Bewertung der Solarenergie-Kapazität in lokalen Netzen

Die Anzahl der Häuser und Gebäude mit Solarpanels, auch bekannt als photovoltaische (PV) Systeme, wächst. Diese Systeme sind normalerweise mit Niederspannungsnetzen verbunden, die dafür verantwortlich sind, Strom von lokalen Energiequellen an die Verbraucher zu liefern. Da viele Nutzer Solarpanels hinzufügen, ist es wichtig herauszufinden, wie viel Solarenergie das Netzwerk verkraften kann, ohne Probleme zu verursachen.

Um zu bestimmen, wie viel PV-Kapazität ein Netzwerk unterstützen kann, verwenden Ingenieure verschiedene Methoden. Die meisten dieser Methoden basieren auf Computer-Modellen, die simulieren, wie der Strom durch das Netzwerk fliesst. Allerdings können diese Simulationen ungenau werden, wenn es darum geht, das Hosting-Kapazitätsproblem zu lösen. Daher sind einige Modelle komplexer und benötigen länger, um genaue Antworten zu liefern.

In diesem Artikel werden die Herausforderungen bei der Berechnung, wie viel Solarenergie an Niederspannungsnetze angeschlossen werden kann, diskutiert und eine neue Methode vorgestellt, um diesen Prozess zu vereinfachen.

#Motivation

Die Installation von Solarpanels ermöglicht es Hausbesitzern, den Strom, den sie erzeugen, selbst zu nutzen, anstatt ihn vom Netz zu kaufen. Das hilft, die Stromkosten zu senken. Viele Leute installieren jedoch Solarpanels, ohne ihre Bemühungen abzustimmen, was Probleme für das Stromnetz schaffen kann. Wenn zu viele Leute gleichzeitig ihre solaren Systeme anschliessen, kann das zu technischen Problemen führen und die Verwaltung des Netzes erschweren.

Um diese Probleme zu vermeiden, muss die maximale Menge an Solarpanels, die zu einem Netzwerk hinzugefügt werden kann, berechnet werden. Das nennt man die PV-Hosting-Kapazität. Es ist wichtig, diese Zahl zu kennen, um sicherzustellen, dass mehr Solarpanels installiert werden können, ohne Sicherheitsregeln zu brechen oder Probleme im Verteilungssystem zu verursachen.

#Aktuelle Berechnungsmethoden

Die meisten Methoden zur Berechnung, wie viel PV-Kapazität ein Netzwerk unterstützen kann, basieren auf Computersimulationen. Allerdings erfordern diese Modelle, je komplizierter die Struktur der Niederspannungsnetze wird, detailliertere Berechnungen. Diese Komplexität entsteht durch Faktoren wie Spannungsunterschiede über Phasen hinweg und die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Teilen des Netzwerks.

In einigen Fällen dauern die Berechnungen zu lange und liefern möglicherweise keine genauen Ergebnisse. Viele bestehende Methoden konzentrieren sich darauf, das Problem zu vereinfachen, oft auf Kosten der Genauigkeit. Es wurden einige Anstrengungen unternommen, um Zufälligkeit oder die Berücksichtigung verschiedener Szenarien zu nutzen, aber diese Methoden fehlen immer noch an Präzision.

#Vorgeschlagene Methode

Um diese Herausforderungen anzugehen, wird ein neuer Ansatz zur Berechnung der Hosting-Kapazität von PV-Systemen in Niederspannungsnetzen vorgeschlagen. Dieser Ansatz verzichtet auf komplexe binäre Variablen, die die Berechnungen komplizieren können. Stattdessen wird sichergestellt, dass Solarpanels nur mit einer Phase zur gleichen Zeit verbunden werden, was die Probleme im Zusammenhang mit Verbindungen vereinfacht und gleichzeitig die Genauigkeit beibehält.

Die neue Methode vergleicht die Ergebnisse dieses einfacheren Ansatzes mit denen, die aus komplexeren Modellen gewonnen wurden. Dadurch können Ingenieure bewerten, wie gut die neue Methode in Bezug auf Geschwindigkeit und Genauigkeit im Vergleich zu traditionellen Methoden abschneidet.

#Fallstudien

Um die Wirksamkeit des neuen Ansatzes zu testen, wurden mehrere Fallstudien unter Verwendung von realen Daten aus einem Wohn-Niederspannungsnetz durchgeführt. Jede Fallstudie bewertete verschiedene Methoden des Anschlusses für die PV-Systeme.

1. Erste Fallstudie: Die traditionelle Methode, die die besten und genauesten Ergebnisse mit dem komplexen Modell mit binären Variablen sichert.
2. Zweite Fallstudie: Eine einfachere Methode, bei der die Anschlussphase während jedes Berechnungsintervalls zufällig zugewiesen wird.
3. Dritte Fallstudie: Eine ähnliche zufällige Zuordnung, aber die Anschlussphase bleibt während der gesamten Berechnungsperiode gleich.
4. Vierte Fallstudie: Dieser Ansatz erlaubt es, dass die Anschlussphase sich in jedem Zeitintervall ändert, aber sie verbindet sich mit der Phase mit der höchsten Nachfrage, um die Lasten auszugleichen.
5. Fünfte Fallstudie: Anstatt die Phasen zu wechseln, ist das System immer mit der Phase mit der höchsten Durchschnittsnachfrage über die Zeit verbunden.

Jede Fallstudie lieferte unterschiedliche Ergebnisse, die ein Spektrum an Ergebnissen für die Hosting-Kapazität zeigten. Die erste Methode bot die genauesten Ergebnisse, benötigte jedoch eine erhebliche Zeitspanne zur Berechnung. Im Gegensatz dazu waren die einfacheren Methoden schneller, aber die Antworten waren weniger präzise.

#Ergebnisse der Fallstudien

Die Ergebnisse zeigen, dass, während die komplexe Methode eine genaue Berechnung darüber gewährleistet, wie viel Solar-Kapazität hinzugefügt werden kann, es lange dauern kann - in einigen Fällen über eine Stunde. In komplizierteren Situationen waren die Berechnungen so intensiver, dass der Prozess nach mehreren Tagen ohne Lösung gestoppt werden musste.

Die einfacheren Methoden lieferten Ergebnisse, die denjenigen des komplexen Modells ziemlich nahe waren, jedoch deutlich weniger Zeit für Berechnungen benötigten - oft unter zwei Minuten. Diese Zeiteffizienz macht sie attraktiv für die praktische Anwendung, auch wenn sie nicht die höchste Genauigkeit liefern.

#Energieverluste und Spannungsprobleme

Neben dem Hauptfokus auf der Hosting-Kapazität untersuchten die Fallstudien auch, wie Energie im Netzwerk aufgrund verschiedener Faktoren verloren geht, einschliesslich der Art und Weise, wie die Solarsysteme angeschlossen sind. Es wurde festgestellt, dass die Verwendung eines komplexen Modells zu höheren Energieverlusten führen kann. Im Gegensatz dazu neigten Methoden, die zufällige oder feste Verbindungen erlaubten, dazu, geringere Verluste zu erzeugen.

Die Spannungsüberwachung zeigte ebenfalls, dass, während höhere Spannungspegel im komplizierteren Modell ein Problem darstellten, die einfacheren Methoden die Spannungspegel innerhalb akzeptabler Bereiche hielten. Das deutet darauf hin, dass einfachere Anschlussmethoden helfen können, eine gesunde Spannung im Netzwerk aufrechtzuerhalten.

#Fazit

Die Zunahme von Solarenergieinstallationen in Niederspannungsnetzen stellt sowohl Chancen als auch Herausforderungen dar. Genauere Berechnungen, wie viel Kapazität diese Netzwerke bewältigen können, sind entscheidend. Traditionelle Methoden sind zwar gründlich, können aber übermässig komplex und zeitaufwändig sein.

Der vorgeschlagene unkomplizierte Ansatz zeigt vielversprechend, wie Geschwindigkeit und Genauigkeit bei der Berechnung der Hosting-Kapazität in Einklang gebracht werden können. Obwohl es zu geringerer Präzision als bei komplexen Modellen führen kann, machen die Vorteile schnellere Berechnungen ihn wertvoll für praktische Anwendungen.

Weitere Forschungen könnten diese Methoden verbessern, indem sie Zufälligkeit berücksichtigen und verschiedene Szenarien einbeziehen. Dies würde das Verständnis und die Verwaltung von Solarenergie in Niederspannungsnetzen verbessern und zu einer nachhaltigeren Energiezukunft beitragen.