Anlagenscharfe Simulation der PV-Leistung basierend auf Referenzmessungen und Geodaten

Zwischen 2005 und 2016 ist die weltweit installierte Leistung von PV-Anlagen von 5.1 GWp auf 300 GWp angestiegen. Für eine sichere Netzbetriebsführung und wirtschaftliche Vermarktung ist es daher von immer größerer Bedeutung, die aktuelle sowie die in den nächsten Stunden oder Tagen erzeugte PV-Leistung abschätzen zu können. Da kontinuierliche Messdaten nur von wenigen Anlagen vorliegen, werden sogenannte Referenzanlagen in Hochrechnungsverfahren eingesetzt, um die PV-Leistung aller übrigen Zielanlagen simulieren zu können. Die Genauigkeit solcher Hochrechnungsverfahren hängt u. ... mehra. von der räumlichen Verteilung aller PV-Anlagen, der räumlichen Aggregationsebene, der zeitlichen Auflösung der Messdaten, dem Zusammenspiel aus individuellem und kollektivem Anlagenverhalten und der Modulausrichtung ab. Ein weiterer wichtiger Einflussfaktor ist die teilweise hohe Variabilität der Globalstrahlung sowie der davon abhängigen PV-Leistung an und zwischen einzelnen Standorten. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es Methoden zu entwickeln, welche die aufgezeigten komplexen Abhängigkeiten durch einen hohen Detaillierungsgrad besser abbilden können und damit die Genauigkeit von Hochrechnungsverfahren steigern. Bei der Konzeption dieser Methoden wird auf eine hohe praktische Relevanz und Übertragbarkeit auf andere Regionen geachtet. Zu den wichtigsten methodischen Entwicklungen in dieser Arbeit zählt eine Leistungsprojektion, mit der auf Basis von Referenzanlagen die Leistung beliebiger Zielanlagen unter Berücksichtigung ihrer Modulausrichtung abgeschätzt werden kann. Für großflächige Anwendungen wird zudem ein Ansatz vorgestellt, mit dem die Modulorientierung von Referenzanlagen überprüft und von Zielanlagen abgeschätzt werden kann. Da sowohl Referenz- als auch Zielanlagen nur schwierig abbildbaren Einflüssen unterliegen, werden Ansätze zur Kalibrierung der simulierten Erzeugungsleistung erarbeitet. Messfehler bei Referenzanlagen beeinträchtigen die Genauigkeit der Hochrechnung beträchtlich und werden mithilfe einer dafür konzipierten Qualitätskontrolle zuverlässig detektiert. Durch die kombinierte Anwendung aller in dieser Arbeit vorgestellten Methoden zeigt sich ein hohes Verbesserungspotential gegenüber einem Standardverfahren. Während der RMSErel um bis zu 13 % gesenkt werden kann, steigt der Korrelationskoeffizient τ um 3.5 %. Zudem wird der MBErel um etwa 66 % reduziert und relative Kosteneinsparungen von durchschnittlich 15 % bis 25 % erreicht.

Recent years have seen strong worldwide growth in total installed capacity of PV systems from 5.1 GWp to 300 GWp between 2005 and 2016. For operational control of the electricity grid and for economic trading in the electricity generation market, the precise knowledge of both current PV power generation and the forecasted generation for the next hours or days are of increasingly high value. Today, only a few distributed PV systems continuously report their power generation. Therefore, it is essential to apply upscaling approaches that use reported PV power measurements to estimate the power of the remaining target PV systems. ... mehrThe accuracy of upscaling approaches strongly depends on the individual characteristics of the PV systems, such as the spatial distribution, aggregation level, temporal resolution of measured data, interaction of individual and collective system behavior and module orientation, as well as variable small-scale weather conditions. The objective of the presented work is to develop new methodologies that face these challenges, thus improving the current PV power upscaling. It is imperative that these methodologies are of highly practical relevance. Moreover, the data requirements need to be readily available in order to facilitate applicability to other regions. One of the central developments within this thesis is PV power projection based on reference PV systems, which allows estimating the power of target PV systems by consideration of the module orientation. In order to achieve large-scale application of the developed methodology, approaches are developed to parameterize the unknown module orientation of target PV systems as well as checking the reported module orientation of reference PV systems. As reference and target PV systems often show instances of individualized behavior, a calibration method of the simulated power is developed to correct for such instances. Erroneous reporting of reference PV system power adversely affects the accuracy of upscaling. A specially developed quality control routine is presented to detect erroneous data. In summary, the evaluation of all the developed methodologies applied in conjunction shows significant potential for improving upscaling techniques, when compared to the conventional approach. The RMSErel is reduced by 13 % and the correlation coefficient τ is increased by 3.5 %. Furthermore, the developed methods strongly reduce the MBErel by 66 %. Assuming that the costs grow proportionally to inaccuracies in the simulation, the new methodologies promise average cost savings of 15-25 %.