DE102012210132A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV), welches Kraftwerkskomponenten, insbesondere Solartracker (ST), aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen (S1) von Konfigurationsdaten, welche das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk (PV) und dessen Kraftwerkskomponenten spezifizieren, und von Konfigurationsregeln, welche für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk (PV) vorgegeben werden, sowie von Konfigurationsparametern, welche die Konfigurationsregeln konkretisieren; und Optimieren (S2) einer möglichen Verortung von Kraftwerkskomponenten in einer Anlagenlayoutmatrix (ALM), welche ein für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk (PV) vorgesehenes Gelände abbildet, anhand der bereitgestellten Konfigurationsdaten und der konkretisierten Konfigurationsregeln zu einer Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks, das Kraftwerkskomponenten, insbesondere Solartracker, aufweist.
  • Stand der Technik
  • Die standortbezogene Projektierung und Einrichtung von Photovoltaik-Freiflächenkraftwerken stellt bei herkömmlichen Entwicklungsverfahren einen Engpass dar. Das Layout von Photovoltaik-Anlagen wird bei herkömmlichen Entwicklungsverfahren für jede Anlage individuell mit Hilfe einer Tabellenkalkulations-basierten, von Experten manuell durchgeführten Planung entworfen oder vollumfänglich von einem Planer erstellt.
  • Diese herkömmlichen Verfahren sind sehr zeitintensiv und wegen der enormen Datenmenge auch fehleranfällig. Aufgrund der sich von Anlage zu Anlage stets ändernden Voraussetzungen, wie beispielsweise der Umriss des zu beplanenden Geländes, regionale Reglementierungen oder ähnliches, ist es nicht möglich, bereits entworfene Photovoltaik-Freiflächenkraftwerke bei der Planung anderer Anlagen wiederzuverwenden oder anzupassen, so dass für jede Anlage eine umfassende, eigenständige Planung durchzuführen ist.
  • In der für eine Angebotserstellung erforderlichen Grobplanung von Anlagen bleiben wegen der häufig knappen Ausschreibungsdauer im Allgemeinen wichtige Aspekte, die dann erst bei der Detailplanung behandelt werden, unberücksichtigt. Dies bedeutet im Hinblick auf die in dem Angebot gemachten Zusagen natürlich einen großen Unsicherheitsfaktor.
  • Eine Software-technische Unterstützung haben die Planer bisher lediglich bei der Wahl gewisser Konfigurationsparameter erhalten. Beispielsweise sind Software-Tools bekannt, mit deren Hilfe die Abhängigkeit der Leistung eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks von Sonneneinstrahlungsdaten und von der Lage des zu beplanenden Geländes des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks ermittelt werden kann.
  • Die DE 33 01 046 C1 beschreibt Nachführungseinrichtungen, die es ermöglichen, Geräte einer bogenförmigen Bahn entsprechend auszurichten. Die dort beschriebenen Nachführungseinrichtungen eignen sich beispielsweise für Solareinrichtungen, wie photovoltaische Generatoren, Solarkocher und Heliostaten. Die nachzuführenden Geräte werden dabei im Normalfall um eine vertikale Achse drehbar angeordnet, wobei das erforderliche Kippen um eine horizontale Achse durch mindestens ein Führungsglied zwangsläufig mit der Drehung um die vertikale Achse erreicht wird. Das Führungsglied der dort beschriebenen Nachführungseinrichtungen verbindet den nachgeführten Teil mit einem festen Auflagepunkt.
  • Die DE 203 14 665 U1 beschreibt eine Anordnung zur flächigen Abdeckung von Geländeerhebungen, wie Schüttgut- oder Abraumhalden, Schallschutzwälle oder Hochwasserdämme oder sonstiger Freiflächen mit einer zumindest teilweise geneigten und/oder gekrümmten Oberfläche, wobei eine Tragkonstruktion zur Aufnahme von Abdeckelementen vorgesehen ist, die mit wenigstens einem Abdeckelement bestückt ist, welche in einem Abstand zur Oberfläche der Geländeerhebung angeordnet sind und die Oberfläche der Geländeerhebung zumindest teilweise überdecken.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welches nach Maßgabe von Konfigurationsregeln und Konfigurationsparametern eine Projektierung und eine Einrichtung eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern auf der Basis von spezifizierten Konfigurations- und Geländedaten ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks, welches Kraftwerkskomponenten, insbesondere Solartracker, aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten:
    Bereitstellen von Konfigurationsdaten, welche das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk und dessen Kraftwerkskomponenten spezifizieren, und von Konfigurationsregeln, welche für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk vorgegeben werden, sowie von Konfigurationsparametern, welche die Konfigurationsregeln konkretisieren.
  • Als weiterer Schritt erfolgt ein Optimieren einer möglichen Verortung von Kraftwerkskomponenten in einer Anlagenlayoutmatrix, welche ein für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk PV vorgesehenes Gelände abbildet, anhand der bereitgestellten Konfigurationsdaten und der konkretisierten Konfigurationsregeln zu einer Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks.
  • Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt eine Vorrichtung zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks, welches Kraftwerkskomponenten, insbesondere Solartracker, aufweist, wobei die Vorrichtung ein Optimierungsmodul aufweist.
  • Die Vorrichtung ist dazu ausgelegt, das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk und Kraftwerkskomponenten spezifizierende Konfigurationsdaten, für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk vorgegebene Konfigurationsregeln und die Konfigurationsregeln konkretisierende Konfigurationsparameter bereitzustellen.
  • Ferner ist die Vorrichtung dazu ausgelegt, eine mögliche Verortung von Kraftwerkskomponenten in einer Anlagenlayoutmatrix, welche ein für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk PV vorgesehenes Gelände abbildet, anhand der bereitgestellten Konfigurationsdaten und der konkretisierten Konfigurationsregeln zur Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks zu optimieren.
  • Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee liegt darin, eine Planungssoftware bereitzustellen, die eine automatische Anlagenlayoutberechnung unter anderem bei der Optimierung der Verschaltung von Kraftwerkskomponenten und bei der Optimierung des Layouts von Photovoltaik-Freiflächenkraftwerken mit Solartrackern ermöglicht.
  • Dabei werden die für die Layout-Planung einer Anlage entscheidenden Faktoren optimiert, das heißt insbesondere die Platzierung der Kraftwerkskomponenten unter Ausnutzung der für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk zur Verfügung stehenden Fläche.
  • Die technische Herausforderung liegt dabei zum einen in der korrekten Modellierung der Teilprobleme einer zu lösenden Aufgabe und zum anderen in der Geschwindigkeit, mit der solche Lösungen automatisiert auf einem Computer berechnet werden können.
  • Eine kurze Berechnungsdauer ist dabei ein wesentlicher Faktor. Das erfindungsgemäße Verfahren berechnet auch für große Anlagen innerhalb weniger Minuten ein optimiertes Layout und ermöglicht, die Projektierungszeit im Vergleich zur bisher durchgeführten manuellen Planung signifikant zu reduzieren.
  • Durch eine graphische Benutzeroberfläche werden alle für die Anlagenplanung des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks erforderlichen Funktionalitäten benutzerfreundlich zur Verfügung gestellt, unter anderem die Dateneingabe, der Optimierungskern, die Visualisierung der Lösung und der Export der Ergebnisse zur Weiterverarbeitung in rechnerunterstützten Entwurf- oder Kostenkalkulations-Tools.
  • Das vollständige Optimierungsproblem des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine hohe Komplexität auf und wird daher durch einen hierarchischen Ansatz gelöst, das heißt eine Dekomposition der Aufgabenstellung in Teileinheiten. Selbst die durch die Dekomposition entstehenden Einzelprobleme sind teilweise schwierig zu lösen und erfordern das Bereitstellen spezialisierter und komplexer Berechnungsverfahren.
  • Die Aufgabenstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst einen Optimierer, welcher als eine Mehrzahl von technischen Algorithmen ausgebildet ist, die zur Lösung des Gesamtproblems herangezogen werden.
  • Konfigurationsregeln sind zum einen physikalische Nebenbedingungen, die eingehalten werden müssen, und zum anderen Regeln, die im Hinblick auf eine Standardisierung der Anlagenlayouts oder zur Erleichterung des Anlagenaufbaus des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks und des Service von Experten festgelegt wurden.
  • Durch Festlegung von konkreten Werten für Konfigurationsparameter werden die Konfigurationsregeln konkretisiert. Die Konfigurationsdaten spezifizieren das zu planende Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk und die Kraftwerkskomponenten des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks.
  • Als Konfiguration des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks ist ein Anlagenlayout zu erstellen, das heißt eine Platzierung der Solartracker mit den Photovoltaikmodulen, eine Verortung von Service- und Kabelwege zwischen den Solartrackern, eine Platzierung von Wechselrichtern und eine Zuordnung der Solartracker zu sogenannten Inverter-Gruppen.
  • Beim Anwendungsfall „Unterschiedliche Standardblöcke" ist ein Anlagenlayout zu bestimmen, bei dem die Solartracker einer Invertergruppe stets in verschiedenen, durch den Anwender vorgegebenen, rechteckigen Standardkonfigurationen – sogenannte Standardblöcken – auf der verfügbaren Fläche verortet werden müssen. Zwischen den Standardblöcken müssen durchgängige Wege verlaufen. Zudem ist jedem der Standardblöcke ein Wechselrichter zugeordnet, dessen relative Platzierung innerhalb des Standardblocks durch den Anwender vorgegeben ist. Durch die Verkabelung innerhalb eines Standardblocks wird der gesamte auf den zugehörigen Solartrackern erzeugte Gleichstrom zum Wechselrichter geleitet.
  • Gemäß der Optimierungsaufgabe wird unter Berücksichtigung der Konfigurationsregeln in kurzer Zeit, das heißt innerhalb weniger Minuten, automatisiert ein geeignetes, optimiertes Anlagenlayout berechnet.
  • Zielsetzungen können dabei zum Beispiel eine möglichst gute Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Fläche oder die Schaffung möglichst guter Voraussetzungen für eine einfache, effiziente und kostengünstige Verkabelung der Kraftwerkskomponenten des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks sein.
  • Die Optimierungsaufgabe liegt in der Berechnung eines hinsichtlich Nennleistung, Effizienz und Kosten optimierten Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks unter Berücksichtigung der Konfigurationsregeln, in kurzer Zeit, das heißt innerhalb weniger Minuten.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Solartracker als die Kraftwerkskomponenten bei der Verortung der Kraftwerkskomponenten derart verortet werden, dass eine Einteilung der Solartracker in eine Mehrzahl von Inverter-Gruppen vorgenommen wird, welche jeweils einen Standardblock ausbilden.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Standardblöcke als rechteckige Standardblöcke ausgebildet werden. Dies erlaubt eine vorteilhafte Planung der Kabel- und Servicewege.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Standardblöcke als unterschiedliche Typen von Standardblöcken ausgebildet werden. Innerhalb der Inverter-Gruppen kann somit vorteilhaft eine Verkabelung der Kraftwerkskomponenten vorgesehen werden, die möglichst einfach, effizient und kostengünstig ist.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zu der Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks als eine Zielfunktion eine Maximierung der Inverter-Gruppen verwendet wird.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei der Maximierung der Anzahl an Inverter-Gruppen die unterschiedlichen Typen von Standardblöcken mit unterschiedlichen Gewichtungen in die verwendete Zielfunktion eingehen. Dadurch ergeben sich vorteilhafte Konfigurationen des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit verbesserten Lösungen der zu lösenden Anlagenlayout- und Verschaltungsprobleme des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks. Auf der Basis der berechneten Verortung können die Solartracker Inverter-Gruppen zugeordnet werden.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mindestens zwei Anlagenlayoutmatrizen zum Optimieren der möglichen Verortung von Kraftwerkskomponenten verwendet werden.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei dem Optimieren der möglichen Verortung der Kraftwerkskomponenten ein Maximieren der Anzahl an Solartrackern des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks vorgenommen wird. Dies ermöglicht, die Gesamtleistung des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks zu erhöhen.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks eine Prüfung der Kompatibilität der für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk vorgesehenen Kraftwerkskomponenten zueinander umfasst. Dadurch kann die Betriebssicherheit des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks erhöht werden.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als die Konfigurationsdaten Daten zu einer Lage und/oder zu einem Umriss eines für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk vorgesehenen Geländes bereitgestellt werden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine optimale Anpassung des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks an die lokalen Gegebenheiten.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks ein Optimierungsmodul mit mehreren Algorithmen verwendet wird, welches mehrere Berechnungsverfahren benutzt, die zur Projektierung und zur Einrichtung des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks verwendet werden. Dadurch können berechnete Layouts hinsichtlich ihrer Qualität in vorteilhafter Weise sukzessive verbessert werden.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Durchführung des Verfahrens ein Benutzeroberflächenmodul verwendet wird, welches als graphische Benutzeroberfläche ausgelegt ist und/oder Funktionalitäten zur Dateneingabe und/oder zur Datenverwaltung und/oder zur Datenausgabe aufweist und/oder zum Aufruf des Optimierungsmoduls und/oder zur Ergebnisdarstellung ausgelegt ist. Dies ermöglicht eine sichere und einfache Datenkommunikation zwischen Anwender und Planungssoftware.
  • Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren.
  • Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung.
  • Zeichnungen
  • Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
  • Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Darstellung eines Ablaufdiagramms einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks;
  • 2 eine Darstellung einer Kartenansicht eines für ein Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk zu beplanenden Geländes gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 3 eine Darstellung eines Solartrackers eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 4 eine Darstellung eines Seitenprofils eines Solartrackers eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 5 eine Darstellung einer Inverter-Gruppe eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 68 jeweils eine Darstellung möglicher Anlagenlayouts, die gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus unterschiedlichen Vorgaben hinsichtlich der Anordnung der Solartracker in den Inverter-Gruppen resultieren;
  • 9 eine Darstellung eines Tracker-Wege-Gitters gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern, die in Standardblöcken angeordnet sind;
  • 10 eine Darstellung eines Ablaufdiagramms einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks;
  • 11 eine Darstellung einer Anlagenlayoutmatrix in Form einer Gelände-Tracker-Martix zu dem in 9 gezeigten Tracker-Wege-Gitter gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern;
  • 12 eine Darstellung verschiedener Typen von Standardblöcken gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern;
  • 1315 jeweils eine Darstellung einer Anlagenlayoutmatrix gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern; und
  • 16 eine Darstellung eines Benutzeroberflächenmoduls zur Dateneingabe gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Verfahrensschritte, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • Die 1 zeigt eine Darstellung eines Ablaufdiagramms einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks.
  • In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen S1 von das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk PV und dessen Kraftwerkskomponenten spezifizierenden Konfigurationsdaten, von für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk PV vorgegebenen Konfigurationsregeln und von die Konfigurationsregeln konkretisierenden Konfigurationsparametern.
  • Kraftwerkskomponenten sind beispielsweise Solartracker, Wechselrichter, Photovoltaikmodule, Solarzellenstrings, Solarzellentische, Kabel zur Verbindung, Kopplungskästen, Anschlusskästen oder Wechselrichter-Container oder sonstige elektrische Modulkomponenten.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt werden durch eine Initialisierung und eine anschließende Optimierung S2 anhand der bereitgestellten Konfigurationsdaten und der konkretisierten Konfigurationsregeln zur Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks PV für Anlagenlayouteigenschaften sowohl die Anzahl der benötigten Komponenten des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks PV als auch deren Positionierung festgelegt.
  • Die bereitgestellten Daten umfassen beispielsweise auch schaltungstechnische Nebenbedingungen oder sonstige Normbedingungen oder Sicherheitsrichtlinien des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks PV. Als schaltungstechnische Nebenbedingungen sind beispielsweise Platzierungsnebenbedingungen oder Nebenbedingungen zu elektrischen Größen von Kraftwerkskomponenten wie elektrische Maximal-Stromstärken oder elektrische Spannungen vorgesehen.
  • Beispielsweise können durch eine Festlegung von konkreten Werten für die Konfigurationsparameter die Konfigurationsregeln konkretisiert werden. Konfigurationsdaten spezifizieren beispielsweise die zu planende Anlage oder das Anlagenlayout des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks PV.
  • Beispielsweise konkretisiert ein Konfigurationsparameter von acht Solartrackern ST pro Inverter-Gruppe IG die Konfigurationsregeln bezüglich eines Zusammenschaltens der Solartracker ST zu einer Inverter-Gruppe IG.
  • Die 2 zeigt eine Darstellung einer Kartenansicht eines für ein Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk zu beplanendes Geländes gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In einem Gelände G, das durch seinen Umriss und eventuell eine oder mehrere vorhandene Sperrflächen SF definiert ist, wird ein Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk PV auf einer Anlagenfläche AF geplant oder aufgestellt, wobei die Konfiguration des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks PV nach Nennleistung und/oder nach Kosten und/oder nach Effizienz optimiert wird.
  • Das zu beplanende Gelände G ist in der abgebildeten Ausrichtung dargestellt. Die West-Ost-Ausrichtung, W-O, ist durch die x-Koordinate gegeben, die Nord-Süd-Ausrichtung, N-S, durch die y-Koordinate.
  • Die 3 zeigt eine Darstellung eines Solartrackers eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Mehrere gleichartige Photovoltaikmodule eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks PV werden zu sogenannten Strings in Reihe geschaltet, die wiederum in Parallelschaltung an Eingänge von Wechselrichtern des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks PV angeschlossen werden. Welche Anzahl an Photovoltaikmodulen in einem String möglich ist, hängt von den Spezifikationsdaten der Wechselrichter ab.
  • Die Spezifikationsdaten der Wechselrichter werden als Daten zu den Kraftwerkskomponenten des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks PV bereitgestellt.
  • Auf einen Solartracker ST werden die zu Strings verschalteten Photovoltaikmodule auf einem Trackergestell montiert. Die Solartracker ST sind dem Sonnenstand nachgeführte Trägersysteme, bei denen beispielsweise das Trägersystem, die montierten Photovoltaikmodule, die Steuerung oder ähnliche Komponenten integriert aufeinander abgestimmt sind.
  • Ein Trackergestell des Solartrackers ST umfasst mehrere parallele, in Nord-Süd-Richtung verlaufende Segmente SG. Dabei sind alle Segmente SG des Solartrackers ST über eine von einem Motor M angetriebene, zentral in West-Ost-Richtung verlaufende Schubstange miteinander gekoppelt, die es ermöglicht, die Modulorientierung mit dem Tagesverlauf von Ost nach West dem Sonnenstand anzupassen.
  • Bei Sonnenaufgang sind also alle Photovoltaikmodule auf dem Solartracker ST nach Osten orientiert. Im Tagesverlauf wird die Neigung der Photovoltaikmodule dann bestmöglich dem aktuellen Sonnenstand angepasst, bis die Photovoltaikmodule bei Sonnenuntergang nach Westen orientiert sind. Die Nachverfolgung des Sonnenstands erfolgt bei den Solartrackern ST beispielsweise durch eine einachsige Drehung der Segmente SG der Solartracker ST.
  • Die 4 zeigt eine Darstellung eines Seitenprofils eines Solartrackers eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ein Solartracker ST umfasst einen Flügel bzw. Wing T, auf dem die Photovoltaikmodule montiert werden und ein Fundament F, mit welchem der Solartracker ST im Boden verankert wird.
  • Ein Motor M wird beispielsweise zwischen dem Fundament F und dem Wing T in der Höhe HST angebracht und kann über eine Schubstange SC den Wing T drehen, beispielsweise über einen Winkelbereich von +/–45°. Die Schubstange SC verläuft in der Mitte der Segmente SG in West-Ost-Richtung und unterteilt so jedes Segment SG in einen nördlichen und einen südlichen Wing T.
  • Zur Spezifizierung des Trackerdesigns des Solartrackers ST durch den Anwender gehört beispielsweise die Auswahl einer Vielzahl von Design- und Konfigurationsparametern des Solartrackers ST, beispielsweise die Auswahl des verwendeten Modultyps, die Festlegung der Anzahl an Photovoltaikmodulen pro Wing T, inklusive deren Montage auf dem Gestell, der Abstand zwischen einem nördlichen und einem südlichen Wing T eines Segments SG, die Abstände zwischen den Segmenten SG in West-Ost-Richtung, die Anzahl an Segmenten SG in dem Solartracker ST und die Verkabelung des Equipments innerhalb des Solartrackers ST, wie etwa die Verschaltung der Strings oder die Verschaltung der Anschlusskästen oder der Wechselrichter.
  • Insbesondere ergeben sich aus dem Trackerdesign des Solartrackers ST die Ausdehnungen des rechteckigen Umrisses des Solartrackers ST. Bei der Konfiguration des Trackerdesigns des Solartrackers ST muss der Anwender sowohl auf die elektrische Kompatibilität des verwendeten Equipments als auch auf Beschränkungen hinsichtlich der Ausdehnungen des Solartrackers ST in West-Ost- und Nord-Süd-Richtung beispielsweise aufgrund von zulässigen Windlasten achten.
  • Die 5 zeigt eine Darstellung einer Inverter-Gruppe eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die 5 veranschaulicht eine Inverter-Gruppe IG mit acht Solartrackern ST, die aufgrund ihrer rechteckigen Anordnung als Standardblock B bezeichnet wird. Im Zentrum der 5 ist ein Wechselrichter-Container WC1 dargestellt. Die 5 stellt zudem die Kabelführung innerhalb der Inverter-Gruppe IG dar. Es wird angedeutet, wie die Kabel von den Solartrackern ST zum Wechselrichter-Container WC1 geführt werden. In der Mitte des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks PV verläuft in Nord-Süd-Richtung ein Kabel- und Serviceweg W1.
  • Ein Wechselrichter des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks PV weist beispielsweise mehrere Gleichstrom-Eingänge auf, an die mehrere parallel geschaltete Strings angeschlossen werden. Die Zahl der an einen Wechselrichtereingang anzuschließenden Strings ergibt sich aus den Moduldaten des Photovoltaikmoduls, aus den Daten des Wechselrichters und den Konfigurationsparametern und ist innerhalb eines vorgegebenen Korridors flexibel. Dies ist bei der Festlegung des Trackerdesigns des Solartrackers ST zu berücksichtigen.
  • Jedem Wechselrichter wird eine vom Anwender definierte Anzahl an Solartrackern ST zugeordnet, die eine sogenannte Inverter-Gruppe IG bilden. Die Anzahl an Solartrackern ST in einer Inverter-Gruppe IG wird jeweils dadurch festgelegt, dass die resultierende Stromstärke, die an den Wechselrichter der Inverter-Gruppe IG geleitet wird, mit dessen elektrischer Spezifikation kompatibel ist und die Wechselrichterkapazitäten optimal ausnutzt.
  • Es kann zu diesem Zweck auch vorteilhaft sein, unterschiedlich konfigurierte Solartracker ST in einer Inverter-Gruppe IG zusammenzufassen. So kann die Anzahl an Segmenten SG pro Solartracker ST innerhalb einer Inverter-Gruppe IG variieren, um die Kapazität des Wechselrichters optimal auszunutzen.
  • Um eine kostengünstige und effiziente Verkabelung zu ermöglichen, sollte der Wechselrichter-Container stets nah am Schwerpunkt der Inverter-Gruppe IG positioniert werden. Daher darf aus einem Solartracker ST auch eine gewisse Anzahl von Segmenten SG eliminiert werden, so dass auf dem dadurch gewonnen Platz der Wechselrichter-Container WC1 der Inverter-Gruppe IG vorgesehen werden kann.
  • Um die Verkabelung zu vereinfachen und Material zu sparen, werden die Kabel mehrerer Strings in sogenannten Generatoranschlusskästen gebündelt. Analog werden die Kabel mehrerer Generatoranschlusskästen in sogenannten Koppelkästen zusammengeführt. Jeder Koppelkasten wird dann auf einen Gleichstromeingang eines Wechselrichters geleitet. Ein Ziel bei der Platzierung der Solartracker ST und der Wechselrichter ist es, möglichst gute Voraussetzungen für eine möglichst einfache, effiziente und kostengünstige Gleichstrom-Verkabelung zu schaffen.
  • Die 6, 7 und 8 zeigen jeweils eine Darstellung möglicher Anlagenlayouts, die gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus unterschiedlichen Vorgaben hinsichtlich der Anordnung der Solartracker in den Inverter-Gruppen resultieren.
  • Die beiden 6 und 7 zeigen für eine gegebene Anlagenfläche AF die mit dem Software-Tool erzeugten Anlagenlayouts für die Anwendungsfälle „Standardblöcke“ und „Beliebige Inverter-Gruppen“ inklusive der zugehörigen Verkabelung. Gut zu erkennen sind die aus den Designregeln des jeweiligen Anwendungsfalls resultierenden Vor- und Nachteile. Für den Anwendungsfall „Standardblöcke“ ergibt sich ein sehr regelmäßiges Layout mit der bestmöglichen und/oder günstigstmöglichen Verkabelung, allerdings ist die Flächenausnutzung nicht optimal. Demgegenüber gelingt es beim Anwendungsfall „Beliebige Inverter-Gruppen“, die verfügbare Anlagenfläche AF besser zu nutzen, jedoch auf Kosten eines nicht sehr regelmäßigen und daher in Bezug auf Verkabelung und Service deutlich komplexeren Anlagenlayouts.
  • Die 8 zeigt ein Anlagenlayout, welches mit dem Anwendungsfall „Unterschiedliche Standardblöcke“ berechnet wurde.
  • Arbeitet man nun bei der Anlagenlayoutplanung mit mehreren unterschiedlichen Typen von Standardblöcken, wie etwa im Anwendungsfall „Unterschiedliche Standardblöcke“, so gelingt es, für die gegebene Anlagenfläche AF einen guten Kompromiss zu finden, der die Vorteile der beiden oben genannten Anwendungsfälle „Standardblöcke“ und „Beliebige Inverter-Gruppen“ aufweist. Das Resultat ist in 8 zu sehen.
  • Die 9 zeigt eine Darstellung eines Tracker-Wege-Gitters gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern, die in Standardblöcken angeordnet sind.
  • Die 9 veranschaulicht eine Festlegung des Ursprungpunktes eines starren Tracker-Wege-Gitters GI.
  • Da beim Anwendungsfall „Unterschiedliche Standardblöcke" sowohl in Nord-Süd- als auch in Ost-West-Richtung durchgängige Wege durch das zur Verfügung stehende Gelände G bzw. die Anlagenfläche AF laufen sollen und man möglichst wenig Platz verschwenden möchte, ist es zweckmäßig, die Wege in Form eines starren Tracker-Wege-Gitters GI anzuordnen. Die Wegeabstände innerhalb des Tracker-Wege-Gitters GI sind genau so gewählt, dass jede Gitterzelle genau so groß ist, dass der durch den Anwender definierte Solartracker mit maximaler Ausdehnung Platz darin findet.
  • Allerdings können natürlich nur Gitterzellen, die ganz im Inneren des Geländes bzw. der Anlagenfläche AF liegen, im finalen Anlagenlayout als potentielle Standorte der Solartracker ST dienen. Da es sich um ein starres Tracker-Wege-Gitter GI handelt, ist die Lage jeder Gitterzelle bereits eindeutig durch die Wahl des Ursprungpunktes des Gitters bestimmt.
  • Die Aufgabe dieses Teilschrittes ist es daher, den Ursprung des Tracker-Wege-Gitters GI so zu positionieren, dass man im darauffolgenden Teilschritt möglichst gute Voraussetzungen dafür vorfindet, um die potentiellen Solartracker-Standorte optimal in Standardblöcke B gruppieren zu können. In den meisten Fällen ist es hierfür zweckmäßig, die Anzahl an potentiellen Solartracker-Standorten zu maximieren – oder anders gesagt – den Ursprung des Tracker-Wege-Gitters GI so zu wählen, dass möglichst viele Gitterzellen komplett im Inneren der zur Verfügung stehenden Fläche bzw. der Anlagenfläche AF liegen, da sich so automatisch der Optimierungsspielraum im nächsten Teilschritt vergrößert.
  • Allerdings lassen sich aufgrund der vorgegebenen Standardblock-Formationen auch leicht Gegenbeispiele konstruieren, die zeigen, dass eine Maximierung der Anzahl an potentiellen Solartracker-Standorten nicht zwingend die bestmöglichen Voraussetzungen für die anschließende Gruppierung der Solartracker ST in Standardblöcke B schafft.
  • Aus diesem Grund ist es für diesen Teilschritt zweckmäßig, ein heuristisches Verfahren anzuwenden, mit dem man in möglichst kurzer Zeit ein gutes Zwischenergebnis erzielen kann.
  • Mit u ist die minimale x-Koordinate der Geländebegrenzung der Anlagenfläche AF und mit v die minimale y-Koordinate der Geländebegrenzung der Anlagenfläche AF bezeichnet. Außerdem ist mit l und h die Ausdehnung einer Gitterzelle in x- bzw. y-Richtung bezeichnet. Die x-Koordinate des Gitterursprungs a liegt dann an beliebiger Stell innerhalb des Intervalls [u; u + l[und die y-Koordinate b im Intervall [v; v + h[.
  • Eine Möglichkeit die Koordinaten des Gitterursprungs zu bestimmen ist es, a und b zunächst innerhalb der jeweiligen Intervalle zufällig zu initialisieren und dann im Rahmen einer lokalen Suche zu versuchen, eine Positionsverbesserung vorzunehmen. Hierbei kann beispielsweise zunächst in x-Richtung überprüft werden, wie weit sich die x-Koordinate a nach links oder rechts verschieben lässt, ohne dass dadurch eine der Gitterzellen, die bei der Initialisierung vollständig im Inneren des Geländes G lagen, die Gebietsumrandung überschreitet.
  • Gelingt es durch die Verschiebung, Gitterzellen, die zumindest teilweise außerhalb des Geländes lagen, vollständig in das verfügbare Gelände zu verlagern, erhöht sich die Anzahl potentieller Solartracker-Standorte. Analog lässt sich auch mit der y-Koordinate b in y-Richtung verfahren. Wurde in eine der beiden Richtungen verschoben, kann man anschließend die jeweils andere Koordinate stets noch einmal überprüfen.
  • Die 10 zeigt eine Darstellung eines Ablaufdiagramms einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks.
  • Da das Gesamtproblem aus Komplexitätsgründen nicht effizient mit einem globalen, d.h. alle Restriktionen und Zielkriterien gleichzeitig erfassenden, Verfahren gelöst werden kann, ist es erforderlich, das Problem in Teilprobleme zu dekomponieren, diese zu hierarchisieren und für jeden konkreten Anwendungsfall der Reihe nach zu lösen.
  • Für den Anwendungsfall „unterschiedliche Standardblöcke“ bietet sich eine Unterteilung in die folgenden Teilschritte an:
    In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Festlegen S11 des Ursprungpunktes eines starren Tracker-Wege-Gitters GI.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Einteilen S12 der in dem Tracker-Wege-Gitter GI platzierbaren Solartracker ST in Standardblöcke B.
  • In einem dritten Verfahrensschritt erfolgt ein Ausgeben S13 des berechneten Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerkes PV und ein Beenden des Verfahrens. Damit ergibt sich das in 10 gezeigte Ablaufdiagramm.
  • Die 11 zeigt eine Darstellung einer Anlagenlayoutmatrix in Form einer Gelände-Tracker-Martix GTM zu dem in 9 gezeigten Tracker-Wege-Gitter gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern.
  • In einem Preprocessing-Schritt wird zunächst aus dem Tracker-Wege-Gitter GI eine Gelände-Tracker-Matrix GTM als eine Anlagenlayoutmatrix ALM und daraus wiederum eine Standardblock-Alternativen-Matrix SAM als eine Anlagenlayoutmatrix ALM abgeleitet.
  • Die Standardblock-Alternativen-Matrix SAM dient dazu, Tracker-Gruppierungs-Konflikte zu identifizieren, mit deren Hilfe das Teilproblem der Einteilung der potentiellen Solartracker-Standorte in Standardblöcke im Rahmen einer binären linearen Programmierung gelöst werden kann.
  • Zur Erstellung der Gelände-Tracker-Matrix GTM wird jeder vollständig durch das Tracker-Wege-Gitter GI begrenzten Gitterzelle ein Matrix-Element zugewiesen, das den Wert 0 enthält, wenn die Gitterzelle nicht vollständig in der zur Verfügung stehenden Anlagenfläche AF liegt, und den Wert 1, falls die Gitterzelle einem potentiellen Solartracker-Standort entspricht. Für die Ausgangssituation aus 9 ergibt sich so die in 11 gezeigte Gelände-Tracker-Matrix GTM.
  • Um das Beispiel fortführen zu können, werden noch die vorgegebenen Standardblock-Typen benötigt. Hierfür seien die folgenden drei rechteckigen Standardblock-Typen definiert, die jeweils zwölf Solartracker ST aufweisen.
  • Die 12 zeigt eine Darstellung verschiedener Typen von Standardblöcken gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern.
  • Für unsere Gelände-Tracker-Matrix GI aus der 11 ist es beispielsweise möglich, das 1-Element in der dritten Zeile und der zweiten Spalte als linkes, oberes Element des Standardblock-Typen MB umfassend eine 4 × 3 Anordnung der Standardblöcke B zu nutzen, wie in 12 dargestellt.
  • Ferner ist der Standardblock-Typen MA umfassend eine 2 × 6 Anordnung der Standardblöcke B und der Standardblock-Typen MC umfassend eine 3 × 4 Anordnung der Standardblöcke B dargestellt.
  • Die 13 bis 15 zeigen jeweils eine Darstellung einer Anlagenlayoutmatrix ALM gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern.
  • Die 13 zeigt einen Test, der nun für alle 1-Elemente der Gelände-Tracker-Matrix GTM und alle Standardblock-Typen durchgeführt wird und es werden an der Stelle der 1-Elemente in der Gelände-Tracker-Matrix GTM alle Buchstaben der Standardblock-Typen notiert, deren linker, oberer Tracker dort platziert werden kann, so dass der Standardblock komplett im Gelände liegt. Derart wird die Standardblock-Alternativen-Matrix SAM erzeugt.
  • Die 14 zeigt eine derart generierte Standardblock-Alternativen-Matrix SAM, wobei die einzelnen Matrixelemente die jeweils platzierbaren Standardblock-Typen aufzählen. Für unsere Gelände-Tracker-Matrix GTM aus 13 erhält man die in 14 dargestellte Standardblock-Alternativen-Matrix SAM.
  • Die 15 zeigt den Fall, dass manche 1-Elemente auch als linke, obere Ecke von mehreren Standardblock-Typen dienen können. In diesem Fall werden an der entsprechenden Stelle in der Standardblock-Alternativen-Matrix einfach mehrere Buchstaben notiert.
  • Es ist offensichtlich, dass sich manche Gruppierungs-Alternativen gegenseitig ausschließen, da sie zum Teil auf dieselben potentiellen Solartracker-Standorte zurückgreifen.
  • Zwei Gruppierungs-Alternativen bilden einen Solartracker-Gruppierungs-Konflikt, wenn die zu den Gruppierungs-Alternativen gehörenden Sub-Matrizen in der Gelände-Tracker-Matrix GI nicht überschneidungsfrei sind.
  • Die Menge aller Paare von Gruppierungs-Alternativen (X, Y), die für eine Standardblock-Alternativen-Matrix einen Tracker-Gruppierungs-Konflikt bilden, wird im Folgenden mit K bezeichnet. Die Berechnung der Menge K bildet den Abschluss des Preprocessings für die Lösung des Teilproblems in Schritt S12.
  • Die im Preprocessing ermittelte Menge K aller Solartracker-Gruppierungs-Konflikte werden zur Modellierung des Teilproblems der Gruppierung der potentiellen Solartracker-Standorte in Standardblöcke B genutzt. Die Modellierung erfolgt mittels eines binären linearen Programms, einem Spezialfall der gemischt-ganzzahligen linearen Programmierung.
  • Den zentralen Bestandteil des binären linearen Programms bilden die Binär-Variablen x, die für jede Gruppierungs-Alternative i angeben, ob sie im Anlagenlayout zur Anwendung kommen, dann nimmt Xi den Wert 1 an, oder nicht, dann nimmt Xi den Wert 0 an.
  • Als weiteren Bezeichner kann das Verfahren die Anzahl n an Gruppierungs-Alternativen und die Gewichtungsfaktoren Wj verwenden, die für jeden Standardblock-Typ j ein Gewicht festlegen, mit deren Hilfe man die Wahl gewisser Standardblock-Typen gegenüber anderen Standardblock-Typen priorisieren kann.
  • Für unseren Anwendungsfall ergibt sich die günstigste Verkabelung beispielsweise bei Standardblock-Typ A, die nächstgünstigste Verkabelung bei Typ B und die Verkabelung mit den größten Kabellängen bei Typ C, so dass man als Gewichte beispielsweise wählen könnte wA = 10, wB = 8 und wC = 7.
  • Dies würde bedeuten, dass man beispielsweise die Gruppierung von drei Standardblöcken B des Typs A der Gruppierung von vier Standardblöcken B des Typs C vorziehen würde, obwohl man so weniger Leistung auf dem Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk PV installieren würde.
  • Die Wahl der Gewichtungsfaktoren obliegt dem Anwender oder wird durch das Programm selbst vorgegeben. Auch eine Gleichgewichtung aller Standardblock-Typen ist somit möglich, was bedeuten würde, dass man die Maximierung der installierten Leistung im Feld anstrebt.
  • Schließlich verwendet das Modell noch den Bezeichner t(i), der für eine Gruppierungs-Alternative i den zugehörigen Standardblock-Typ identifiziert. Damit ergibt sich das folgende binär-lineare Programm zur Lösung des Teilproblems der Einteilung der potentiellen Solartracker-Standorte in Standardblöcke B:
    Als Input werden beispielsweise die Geländedaten, das Tracker-Wege-Gitter GI inklusive Ursprung, die Standardblock-Typen inklusive Priorisierungsgewicht w und die aus diesen Daten bereits im Preprocessing ermittelte Menge K der Solartracker-Gruppierungs-Konflikte verwendet.
  • Als Restriktion ist zu beachten, dass die Solartracker ST vollständig in der zur Verfügung stehenden Fläche bzw. der Anlagenfläche AF positioniert werden. Dies wird durch die Berechnung der Gelände-Tracker Matrix GTM sichergestellt.
  • Ferner ist als Restriktion eine überschneidungsfreie Gruppierung der potentiellen Solartracker-Standorte in Standardblöcke B vorzusehen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Summe der Binärvariablen von zwei Solartracker-Gruppierungsalternativen, für die ein Solartracker-Gruppierungs-Konflikt besteht, höchstens den Wert 1 annehmen darf. Das bedeutet, dass höchstens eine dieser beiden Alternativen ausgewählt werden darf.
  • Darüber hinaus kann als Restriktion dienen, dass die vorgegebenen rechteckigen Formationen der Standardblock-Typen bei der Gruppierung eingehalten werden müssen. Dies wird bereits durch die Berechung der Standardblock-Alternativen-Matrix SAM sichergestellt.
  • Als Zielfunktion kann eine Maximierung der gewichteten Summe der ausgewählten Gruppierungsalternativen von Standardblock-Typen verwendet werden.
  • Als Output kann eine Positionierung der Solartracker ST und/oder eine Gruppierung der Solartracker ST in Standardblöcke B ausgegeben werden.
  • Die 16 zeigt eine Darstellung eines Benutzeroberflächenmoduls zur Dateneingabe gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Eine Vorrichtung VO zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks PV umfasst ein Optimierungsmodul OM und ein Benutzeroberflächenmodul BO.
  • Beispielsweise werden als Dialogfenster oder Dialogfelder oder Dialogboxen spezielle Fenster in einer grafischen oder zeichenorientierten Benutzerschnittstelle definiert und aufgezeigt.
  • Beispielsweise umfasst das Benutzeroberflächenmodul BO eine Vielzahl von Dialogfenstern, welche formularartig aufgebaut sind und zur Eingabe von Daten vorgesehen sind. Dazu werden beispielsweise Standard-Widgets wie Datenanzeigefelder DAF1–DAF3 und Checkboxen verwendet.
  • Das Benutzeroberflächenmodul BO weist ferner Dateneingabefelder DEF1–DEF2 auf und bietet dadurch die erforderlichen Funktionalitäten zur Eingabe und Verwaltung der Grunddaten, wie beispielsweise Daten zu den Solartrackern ST, Daten zu den verwendeten Typen der Wechselrichter oder Daten zu dem Gelände G und gegebenenfalls weitere Daten.
  • Der Geländedateninputdialog ermöglicht die Definition von Gelände- und Sperrflächenumrissen für das Gelände G.
  • Ein weiteres Menü kann Funktionalitäten zur Geländedaten- und Komponentenauswahl sowie zur Parametereingabe aufweisen. Außerdem werden beispielsweise Informationen, etwa zu den Ergebnissen einer physikalischen oder schaltungstechnischen Prüfung der Solarzellentischanordnung, dargestellt.
  • Beispielsweise wird nach Anklicken eines Buttons ein Optimierungslauf gestartet und eine Optimierungsseite wird geöffnet. Es erscheint eine Kurzinformation zum aktuell von dem Optimierungsmodul bearbeiteten Optimierungsauftrag sowie eine Statusanzeige, die über den Programmfortschritt Auskunft gibt.
  • Nach Beendigung des Optimierungslaufs erscheint eine Kurzzusammenfassung der Ergebnisse. Durch Anklicken eines weiteren Buttons werden die Ergebnisse im Detail aufbereitet. Nach Beendigung der Ergebnisaufbereitung öffnet sich die Reportseite. Die Optimierungsergebnisse können in Form einer Graphik mit Interaktions- und Zoomfunktion oder als Ergebnis- oder Datenlisten angezeigt werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die vorstehend dargestellten Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3301046 C1 [0006]
    • DE 20314665 U1 [0007]

Claims (14)

  1. Verfahren zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV), welches Kraftwerkskomponenten, insbesondere Solartracker (ST), aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen (S1) von Konfigurationsdaten, welche das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk (PV) und dessen Kraftwerkskomponenten spezifizieren, und von Konfigurationsregeln, welche für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk (PV) vorgegeben werden, sowie von Konfigurationsparametern, welche die Konfigurationsregeln konkretisieren; und – Optimieren (S2) einer möglichen Verortung von Kraftwerkskomponenten in einer Anlagenlayoutmatrix (ALM), welche ein für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk (PV) vorgesehenes Gelände (G) abbildet, anhand der bereitgestellten Konfigurationsdaten und der konkretisierten Konfigurationsregeln zu einer Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Solartracker (ST) als die Kraftwerkskomponenten bei der Verortung der Kraftwerkskomponenten derart verortet werden, dass eine Einteilung der Solartracker (ST) in eine Mehrzahl von Inverter-Gruppen (IG) vorgenommen wird, welche jeweils einen Standardblock (B) ausbilden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Standardblöcke (B) als rechteckige Standardblöcke (B) ausgebildet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Standardblöcke (B) als unterschiedliche Typen von Standardblöcken (B) ausgebildet werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei zu der Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV) als eine Zielfunktion eine Maximierung der Inverter-Gruppen (IG) verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei bei der Maximierung der Anzahl an Inverter-Gruppen (IG) die unterschiedlichen Typen von Standardblöcken (B) mit unterschiedlichen Gewichtungen in die verwendete Zielfunktion eingehen.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens zwei Anlagenlayoutmatrizen zum Optimieren der möglichen Verortung von Kraftwerkskomponenten verwendet werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei bei dem Optimieren (S2) der möglichen Verortung der Kraftwerkskomponenten ein Maximieren der Anzahl an Solartrackern (ST) des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV) vorgenommen wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV) eine Prüfung der Kompatibilität der für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk (PV) vorgesehenen Kraftwerkskomponenten zueinander umfasst.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei als die Konfigurationsdaten Daten zu einer Lage und/oder zu einem Umriss eines für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk (PV) vorgesehenen Geländes (G) bereitgestellt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zur Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV) ein Optimierungsmodul mit mehreren Algorithmen verwendet wird, welches mehrere Berechnungsverfahren benutzt, die zur Projektierung und zur Einrichtung des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV) verwendet werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei zur Durchführung des Verfahrens ein Benutzeroberflächenmodul (BO) verwendet wird, welches als graphische Benutzeroberfläche ausgelegt ist und/oder Funktionalitäten zur Dateneingabe und/oder zur Datenverwaltung und/oder zur Datenausgabe aufweist und/oder zum Aufruf des Optimierungsmoduls und/oder zur Ergebnisdarstellung ausgelegt ist.
  13. Vorrichtung (VO) zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV), welches Kraftwerkskomponenten, insbesondere Solartracker (ST) aufweist, wobei die Vorrichtung (VO) ein Optimierungsmodul (OM) aufweist, welches dazu ausgelegt ist, – das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk (PV) und Kraftwerkskomponenten spezifizierende Konfigurationsdaten, für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk (PV) vorgegebene Konfigurationsregeln und die Konfigurationsregeln konkretisierende Konfigurationsparameter bereitzustellen; und – eine mögliche Verortung von Kraftwerkskomponenten in einer Anlagenlayoutmatrix (ALM), welche ein für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk (PV) vorgesehenes Gelände (G) abbildet, anhand der bereitgestellten Konfigurationsdaten und der konkretisierten Konfigurationsregeln zur Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV) zu optimieren.
  14. Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–12.
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