DE102012211939A1

DE102012211939A1 - Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage und Photovoltaikanlage

Info

Publication number: DE102012211939A1
Application number: DE102012211939.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Haag; Thomas Schaupp; Joachim Sinner
Original assignee: Kaco New Energy GmbH
Current assignee: Kaco New Energy GmbH
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-01-09
Also published as: WO2014009354A1

Abstract

Ein Verfahren dient zum Betreiben einer Photovoltaikanlage (1), wobei die Photovoltaikanlage (1) mindestens ein Solarmodul (2) aufweist, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage (1) bestimmt. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Messen einer mittels der Photovoltaikanlage (1) in ein Netz (6) an einem Netzverknüpfungspunkt (7) eingespeisten Wirkleistung und Begrenzen der mittels der Photovoltaikanlage (1) in das Netz (6) an dem Netzverknüpfungspunkt (7) eingespeisten Wirkleistung auf einen vorgebbaren Anteil der installierten Leistung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage und eine Photovoltaikanlage.
Wechselrichter werden typisch mit einer vorgegebenen AC-Leistung bzw. in das Netz einspeisbaren Wirkleistung ausgeliefert.
Gesetzliche Vorgaben können erfordern, dass an einem Verknüpfungspunkt der Photovoltaikanlage mit dem Netz die maximale Wirkleistungseinspeisung auf einen vorgegebenen Prozentsatz, beispielsweise 70 Prozent, der installierten Leistung begrenzt wird. Damit soll vermieden werden, dass die Netze auf den unwahrscheinlichen Fall der maximal zur Verfügung stehenden Leistung ausgelegt werden müssen.
Die installierte Leistung wird in der Regel durch die Anzahl und den Typ der installierten Solarmodule bestimmt, wobei die Anzahl wiederum von der verfügbaren Fläche, beispielsweise auf einem Dach, abhängt.
Wenn beispielsweise Solarmodule mit einer maximalen Gesamtleistung bzw. installierten Leistung von 6,3 kW installiert sind, darf bei einer vorgeschriebenen Begrenzung auf 70 % ein Wechselrichter mit maximal 4,41 kW AC- bzw. Einspeiseleistung verwendet werden.
Handelsübliche Wechselrichter existieren jedoch typisch entweder mit einer AC-Leistung von 4,6 kW oder 4,2 kW. Da der Umrichter mit 4,6 kW aufgrund der gesetzlichen Norm nicht verwendet werden darf, muss der Umrichter mit 4,2 kW verwendet werden, so dass der grundsätzlich zur Verfügung stehende Leistungsbereich zwischen 4,2 kW und 4,41 kW ungenutzt bleibt. Dies bewirkt einen Effizienzverlust der Photovoltaikanlage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage und eine Photovoltaikanlage zur Verfügung zu stellen, die einen möglichst effizienten Betrieb ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage nach Anspruch 1 und eine Photovoltaikanlage nach Anspruch 4.
Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, deren Wortlaut hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird.
Das Verfahren dient zum Betreiben einer Photovoltaikanlage, wobei die Photovoltaikanlage mindestens ein Solarmodul aufweist, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt. Die installierte Leistung des Solarmoduls wird auch als Watt Peak oder kWp-Leistung bezeichnet.
Die Photovoltaikanlage kann derart ausgebildet sein, dass sie nicht an einem Einspeisemanagement eines Netzbetreibers teilnehmen kann, d.h. es kann auf Mittel verzichtet werden, die es ermöglichen, die einspeisbare Leistung von Seiten des Netzbetreibers vorzugeben.
Während des Betriebs der Photovoltaikanlage wird eine mittels der Photovoltaikanlage in ein Wechselspannungsnetz an einem Netzverknüpfungspunkt bzw. Netzeinspeisepunkt eingespeiste Leistung gemessen, indem beispielsweise ein Strom, eine Spannung und eine Phasenlage zwischen Strom und Spannung am Einspeisepunkt gemessen und geeignet verrechnet werden.
Die mittels der Photovoltaikanlage in das Wechselspannungsnetz an dem Netzverknüpfungspunkt eingespeiste Leistung wird auf einen vorgebbaren Anteil der installierten Leistung begrenzt.
Die Erfindung stellt zunächst sicher, dass bei einer entsprechenden gesetzlichen Vorgabe die Einspeiseleistung am Verknüpfungspunkt der Photovoltaikanlage, welche beispielsweise nicht durch den Energieversorger regelbar bzw. vorgebbar ist, auf den gesetzlich vorgegebenen Anteil der installierten Leistung (kWp-Leistung) begrenzt wird.
Die Erfindung berücksichtigt, dass sich die geforderte Begrenzung der Leistungseinspeisung auf den Netzverknüpfungspunkt bezieht, so dass der Betreiber der Photovoltaikanlage im Idealfall 100% der kWp-Leistung nutzen kann ohne gegen gesetzliche Vorgaben zu verstoßen, wenn während des Betriebs ein gewisser Leistungsanteil innerhalb der Anlage selbst, d.h. vor dem Netzverknüpfungspunkt, verbraucht wird.
Wenn der Eigenverbrauch so stark abnimmt, dass die eingespeiste Leistung die gesetzliche Vorgabe überschreiten würde, wird die eingespeiste bzw. erzeugte Leistung derart begrenzt, dass die gesetzlichen Vorgaben eingehalten werden.
Der vorgebbare Anteil der installierten Leistung kann 80% der installierten Leistung, bevorzugt 70% der installierten Leistung, betragen.
Die Photovoltaikanlage kann einen mit dem Solarmodul gekoppelten, steuerbaren Photovoltaik(PV)-Wechselrichter umfassen, dessen elektrische Ausgangsleistung mittels Vorgabe eines Ausgangsleistungs-Sollwerts einstellbar ist. Eine mittels der Photovoltaikanlage in das Netz an dem Netzverknüpfungspunkt eingespeiste Leistung kann auf den vorgebbaren Anteil der installierten Leistung dadurch begrenzt werden, dass der Ausgangsleistungs-Sollwert des PV-Wechselrichters in Abhängigkeit von der gemessenen Wirkleistung vorgegeben wird. Für den Fall, dass die erzeugbare Leistung größer als der vorgebbare Anteil der installierten Leistung ist und ein Eigenverbrauch nicht ausreicht, die eingespeiste Leistung auf den vorgebbaren Anteil zu begrenzen, kann der Ausgangsleistungs-Sollwert des PV-Wechselrichters so weit reduziert werden, dass die eingespeiste Leistung auf den vorgebbaren Anteil begrenzt wird.
Die Photovoltaikanlage kann zur Durchführung des oben genannten Verfahrens ausgebildet sein. Sie umfasst mindestens ein Solarmodul, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt, einen mit dem Solarmodul gekoppelten, steuerbaren Photovoltaik(PV)-Wechselrichter, dessen elektrische Ausgangsleistung mittels Vorgabe eines Ausgangsleistungs-Sollwerts einstellbar ist, eine Messeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine mittels der Photovoltaikanlage in ein Netz an einem Netzverknüpfungspunkt eingespeiste Leistung zu messen, und eine Steuereinrichtung, beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers oder eines Signalprozessors, die bzw. der dazu ausgebildet ist, den Ausgangsleistungs-Sollwert des PV-Wechselrichters derart vorzugeben, dass die mittels der Photovoltaikanlage in das Netz an dem Netzverknüpfungspunkt eingespeiste Leistung auf einen vorgebbaren Anteil der installierten Leistung begrenzt ist.
Die Photovoltaikanlage kann ein Photovoltaik-Netz aufweisen, beispielsweise in Form von elektrischen Leitungen, über das mittels der Photovoltaikanlage erzeugte elektrische Leistung übertragbar ist, wobei das Photovoltaik-Netz am Netzverknüpfungspunkt mit dem Netz gekoppelt ist. Weiter kann die Photovoltaikanlage mindestens einen elektrischen Verbraucher aufweisen, der mit dem Photovoltaik-Netz gekoppelt ist und der eventuell vorhandene, überschüssige Leistung, die am Netzverknüpfungspunkt nicht in das Netz einspeisbar ist, aufnimmt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschreiben. Hierbei zeigt schematisch:
1 eine Photovoltaikanlage mit einem Solarmodul, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage bestimmt.
1 zeigt schematisch eine Photovoltaikanlage 1 mit einem Solarmodul 2, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage 1 bestimmt.
Die Photovoltaikanlage 1 umfasst einen mit dem Solarmodul 2 gekoppelten, steuerbaren Photovoltaik(PV)-Wechselrichter 3, dessen elektrische Ausgangsleistung mittels Vorgabe eines Ausgangsleistungs-Sollwerts einstellbar bzw. begrenzbar ist.
Eine Messeinrichtung 4 der Photovoltaikanlage 1 dient dazu, eine mittels der Photovoltaikanlage 1 in ein Wechselspannungsnetz 6 an einem Netzverknüpfungspunkt 7 eingespeiste Wirkleistung zu messen. Die Messeinrichtung 4 kann geeignete Mittel zum Messen eines Stroms, einer Spannung und einer Phasenlage zwischen Strom und Spannung am Netzverknüpfungspunkt 7 aufweisen.
Eine Steuereinrichtung 5 der Photovoltaikanlage 1 dient dazu, den Ausgangsleistungs-Sollwert des PV-Wechselrichters 3 derart vorzugeben, dass die mittels der Photovoltaikanlage 1 in das Netz 6 an dem Netzverknüpfungspunkt 7 eingespeiste Wirkleistung unter allen Betriebsbedingungen auf einen vorgebbaren Anteil der installierten Leistung, beispielsweise 70% der installierten Leistung, begrenzt ist, um beispielsweise gesetzliche Vorgaben zu erfüllen.
Die Photovoltaikanlage 1 umfasst weiter ein Photovoltaik-Netz 8, über das mittels der Photovoltaikanlage 1 erzeugte elektrische Leistung übertragbar ist, wobei das Photovoltaik-Netz 8 am Netzverknüpfungspunkt 7 mit dem Netz 6 gekoppelt ist.
Ein elektrischer Verbraucher 9 ist mit dem Photovoltaik-Netz 8 gekoppelt, wobei der Verbraucher 9 mit elektrischer Leistung gespeist sein kann, die mittels des Solarmoduls 2 erzeugt wird.
Für den Fall hoher Sonneneinstrahlung kann die erzeugte Leistung der installierten Leistung entsprechen. Für diesen Fall muss sichergestellt sein, dass nicht mehr als der vorgegebene Leistungsanteil am Netzverknüpfungspunkt 7 in das Wechselspannungsnetz 6 eingespeist wird. Hierzu wird der Ausgangsleistungs-Sollwert des PV-Wechselrichters 3 in Abhängigkeit von der gemessenen Wirkleistung entsprechend vorgegeben.
Im Folgenden sei angenommen, dass der vorgebbare Anteil der installierten Leistung 70% der installierten Leistung beträgt.
Wenn nun beispielsweise das Solarmodul 2 seine maximale Leistung erzeugt, d.h. 100% der installierten Leistung, und der elektrische Verbraucher 9 keinerlei Leistung aufnimmt, ist es notwendig, den Ausgangsleistungs-Sollwert des PV-Wechselrichters 3 derart vorzugeben, dass der PV-Wechselrichter 3 die von ihm ausgegebene Leistung auf 70% der installierten Leistung begrenzt.
Wenn das Solarmodul 2 seine maximale Leistung erzeugt, d.h. 100% der installierten Leistung, und der elektrische Verbraucher 9 15% der installierten Leistung aufnimmt, ist es notwendig, den Ausgangsleistungs-Sollwert des PV-Wechselrichters 3 derart vorzugeben, dass der PV-Wechselrichter 3 die von ihm ausgegebene Leistung auf 85% der installierten Leistung begrenzt.
Wenn das Solarmodul 2 seine maximale Leistung erzeugt, d.h. 100% der installierten Leistung, und der elektrische Verbraucher 9 40% der installierten Leistung aufnimmt, kann der Ausgangsleistungs-Sollwert des PV-Wechselrichters 3 derart vorgegeben werden, dass der PV-Wechselrichter 3 im Wesentlichen die vom Solarmodul 2 erzeugte Leistung ausgibt.
Aufgrund der Erfindung ist es in Verbindung mit Eigenverbrauch möglich, bis zu 100% der installierten Leistung zu nutzen, selbst wenn aufgrund von gesetzlichen Vorgaben eine Begrenzung der maximal einspeisbaren Leistung auf einen vorgegebenen Anteil der installierten Leistung vorliegt. Aufgrund der Leistungsmessung in Verbindung mit einer eventuellen Leistungsreduktion ist stets sichergestellt, dass die maximal einspeisbare Leistung nicht überschritten wird.
Eine Strommessung kann über externe Stromwandler erfolgen. Als Stromwandler können Standard-Wandler verwendet werden, wie sie beispielsweise bei Zählermessungen verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Photovoltaikanlage (1), wobei die Photovoltaikanlage (1) mindestens ein Solarmodul (2) aufweist, das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage (1) bestimmt, mit den Schritten: – Messen einer mittels der Photovoltaikanlage (1) in ein Netz (6) an einem Netzverknüpfungspunkt (7) eingespeisten Wirkleistung und – Begrenzen der mittels der Photovoltaikanlage (1) in das Netz (6) an dem Netzverknüpfungspunkt (7) eingespeisten Wirkleistung auf einen vorgebbaren Anteil der installierten Leistung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der vorgebbare Anteil der installierten Leistung 80% der installierten Leistung, bevorzugt 70% der installierten Leistung, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Photovoltaikanlage (1) einen mit dem Solarmodul (3) gekoppelten, steuerbaren Photovoltaik(PV)-Wechselrichter (3) umfasst, dessen elektrische Ausgangsleistung mittels Vorgabe eines Ausgangsleistungs-Sollwerts einstellbar ist, – wobei die mittels der Photovoltaikanlage (1) in das Netz (6) an dem Netzverknüpfungspunkt (7) eingespeiste Wirkleistung auf den vorgebbaren Anteil der installierten Leistung dadurch begrenzt wird, dass der Ausgangsleistungs-Sollwert des PV-Wechselrichters (3) in Abhängigkeit von der gemessenen Wirkleistung vorgegeben wird.
Photovoltaikanlage (1), die bevorzugt zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist, aufweisend: – mindestens ein Solarmodul (2), das eine installierte Leistung der Photovoltaikanlage (1) bestimmt, – einen mit dem Solarmodul (2) gekoppelten, steuerbaren Photovoltaik(PV)-Wechselrichter (3), dessen elektrische Ausgangsleistung mittels Vorgabe eines Ausgangsleistungs-Sollwerts einstellbar ist, – eine Messeinrichtung (4), die dazu ausgebildet ist, eine mittels der Photovoltaikanlage (1) in ein Netz (6) an einem Netzverknüpfungspunkt (7) eingespeiste Wirkleistung zu messen, und – eine Steuereinrichtung (5), die dazu ausgebildet ist, den Ausgangsleistungs-Sollwert des PV-Wechselrichters (3) in Abhängigkeit von der gemessenen, eingespeisten Wirkleistung vorzugeben, dass die mittels der Photovoltaikanlage (1) in das Netz (6) an dem Netzverknüpfungspunkt (7) eingespeiste Wirkleistung auf einen vorgebbaren Anteil der installierten Leistung begrenzt ist.
Photovoltaikanlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch – ein Photovoltaik-Netz (8), über das mittels der Photovoltaikanlage (1) erzeugte elektrische Leistung übertragbar ist, wobei das Photovoltaik-Netz (8) am Netzverknüpfungspunkt (7) mit dem Netz (6) gekoppelt ist, und – mindestens einen elektrischen Verbraucher (9), der mit dem Photovoltaik-Netz (8) gekoppelt ist.