PV-Diesel – Systemoptimierung und Betriebsstrategien für PV-Diesel-Kraftwerke der Multimegawatt-Klasse

Weltweit werden in Regionen ohne Netzanschluss viele Dörfer, Städte, Inseln und Industriebetriebe mit Strom aus Dieselgeneratoren versorgt. Diesen etablierten Markt für Dieselgeneratoren gilt es durch nachhaltige Energieversorgungssysteme, insbesondere die Photovoltaik, in relevanten Teilen zu ersetzten bzw. im Sinne der weltweiten Elektrifizierungsprogramme auszuweiten. Im Rahmen des Verbundforschungsprojekts »PV-Diesel« sollen das Zusammenspiel von Photovoltaik und Dieselgeneratoren erforscht und die noch offenen wissenschaftlich technischen Fragen geklärt werden. Leitziel ist, geeignete Systemlösungen zu schaffen und die Abdeckung der gesamten Systemvielfalt mit passenden, standardisierten Komponenten sowie eine deutliche Kostenreduktion und verbesserte Zuverlässigkeit zu erreichen.

Hierfür müssen Unternehmen der PV-Systemtechnik-Branche, des PV-Anlagenbaus und Dieselsystemanbieter eng zusammenarbeiten. Konkretes Ziel der FuE-Arbeiten ist die Entwicklung voll funktionsfähiger, praxistauglicher, optimierter Systemlösungen, die flexibel auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnitten werden können. Dazu entwickeln wir zunächst Simulationsmodelle in unterschiedlicher Detaillierungstiefe als Tool für die Komponentenentwicklung und für die Untersuchungen zum Systemkonzept, zur Netz- und Systemstabilität und zur Systemoptimierung sowie für die Systemauslegungsverfahren. Mit diesen Simulationswerkzeugen soll u. a. auch auf der Grundlage einer eingehenden Lastanalyse die Dimensionierung von Kraftwerken hinsichtlich verschiedener Optimierungsszenarien, z. B. Dieseleinsparungspotenziale, erfolgen. Die Modelle von Dieselgeneratoren, PV, Fuel Saver, Lasten und eines Lastmanagementsystems haben wir in der Simulationsumgebung Matlab^® aufgebaut. Anhand dreier Fallstudien (einer ägyptischen Industrieanlage, einer griechischen Insel und einem nepalesischen Dorf) haben wir Dieseleinsparungen im Fuel Saver-Betrieb zwischen 5 % und 30 % errechnet. Mit unserem Lastmanagement ergaben sich zusätzlich je nach vorhandenen Lasten Einsparpotenziale von 6 % bis 15 %. Höhere Einsparungen für Fuel Saver und Lastmanagement sind bei einer sehr guten Übereinstimmung des Last- mit dem Solarprofil möglich. Im nächsten Schritt wird die Simulation um Batteriemodelle ergänzt. Die Simulationsumgebung und Modelle fließen anschließend in das Auslegungstool für PV-Dieselkraftwerke ein.