralisierter Wirtschaftszweig auf dem Weg der Massendezentralisierung – Stromerzeugung und -verteilung.

Photovoltaik-Kraftwerke sind keine neue Technologie, aber signifikante Veränderungen sind in den letzten zehn Jahren mit einem dramatischen Rückgang der Preise für Sonnenkollektoren und Steuergeräte eingetreten, so dass eine typische Photovoltaik-Anlage für Hausinstallationen von 10 kW vor zehn Jahren über eine halbe Million Kuna wert war, während heute der Preis der Anlage mit Installation etwa siebzigtausend Kuna beträgt, was sie dem durchschnittlichen Haushalt zur Verfügung stellt, dh der Preis ist vergleichbar, zum Beispiel mit der Installation von Zentralheizung oder Wärmepumpen.

Neben der Fotovoltaik finden auch große Entwicklungen im Zusammenhang mit der Energiespeicherung statt – Batterien, bei denen Batterieanlagen nicht mehr groß sind und keine besondere Wartung erfordern. Die wachsende Zahl von Elektro-Pkw sollte nicht übersehen werden, was auch erhebliche Auswirkungen auf den Verbrauch und die Speicherung von Strom in ihren eigenen Batterien haben wird, die oft eine sehr hohe Kapazität haben. Zusätzlich zu diesen technischen Innovationen sind innovative Verwertungsmodelle entstanden, die versuchen, die lebenslangen Kosten der Anlage zu betrachten und dann einige andere Möglichkeiten im Zusammenhang mit dem Besitz und der Kontrolle der Anlage selbst zu eröffnen, dh neue langfristige nachhaltigere Finanzmodelle.

Schließlich wird es in einer zunehmend volatilen Welt besonders wichtig sein, stabile und sichere Energiequellen zu sichern, um so die Abhängigkeit und die Auswirkungen externer Effekte zu verringern, während es von entscheidender Bedeutung ist, dass diese Energiequellen auch umweltfreundlich sind, ihren CO2-Fußabdruck nicht erhöhen und langfristig wirtschaftlich lebensfähig sind.

Jede neue Technologie birgt jedoch eine Art von Risiken (technische und finanzielle), und um die Risiken zu verstehen, ist es wichtig, ihre Funktionsweise zu verstehen, also schauen wir uns zunächst an, welche die Grundkomponenten der Photovoltaikanlage sind.

Arten von Photovoltaikanlagen

Die Hauptaufgabe der PV-Anlage ist die direkte Umwandlung von Solarenergie in Strom, die den Betrieb einer bestimmten Anzahl von AC- (AC) oder DC- (DC) Lasten ermöglicht. Das FN-System kann auch über ein zusätzliches Backup-System, typischerweise eine Batterie oder einen Generator, verfügen, das einen isolierten Betrieb ermöglicht. Photovoltaikanlagen bestehen aus PV-Modulen, Energiewandlern und Steuerelektronik. Einfachere Systeme (für Ferienhäuser usw.) versorgen nur Gleichstromverbraucher (kleinere Lampen, Radios usw.), aber mit dem Zusatz eines Gleichstromwandlers kann ein solches System dann Strom für alle gängigen Wechselstromverbraucher erzeugen.

Im Allgemeinen kann die PV-Anlage in die folgenden Gruppen unterteilt werden:

1. Unabhängig (autonom) – völlig unabhängig vom Netz

2. Netz, an das Stromnetz angeschlossen:

• Aktiv (interaktiv) - bidirektional, kann Energie aus dem Netz nehmen, aber auch Überschüsse von FN senden
• passiv – unidirektional, das Netzwerk dient (nur) als Backup-Quelle, wenn es keine Produktion in FN gibt

3. Hybrid, im Wesentlichen in sich geschlossen mit dem Zusatz von erneuerbaren Energiequellen (meist Windparks).

Autonome Systeme sind nach Kapitalwert die bedeutendste Photovoltaikanlage, die an das Verteilnetz angeschlossen ist. Der Unterschied im Kapitalwert entsteht durch das Vorhandensein eines Batteriesystems, zusätzlicher Steuergeräte und Regler. Darüber hinaus ist der Netzwerkkonverter für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen funktional einfacher und hat typischerweise weniger Leistung als autonome.
Systeme.

Natürlich werden höhere Kapitalwerte solcher Projekte auch zu höheren Betriebskosten während der Lebensdauer des Photovoltaik-Kraftwerks führen.

Unabhängige (autonome) PV-Anlage

In sich geschlossene Systeme produzieren die gesamte Energie, die von den Verbrauchern selbst benötigt wird, und dies stellt erhebliche Herausforderungen dar. Zum Beispiel, wenn Strom nachts oder in Zeiten mit geringer Sonneneinstrahlungsintensität geliefert werden soll, ist sicherlich eine Batterie mit entsprechender Kapazität erforderlich, um als Stromspeicher zu dienen.

Ein wesentlicher Bestandteil des Systems ist die Steuerung für das kontrollierte Laden und Entladen der Batterie, und durch die Hinzufügung eines Wechselrichters (= 12 V bis ~ 230 V) ist das System auch in der Lage, normale Verbraucher wie Waschmaschinen, Fernseher, Kühlschränke, Computer und kleinere Haushaltsgeräte – natürlich je nach installierter Kapazität der PV-Anlage und Batterien – mit Strom zu versorgen. Typischerweise in abgelegenen Gebieten, Inseln oder abgelegenen Bergsiedlungen, sowohl für private als auch für geschäftliche Anwendungen (z. B. Telekommunikationsbasisstationen, Leuchttürme, Straßenüberwachungssysteme usw.). Ein Beispiel für dieses System ist in Abbildung 1 dargestellt. Aufgrund geringerer Verluste ist es wünschenswert, so viele Gleichstromlasten wie möglich zu haben.

Hybrid-PV-Anlagen

Die Grundidee der Hybrid-PV-Anlage besteht darin, die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Anlage zu erhöhen, indem eigenständige PV-Anlagen mit anderen Backup-Stromquellen wie Windkraftanlagen, Kleinwasserkraftwerken, Hilfsbenzin- oder Dieselaggregaten verbunden werden.

Moderne Wechselrichter ermöglichen den problemlosen Anschluss von Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen, erhöhen die Sicherheit und Verfügbarkeit der Stromversorgung und ermöglichen kleinere Batteriekapazitäten als Stromspeicher. Bei Lösungen, die Benzin- und Dieselaggregate verwenden, sind die Systeme so dimensioniert, dass die Aggregate minimal eingesetzt werden, was Kraftstoff spart, die Wartungskosten der Aggregate senkt und ihre Lebensdauer verlängert. Ein Beispiel für eine hybride Photovoltaikanlage ist in Abbildung 2 dargestellt.

Passive und aktive Netzwerk-PV-Anlage

Die Komplexität der PV-Anlage wird durch den Automatisierungsgrad bestimmt. Im Allgemeinen unterscheiden wir passive Netzwerk-PV-Anlagen, die das Stromnetz nur bedingt nutzen, in Zeiten, in denen PV-Module nicht genügend Strom produzieren können, beispielsweise nachts, wenn die Batterien gleichzeitig leer sind (Abbildung 3). In der Regel ist jede Regelung manuell.

Aktive, interaktive Netzwerk-PV-Anlagen nutzen das Netz dynamisch, nehmen Energie aus dem öffentlichen Netz bei größerem Bedarf oder wenn Energie billig ist, oder geben sie an das öffentliche Netz zurück, wenn überschüssiger Strom in PV-Modulen erzeugt wird oder wenn es rentabel ist, Energie zu verkaufen (Abbildung 4). Typischerweise sind solche Systeme automatisiert und autonom, und wenn sie mit einer KI / ML-Logik verbunden sind, können sie komplexere Algorithmen für den Stromhandel ausführen.

Anbindung des Systems an das Netzwerk

Photovoltaikanlagen werden über den Wechselrichter an das Verteilnetz angeschlossen, wo sie selbst Gleichstrom in FN-Panels erzeugen, der anschließend in eine Wechselspannung der Netzfrequenz umgewandelt werden muss, um Verbraucher zu versorgen oder parallel zum Stromnetz zu arbeiten. Die öffentliche Stromversorgung ist für die Aufrechterhaltung der Frequenz- und Spannungsqualität verantwortlich, wobei im Falle einer Abweichung der Betrieb des Wechselrichters automatisch abgeschaltet oder unterbrochen wird.

Das Problem der Netzstabilität ist sehr komplex und geht über den Anwendungsbereich dieses Artikels hinaus. Es ist jedoch anzumerken, dass PV-Anlagen, die an das Verteilernetz angeschlossen sind (wenn sie nicht durch Normen umgesetzt werden), negative Auswirkungen haben können, wie die Erhöhung des Kurzschlussstroms, die Untergrabung der Schutzempfindlichkeit im Stromnetz, Auswirkungen auf die Qualität der Elektrizität, die Verfügbarkeit des Verteilernetzes und zunehmende Netzverluste. Die Auswirkungen hängen von der Leistung der Quelle (FN-System), ihrem Verbrauch am Anschlusspunkt und den Merkmalen der Anlage sowie den Merkmalen des Verteilernetzes ab, an das sie angeschlossen ist. Die Anbindung der PV-Anlage an das Netz stellt auch Netzbetreiber vor neue Herausforderungen, die jetzt Stromflüsse in zwei Richtungen haben, und zwar nicht nur zum Verbraucher, sondern notwendigerweise alle positiven gesetzlichen Standards erfüllen.

Neben der Frage der physischen Stromerzeugung ist es auch wichtig, Überschüsse oder Defizite und den gesamten Kontext des Energiehandels richtig zu messen, zu erfassen. Bei der üblichen Anbindung der PV-Anlage an das Netz wird der Ausgangsstrom der PV-Anlage in erster Linie zur Versorgung der Verbraucher im Haushalt genutzt und der produzierte Überschuss in das Netz eingespeist (Abbildung 5).

Intelligentes Systemmanagement (Stromerzeugung, Verbrauch und Handel)

Ein wichtiges Element des Aufbaus einer nachhaltigen PV-Anlage ist das Management (wenn möglich automatisiert) der Prozesse der Erzeugung, des Verbrauchs und des Verkaufs von Strom.

Kern des Systems ist ein intelligenter Stromzähler (Prosumermeter), der die Steuerung von Energieflüssen in einer PV-Anlage ermöglicht. Prosumer kann relativ einfach mit Logik sein, die auf kleineren Regeln basiert (Zeitschalter oder einige einfache Regeln wie das Treffen von Entscheidungen auf der Grundlage des Ladezustands der Batterie) oder unterstützt durch ein komplexeres externes System (normalerweise in einer Cloud mit AI / ML-Eigenschaften, die mit relevanten Informationsquellen über Echtzeit-Energiepreise verbunden sind), das den besten Zeitpunkt für den Kauf oder Verkauf von Strom gemäß Nachfrage und Preis bestimmt. Neben Prosumern sind auch intelligente Geräte, die ferngesteuert werden können, von entscheidender Bedeutung. Diese Intelligenz kann in Geräte eingebaut werden oder (für ältere Geräte) können intelligente Steckdosen verwendet werden, die auch eine Kontrolle der Stromqualität ermöglichen.

Wir können daher die folgenden typischen Szenarien identifizieren:

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Kriterien für die Auswahl der Ausrüstung

Photovoltaikanlagen unterscheiden sich stark von allen herkömmlichen Stromquellen, vor allem durch:

• Auswahl einer individuellen und keineswegs routinemäßigen technischen Lösung
• die kritische Wahl der Größe der Fotovoltaik- und konventionellen Systeme, von der die Wirtschaftlichkeit am stärksten abhängt;
• sehr kritische Auswahl der Ausrüstung, die 25g ohne Reparatur zu tun hat.
• Es ist sehr wichtig, wem die Ausführung der Arbeiten unterstellt werden soll.

Der wichtigste Teil einer Photovoltaikanlage sind Photovoltaikmodule, die die entsprechenden technischen Eigenschaften erfüllen müssen. Dies bedeutet, dass alle notwendigen technischen Unterlagen vorhanden sein müssen, um die Tests, die Funktionalität und die jährliche Produktion unter genau definierten Bedingungen nachzuweisen.

Die Kriterien für die Auswahl der Ausrüstung sind:

• Bekannte Herkunft der Ausrüstung
• Technische Dokumentation der Ausrüstung
• Atheisten und technische Garantien der Ausrüstung
• Anweisungen für die Verwaltung und Montage
• Vertrag über technische Garantien und Produktionsgarantien für Ausrüstungen
• Spezifischer Preis, Laufzeit und Zahlungsart, Laufzeit der Garantie
• eine Liste der Referenzen des Herstellers oder seines Bevollmächtigten;

Wirtschaftlichkeit, Einnahmen, Ausgaben, Anlagenkosten

Die Wirtschaftlichkeit aller Energieerzeugungstechnologien, einschließlich Photovoltaikanlagen, wird bestimmt durch:

• Einnahmen und Einsparungen aus der Nutzung des Systems
• Investitionskosten (Investitionen)
• Betriebskosten
• Service- und Wartungskosten
• Abbaukosten am Ende der Lebensdauer der Anlage
• indirekte (Präventiv- und Sanierungskosten) Kosten für die Erhaltung der Umwelt.

Die Kosten für Investitionen in PV-Anlagen lassen sich grundsätzlich unterteilen in:

• Investitionskosten für Photovoltaikmodule
• Investitionskosten für Wechselrichter
• Investitionskosten für Spannungsregler und Batterieladung
• Batterie-Investitionskosten
• Investitionskosten für sonstige Ausrüstung
• Kosten für Design- und Beratungsleistungen
• Kosten für die Installation der Ausrüstung.

Drei Schlüsselpositionen bei den Gesamtkosten für den Bau einer Photovoltaikanlage sind:

• PV-Module mit einem Kostenanteil von 77,3 %,
• Austauscher mit einem Kostenanteil von 9,97 %,
• Bau mit einem Kostenanteil von 4,15 %.

Fragen zur Effizienz des Systems

Wie hoch ist der Temperaturkoeffizient des Solarpanels?

Sonnenkollektoren sind am effektivsten bei einer Temperatur von 25 Grad C. Für jeden Grad C oberhalb dieses Wertes muss der Wirkungsgrad um einen Prozentsatz zwischen 0,3 und 0,3 sinken.% und 0,5% Durchschnittlich. Dieser Prozentsatz wird als Plattentemperaturkoeffizient bezeichnet.

In PVGIS betragen die Verluste der Photovoltaikanlage aufgrund der erhöhten Temperatur mit Modulen, die neben dem Dach des Hauses installiert sind, 15,2%, und mit Modulen, die auf der tragenden Struktur montiert sind 10,5% . Der Grund dafür ist eine größere Belüftung und damit eine geringere Abnahme der maximalen Leistung des Moduls. Es gibt immer noch Verluste durch Reflexion. 2,4% und Verluste von Wechselrichtern und Kabeln aus 4%.

Wie kann ich die Leistung meines Solarpanels erhöhen?

PWM oder MPPT-Regler? Verwenden Sie immer den MPPT-Solarregler - sie sind bis zu 30% Effizienter als PWM Der Typ. Regelmäßige Wartung und Reinigung hilft, die Ausgangsleistung von Solarmodulen aufrechtzuerhalten. Stellen Sie sicher, dass die Anordnung der Sonnenkollektoren in direkter Sonneneinstrahlung ohne Schattierung ist. Solarstrahler können helfen, die Ausgangsleistung zu erhöhen, aber Sie müssen darauf achten, die Panels nicht zu überhitzen, was die Leistung reduziert.

Welche Solarmodule sind die besten Poly- oder Monomodule?

Monokristalline Solarmodule sind effizienter als polykristalline, aber sie sind auch teurer. Die relativen Kosten und die Effizienz nähern sich jedoch und es gibt kaum Unterschiede.

Lohnt sich die Installation eines Solar Tracking Systems?

Für ortsfeste Anlagen ist es notwendig, den optimalen Winkel für maximale jährliche Energie oder für maximale Energie während des Zeitraums zu wählen, in dem wir mehr Stromproduktion benötigen. Es ist theoretisch Die beste Lösung Zwei-Achsen-Überwachung der scheinbaren Bewegung der Sonne. Dies kann die erhaltene Energie erhöhen, indem 25-40%. Aber ist das genau wahr?

Ein Haushaltsbeispiel für das Gebiet Südkroatiens ist in Abbildung 1 dargestellt., Daraus ist ersichtlich, dass die Überwachung der Bewegung der Sonne gewisse Vorteile hat, aber dies sollte dann in den Kontext der wirtschaftlichen Rentabilität, sowohl der Investitionen als auch der Ausbeutung, gestellt werden. Tracking-Systeme sind komplex, sie haben viele bewegliche Elemente – Motoren oder Schalter, die neben steigenden Investitionen später ein bedeutender Energieverbraucher sind. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit von Systemausfällen, und solche Anlagen sind deutlich weniger widerstandsfähig gegen Windböen, was ein wesentlicher Faktor für unsere Bedingungen ist.

Im Folgenden (Abbildung 2) stellen wir ein realistisches Beispiel vor, das auf der Grundlage realer Messungen in einer Anlage in Portugal erstellt wurde.

Die Grafik zeigt die Verwendung einer Photovoltaikanlage mit einem Überwachungssystem, das über einen einachsigen Antriebsaktor verfügt, der die Photovoltaikanlage bewegt, um die Richtung des Sonnenlichts zu verfolgen. Dieser Aktuator verbraucht Strom als Quelle, und der verbrauchte Strom stammt von Sonnenkollektoren, die von Aktuatoren angetrieben werden, was zu einer Verringerung der Energie führt, die den Verbrauchern zur Verfügung steht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass im Vergleich zu Festplattensystemen eine Photovoltaikanlage mit einem Solarenergieüberwachungssystem weniger effektiv zu verwenden.

Sie können mehr über dieses Thema aus dem ausgezeichneten Handbuch erfahren (Sie können es kostenlos bestellen) Schrack Technik – Photovoltaik-Handbuch.

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Dies ist der erste Teil der erweiterten Version des ursprünglich im Journal veröffentlichten Textes. Zentrum für Public und Non-Profit Sector Development, Tim4Pin Nr.1 2022

Der zweite Teil ist abrufbar unter:

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