EP2828776A1 - 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

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Publication number
EP2828776A1
EP2828776A1 EP13719280.3A EP13719280A EP2828776A1 EP 2828776 A1 EP2828776 A1 EP 2828776A1 EP 13719280 A EP13719280 A EP 13719280A EP 2828776 A1 EP2828776 A1 EP 2828776A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power plant
photovoltaic
layout
plant
photovoltaic open
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13719280.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rafael Fink
Marina TVOROGOVA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2828776A1 publication Critical patent/EP2828776A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/39—Circuit design at the physical level
    • G06F30/398—Design verification or optimisation, e.g. using design rule check [DRC], layout versus schematics [LVS] or finite element methods [FEM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/12—Geometric CAD characterised by design entry means specially adapted for CAD, e.g. graphical user interfaces [GUI] specially adapted for CAD
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for creating a system layout of a photovoltaic open-space power plant, the power plant components, in particular solar tracker has.
  • the nach nowadaysden devices are normally rotatable about a vertical axis, wherein the required tilting about a horizontal axis by at least one guide member is inevitably achieved with the rotation about the vertical axis.
  • the guide member of the tracking devices described therein connects the tracking part with a fixed support point.
  • DE 203 14 665 U1 describes an arrangement for the areal coverage of terrain elevations, such as bulk material or overburden, sound protection ramparts or flood embankments or other open spaces with an at least partially inclined and / or curved surface, wherein a supporting structure is provided for receiving cover elements, which is equipped with at least one cover, which are arranged at a distance from the surface of the terrain survey and cover the surface of the terrain survey at least partially.
  • terrain elevations such as bulk material or overburden, sound protection ramparts or flood embankments or other open spaces with an at least partially inclined and / or curved surface
  • cover elements which is equipped with at least one cover, which are arranged at a distance from the surface of the terrain survey and cover the surface of the terrain survey at least partially.
  • This object is achieved by a method having the features specified in claim 1 and by a device having the features according to claim 13.
  • the invention relates to a method for creating a system layout of a photovoltaic open-space power plant, which has power plant components, in particular solar trackers, with the following method steps:
  • configuration data specifying the photovoltaic ground-mounted power plant and its power plant components, and configuration rules imposed on the photovoltaic ground-mounted power plant, and configuration parameters concretizing the configuration rules.
  • optimization of a possible location of power plant components in a plant layout matrix which maps a terrain provided for the photovoltaic open-area power plant PV, based on the provided configuration data and the specified configuration rules to create the plant layout of the photovoltaic open-space power plant.
  • the present invention provides a device for creating a plant layout of a photovoltaic open-space power plant which has power plant components, in particular a solar tracker, the device having an optimization module.
  • the device is designed to provide configuration data specifying the photovoltaic open-space power plant and power plant components, configuration rules specified for the photovoltaic open-space power plant, and configuration parameters that concretize the configuration rules. Furthermore, the device is designed to optimize a possible location of power plant components in a plant layout matrix which maps a terrain provided for the photovoltaic open-area power plant P on the basis of the provided configuration data and the specified configuration rules for the creation of the plant layout of the photovoltaic open-area power plant ,
  • An idea underlying the invention is to provide a planning software that enables an automatic plant layout calculation, inter alia, in the optimization of the interconnection of power plant components and in the optimization of the layout of photovoltaic open space power plants with solar trackers.
  • the technical challenge lies in the correct modeling of the partial problems of a task to be solved and in the speed with which such solutions can be calculated automatically on a computer.
  • a short calculation period is an essential factor.
  • the method according to the invention also calculates an optimized layout for large systems within a few minutes and makes it possible to significantly reduce the engineering time in comparison to the manual planning that has been carried out so far.
  • a graphical user interface provides all user-friendly functionalities required for plant design of the photovoltaic open-area power plant, including data entry, optimization core, visualizing the solution and exporting the results for further processing in computer aided design or costing tools.
  • the complete optimization problem of the method according to the invention has a high complexity and is therefore solved by a hierarchical approach, that is to say a decomposition of the task into subunits. Even the individual problems resulting from the decomposition are sometimes difficult to solve and require the provision of specialized and complex calculation methods.
  • the task of the method according to the invention comprises an optimizer, which is designed as a plurality of technical algorithms, which are used to solve the overall problem.
  • Configuration rules are, on the one hand, physical constraints that must be adhered to and, on the other, rules that have been defined by experts with a view to standardizing plant layouts or facilitating the plant design of the photovoltaic ground-mounted power plant and the service.
  • the configuration rules are specified.
  • the configuration data specifies the planned photovoltaic open-space power plant and the power plant components of the photovoltaic open-space power plant.
  • a plant layout is to be created, that is a placement of the solar tracker with the photovoltaic modules, a location of service and cable routes between the solar trackers, a placement of inverters and an assignment of the solar tracker to so-called inverter groups.
  • a suitable, optimized system layout is automatically calculated taking into account the configuration rules in a short time, that is within a few minutes.
  • Objectives can be, for example, the best possible use of the available space or the creation of the best possible conditions for a simple, efficient and cost-effective wiring of the power plant components of the photovoltaic open-space power plant.
  • the optimization task lies in the calculation of a system layout of the photovoltaic open-area power plant optimized in terms of rated output, efficiency and costs, taking into account the configuration rules, in a short time, that is within a few minutes.
  • the solar trackers are localized as the power plant components in the location of the power plant components such that a division of the solar tracker into a plurality of inverter groups is carried out, which each form a standard block.
  • the standard blocks are formed as rectangular standard blocks. This allows an advantageous planning of the cable and service routes.
  • the standard blocks are formed as different types of standard blocks.
  • the inverter groups can thus be advantageously provided a wiring of the power plant components, which is as simple, efficient and inexpensive.
  • a maximization of the inverter groups is used as an objective function for the creation of the plant layout of the photovoltaic open-area power plant.
  • the different types of standard blocks with different weightings enter into the target function used. This results in advantageous configurations of the photovoltaic open-space power plant with improved solutions to solve the system layout and interconnection problems of the photovoltaic open space power plant. Based on the calculated location, the solar tracker inverter groups can be assigned.
  • At least two system layout matrices are used to optimize the possible location of power plant components.
  • the creation of the plant layout of the photovoltaic open-space power plant comprises an examination of the compatibility of the power plant components provided for the photovoltaic open-area power plant with one another. As a result, the reliability of the photovoltaic open space power plant can be increased.
  • an optimization module with several algorithms is used to create the plant layout of the photovoltaic open-area power plant, which uses several calculation methods that are used for projecting and setting up the photovoltaic open-area power plant.
  • calculated layouts can advantageously be successively improved with regard to their quality.
  • a user interface module is used to carry out the method, which is designed as a graphical user interface and / or functionalities for data input and / or data management and / or data output and / or to call the Optimization module and / or results display is laid. This enables secure and easy data communication between the user and the planning software.
  • FIG. 1 is a representation of a flowchart of a possible embodiment of the method according to the invention for creating a plant layout of a photovoltaic open-space power plant;
  • FIG. 2 is an illustration of a map view of a terrain to be planned for a photovoltaic open-space power plant according to a possible embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows an illustration of a solar tracker of a photovoltaic open-space power plant according to a possible embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 4 is an illustration of a side profile of a solar tracker of a photovoltaic
  • FIG. 5 shows an illustration of an inverter group of a photovoltaic open-space power plant according to a possible embodiment of the device according to the invention
  • FIGS. 6-8 each show a representation of possible plant layouts which, according to a possible embodiment of the device according to the invention, result from different specifications with respect to the arrangement of the solar trackers in the inverter groups;
  • FIG. 9 is an illustration of a tracker-grid according to a possible embodiment of the inventive method for creating a configuration of a photovoltaic open-space power plant with solar trackers, which are arranged in standard blocks; 10 shows an illustration of a flow chart of a possible embodiment of the method according to the invention for creating a plant layout of a photovoltaic open-space power plant; 11 is an illustration of a plant layout matrix in FIG.
  • Shape of a terrain tracker martix to the tracker path grid shown in FIG. 9 according to a possible embodiment of the inventive method. driving to create a configuration of a photovoltaic open space power plant with solar trackers;
  • FIG. 12 shows a representation of different types of standard blocks according to a possible embodiment of the method according to the invention for creating a configuration of a photovoltaic open-space power plant with solar trackers;
  • FIGS. 13-15 are each an illustration of a system layout matrix according to a possible embodiment of the method according to the invention for creating a configuration of a photovoltaic open-space power plant with solar trackers;
  • FIG. 16 shows an illustration of a user interface module for data input according to a possible embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a representation of a flowchart of a possible embodiment of the inventive method for creating a plant layout of a photovoltaic open-space power plant.
  • a first step of the method provision is made of configuration data specifying the photovoltaic free-field power plant PV and its power plant components, configuration rules prescribed for the photovoltaic open-space power plant PV, and configuration parameters concretizing the configuration rules.
  • Power plant components include, for example, solar trackers, inverters, photovoltaic modules, solar cell strings, solar cells lentic, cables for connection, junction boxes, junction boxes or inverter containers or other electrical module components.
  • initialization and subsequent optimization S2 on the basis of the configuration data provided and the concretized configuration rules for creating the plant layout of the photovoltaic open-area power plant PV for Anlagenlayouteigen- create both the number of components required
  • Photovoltaic open-space power plant PV as well as their positioning.
  • the data provided also include, for example, circuit-related secondary conditions or other standard conditions or safety guidelines of the photovoltaic open-space power plant PV.
  • circuit engineering constraints for example, placement constraints or constraints on electrical variables of power plant components such as maximum electrical currents or electrical voltages are provided.
  • Configuration data specify, for example, the plant to be planned or the plant layout of the photovoltaic open-space power plant PV.
  • a configuration parameter of eight solar trackers ST per inverter group IG specifies the configuration rules with regard to interconnecting the solar tracker ST to an inverter group IG.
  • FIG. 2 shows an illustration of a map view of a terrain to be planned for a photovoltaic open-space power plant according to a possible embodiment of the method according to the invention.
  • a photovoltaic open-area power plant P is planned or set up on a plant surface AF, the configuration of the photovoltaic open-field power plant PV according to rated power and / or after Cost and / or efficiency is optimized.
  • the area G to be planned is shown in the illustrated orientation.
  • the west-east orientation, W-O is given by the x-coordinate, the north-south orientation, N-S, by the y-coordinate.
  • FIG. 3 shows a representation of a solar tracker of a photovoltaic open-space power plant according to a possible embodiment of the device according to the invention.
  • photovoltaic modules of a photovoltaic open-space power plant PV are connected in series to so-called strings, which in turn are connected in parallel to inputs of inverters of the photovoltaic open-space power plant PV.
  • the number of photovoltaic modules in a string depends on the specifications of the inverters.
  • the specification data of the inverters are provided as data for the power plant components of the photovoltaic open-space power plant PV.
  • a solar tracker ST the photovoltaic modules connected to strings are mounted on a tracker frame.
  • the solar trackers ST are tracking systems that track the position of the sun, in which, for example, the carrier system, the mounted photovoltaic modules, the controller or similar components are integrated with one another.
  • a Trackergestell the solar tracker ST includes a plurality of parallel, running in north-south direction segments SG. there all segments SG of the solar tracker ST are coupled together via a push rod driven by a motor M and running centrally in a west-east direction, which makes it possible to adapt the module orientation to the position of the sun from east to west.
  • FIG. 4 shows a representation of a side profile of a solar tracker of a photovoltaic open-space power plant according to a possible embodiment of the method according to the invention.
  • a solar tracker ST comprises a wing or Wing T, on which the photovoltaic modules are mounted and a foundation F, with which the solar tracker ST is anchored in the ground.
  • a motor M is mounted between the foundation F and the wing T at the height HST and can rotate the wing T via a push rod SC, for example over an angular range of +/- 45 °.
  • the push rod SC runs in the middle of the segments SG in the west-east direction, thus dividing each segment SG into a northern and a southern wing T.
  • Specifying the tracker design of the solar tracker ST by the user includes, for example, selecting a variety of design and configuration parameters of the solar tracker ST, such as selecting the type of module used, determining the number of photovoltaic modules per wing T, including their mounting on the frame, the From- between a north and a south wing T of a segment SG, the distances between the segments SG in west-east direction, the number of segments SG in the solar tracker ST and the wiring of the equipment within the solar tracker ST, such as the interconnection of Strings or interconnection of junction boxes or inverters.
  • the tracker design of the solar tracker ST results in the expansions of the rectangular outline of the solar tracker ST.
  • the user When configuring the tracker design of the solar tracker ST, the user must pay attention to the electrical compatibility of the equipment used as well as restrictions on the dimensions of the solar tracker ST in west-east and north-south directions, for example due to permissible wind loads.
  • FIG. 5 shows an illustration of an inverter group of a photovoltaic open-space power plant according to a possible embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 5 illustrates an inverter group IG with eight solar trackers ST, which is designated as standard block B due to its rectangular arrangement.
  • an inverter container WC1 is shown.
  • FIG. 5 also shows the cable routing within the inverter group IG. It is indicated how the cables are led by the solar trackers ST to the inverter container WC1.
  • a cable and service path Wl In the middle of the photovoltaic open-space power plant PV runs in the north-south direction, a cable and service path Wl.
  • An inverter of the photovoltaic open-space power plant PV has, for example, several DC inputs, to which several strings connected in parallel are connected.
  • the number of strings to be connected to an inverter input results from the module data of the photovoltaic module, from the data of the inverter and the configuration parameters and is within a predefined corridor flexible. This must be taken into account when determining the tracker design of the solar tracker ST.
  • Each inverter is assigned a user-defined number of solar trackers ST, which form a so-called inverter group IG.
  • the number of solar trackers ST in an inverter group IG is determined in each case by the fact that the resulting current, which is conducted to the inverter of the inverter group IG, is compatible with its electrical specification and optimally utilizes the inverter capacities.
  • the number of segments SG per solar tracker ST within an inverter group IG can vary in order to optimally utilize the capacity of the inverter.
  • the inverter container should always be close to the
  • Focus of the inverter group IG are positioned. Therefore, a certain number of segments SG may also be eliminated from a solar tracker ST, so that the inverter container WC1 of the inverter group IG can be provided on the space gained thereby.
  • FIGS. 6, 7 and 8 each show a representation of possible plant layouts which, according to a possible embodiment of the device according to the invention, result from different specifications with respect to the arrangement of the solar trackers in the inverter groups.
  • FIGS. 6 and 7 show, for a given installation surface AF, the system layouts generated with the software tool for the use cases “standard blocks” and “arbitrary inverter groups” including the associated cabling.
  • standard blocks a very regular layout results with the best possible and / or most favorable possible cabling, however, the area utilization is not optimal, whereas in the case of the application "any inverter groups” it is possible to make better use of the available installation area AF, but at the expense of a not very regular and therefore in terms of wiring and service much more complex system layouts.
  • FIG. 9 shows a representation of a tracker-grid according to a possible embodiment of the method according to the invention for creating a configuration of a photovoltaic open-space power plant with solar trackers arranged in standard blocks.
  • FIG. 9 illustrates a determination of the origin point of a rigid tracker grating Eq.
  • each grid cell is just so large that the user-defined solar tracker with maximum expansion finds room in it.
  • the task of this sub-step is therefore to position the origin of the tracker grid Gl in such a way that, in the subsequent sub-step, one finds the best possible conditions for optimally grouping the potential solar tracker locations into standard blocks B.
  • this sub-step it is expedient for this sub-step to use a heuristic method, with which one can achieve a good intermediate result in the shortest possible time,
  • U is the minimum x-coordinate of the terrain boundary of the plant surface AF and v is the minimum y-coordinate of the terrain boundary of the plant surface AF.
  • the extension of a grid cell in the x or y direction is denoted by 1 and h.
  • the x-coordinate of the grid origin a is then at any position within the interval [u; u + 1 [and the y-coordinate b in the interval [v; v + h [.
  • One way of determining the coordinates of the grid origin is to initialize a and b randomly within the respective intervals, and then attempt a position enhancement as part of a local search. In this case, for example, it is first possible to check in the x-direction how far the x-coordinate a can be shifted to the left or to the right, without this causing one of the grid cells, which were completely inside the terrain G during the initialization, to exceed the area boundary.
  • FIG. 10 shows an illustration of a flow chart of a possible embodiment of the method according to the invention for creating a plant layout of a photovoltaic open-space power plant. Since, for reasons of complexity, the overall problem can not be solved efficiently with a global method, ie all restrictions and target criteria simultaneously, it is necessary to decompile the problem into subproblems, to hierarchize them and to solve them in order for each specific application case.
  • FIG. 11 shows an illustration of a system layout matrix in the form of a terrain tracker Martix GTM for the tracker path grid shown in FIG. 9 according to a possible embodiment of the method according to the invention for creating a configuration of a photovoltaic open space power plant with solar trackers.
  • a terrain tracker matrix GTM is first derived from the tracker path grid G M as a plant layout matrix ALM and, in turn, a standard block alternative matrix SAM as a plant layout matrix ALM.
  • the Standard Block Alternate Matrix SAM is used to identify tracker grouping conflicts that can be used to solve the subproblem of partitioning the potential solar tracker sites into standard blocks as part of binary linear programming.
  • each grid cell completely delimited by the tracker grid Gl is assigned a matrix element which contains the value 0 if the grid cell is not completely located in the available site area AF. and the value 1 if the grid cell corresponds to a potential solar tracker location.
  • the terrain tracker matrix GTM shown in FIG. 11 thus results.
  • the default block types are still required.
  • the following three rectangular standard block types are defined, each having twelve solar trackers ST.
  • FIG. 12 shows a representation of different types of standard blocks according to a possible embodiment of the method according to the invention for creating a configuration of a photovoltaic open-space power plant with solar trackers.
  • FIGS. 13 to 15 each show an illustration of a system layout matrix ALM according to a possible embodiment of the method according to the invention for creating a configuration of a photovoltaic open-space power plant with solar trackers.
  • FIG. 13 shows a test which is now carried out for all 1-elements of the terrain tracker matrix GTM and all standard block types, and at the location of the 1-elements in the terrain tracker matrix GTM all letters become the standard block Types noted, the left, upper tracker can be placed there, so that the standard block is completely off-road. In this way, the standard block alternative matrix SAM is generated.
  • FIG. 14 shows a standard block alternative matrix SAM generated in this way, the individual matrix elements enumerating the respectively placeable standard block types.
  • the standard block alternative matrix SAM shown in FIG. 14 is obtained.
  • Figure 15 shows the case that some 1-elements can also serve as left upper corner of several standard block types. In this case, several letters are simply noted at the appropriate place in the standard block alternatives matrix.
  • Two grouping alternatives form a solar tracker grouping conflict if the sub-matrices belonging to the grouping alternatives are not non-overlapping in the terrain tracker matrix Gl.
  • the set of all pairs of grouping alternatives (X, Y) that form a tracker grouping conflict for a standard block alternate matrix is hereafter referred to as K.
  • the calculation of the quantity K forms the conclusion of the preprocessing for the solution of the partial problem in step S12.
  • the set K of all solar tracker grouping conflicts determined in preprocessing is used to model the partial problem of grouping the potential solar tracker locations into standard blocks B.
  • the modeling is done by means of a binary linear program, a special case of mixed-integer linear programming.
  • the central component of the binary linear program is formed by the binary variables x, which indicate for each grouping alternative i whether they are used in the plant layout, then Xi assumes the value 1 or not, then Xi assumes the value 0.
  • the method may use the number n of grouping alternatives and the weighting factors Wj which, for each standard block type j, determine a weight which can be used to prioritize the choice of certain standard block types over other standard block types.
  • the model still uses the identifier t (i), which identifies the associated standard block type for a grouping alternative i.
  • identifier t (i) identifies the associated standard block type for a grouping alternative i.
  • the solar trackers ST are completely positioned in the available area or the system area AF. This is ensured by the calculation of the terrain tracker matrix GTM.
  • a restriction-free grouping of the potential solar tracker locations in standard blocks B is to be provided as a restriction. This is achieved by allowing the sum of the binary variables of two solar tracker grouping alternatives that have a solar tracker grouping conflict to be at most 1. This means that at most one of these two alternatives can be selected.
  • the objective function can be to maximize the weighted sum of the selected grouping alternatives of standard block types.
  • a positioning of the solar tracker ST and / or a grouping of the solar tracker ST in standard blocks B can be output.
  • FIG. 16 shows an illustration of a user interface module for data input according to a possible embodiment of the device according to the invention.
  • a device VO for creating a plant layout of a photovoltaic open-space power plant PV comprises an optimization module OM and a user interface module BO.
  • dialog windows or dialog boxes or dialog boxes are defined and displayed as dialog windows or dialog boxes or dialog boxes.
  • the user interface module BO comprises a plurality of dialog windows, which are of a formular design and are provided for inputting data.
  • Standard widgets such as DAF1 DAF3 data display boxes and checkboxes are used for this purpose.
  • the user interface module BO also has data input fields DEF1-DEF2 and thereby provides the necessary functionalities for inputting and managing the basic data, such as data about the solar trackers ST, data on the types of inverters used or data on the terrain G and possibly further data.
  • the terrain data input dialog allows the definition of terrain and lockout outlines for the terrain G.
  • Another menu may include features for terrain data and component selection as well as parameter input.
  • an optimization run is started and an optimization page is opened.
  • a brief information on the optimization job currently being processed by the optimization module appears as well as a status display, which provides information about the progress of the program.
  • the optimization results can be displayed in the form of a graphic with interaction and zoom functions or as result or data lists.

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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

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern
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 Photo- voltaik-Anlagen wird bei herkömmlichen Entwicklungsverfahren für jede Anlage individuell mit Hilfe einer Tabellenkalkula- tions-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 anzu- passen, 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 Ausschreibungs- dauer 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 de- ren 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 Cl 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 Ul beschreibt eine Anordnung zur flächigen Abdeckung von Geländeerhebungen, wie Schüttgut- oder Abraum- halden, 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 Maß- gäbe 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 An- lagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks , welches Kraftwerkskomponenten, insbesondere Solartracker, auf- weist, mit folgenden Verfahrensschritten :
Bereitstellen von Konfigurationsdaten, welche das Photovol- taik-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 Anlagenlayout- matrix, 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 Vor- richtung 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 Ver Ortung von Kraftwerkskomponenten in einer Anlagenlayoutmat- rix, welche ein für das Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk P vorgesehenes Gelände abbildet, anhand der bereitgestellten Konfigurationsdaten und der konkretisierten Konfigurationsre geln zur Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik- Freiflächenkraftwerks zu optimieren.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee liegt darin, eine Planungssoftware bereitzustellen, die eine automatische Anla genlayoutberechnung 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 sol- che Lösungen automatisiert auf einem Computer berechnet wer- den 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 Optimierungs- kern, die Visualisierung der Lösung und der Export der Ergebnisse zur Weiterverarbeitung in rechnerunterstützten Entwurfoder Kostenkalkulations-Tools .
Das vollständige Optimierungsproblem des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine hohe Komplexität auf und wird daher durch einen hierarchischen Ansatz gelöst, das heißt eine De- komposition 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 Nebenbedin- gungen, die eingehalten werden müssen, und zum anderen Regeln, die im Hinblick auf eine Standardisierung der Anlagenlayouts oder zur Erleichterung des Anlagenaufbaus des Photo- voltaik-Freiflächenkraftwerks nd 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 Photo- voltaik-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 - soge- nannte 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 So- lartracker 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 Anla- genlayoutmatrizen zum Optimieren der möglichen Verortung von Kraftwerkskomponenten verwendet werden.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei dem Optimieren der möglichen Verortung der Kraftwerkskomponenten ein Maxi- mieren 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 aus- gelegt 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:
Fig. 1 eine Darstellung eines Ablaufdiagramms einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks ;
Fig. 2 eine Darstellung einer Kartenansicht eines für ein Photovoltaik-Freiflächenkraftwerk zu beplanenden Geländes gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 3 eine Darstellung eines Solartrackers eines Photo- voltaik-Freiflächenkraftwerks gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 eine Darstellung eines Seitenprofils eines Solartrackers eines Photovoltaik-
Freiflächenkraftwerks gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 5 eine Darstellung einer Inverter-Gruppe eines Pho- tovoltaik-Freiflächenkraftwerks gemäß einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 6-8 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 ;
Fig. 9 eine Darstellung eines Tracker-Wege-Gitters gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern, die in Standardblöcken angeordnet sind; Fig. 10 eine Darstellung eines Ablaufdiagramms einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks ; Fig. 11 eine Darstellung einer Anlagenlayoutmatrix in
Form einer Gelände-Tracker-Martix zu dem in Figur 9 gezeigten Tracker-Wege-Gitter gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern;
Fig. 12 eine Darstellung verschiedener Typen von Standardblöcken gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik- Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern;
Fig. 13-15 jeweils eine Darstellung einer Anlagenlayoutmat- rix gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovoltaik- Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern; und
Fig. 16 eine Darstellung eines Benutzeroberflächenmoduls zur Dateneingabe gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszei gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Verfahrens schritte, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Die Figur 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 Sl 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 , Solarzel- lentische, 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 Anlagenlayouteigen- schaffen 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 Kraftwerks- komponenten wie elektrische Maximal-Stromstärken oder elektrische Spannungen vorgesehen.
Beispielsweise können durch eine Festlegung von konkreten Werten für die Konfigurationsparameter die Konfigurationsre- geln 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 Figur 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 P auf einer Anlagenfläche AF geplant oder aufgestellt, wobei die Konfigurati- on 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 Ausrich- tung dargestellt. Die West-Ost-Ausrichtung, W-O, ist durch die x-Koordinate gegeben, die Nord-Süd-Ausrichtung, N-S, durch die y-Koordinate .
Die Figur 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 aktu- eilen 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 Figur 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 Ab- stand 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 Solartra- ckers 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 Figur 5 zeigt eine Darstellung einer Inverter-Gruppe eines Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Figur 5 veranschaulicht eine Inverter-Gruppe IG mit acht Solartrackern ST, die aufgrund ihrer rechteckigen Anordnung als Standardblock B bezeichnet wird. Im Zentrum der Figur 5 ist ein Wechselrichter-Container WC1 dargestellt. Die Figur 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 Wl .
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 Photovoltaikmo- duls, 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 Figuren 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 Figuren 6 und 7 zeigen für eine gegebene Anlagenfläche AF die mit dem Software-Tool erzeugten Anlagenlayouts für die Anwendungsfälle „Standardblöcke" und „Beliebige In- verter-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 Ver- kabelung, 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 Figur 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 Anwen- dungsfälle „Standardblöcke" und „Beliebige Inverter-Gruppen" aufweist. Das Resultat ist in Figur 8 zu sehen.
Die Figur 9 zeigt eine Darstellung eines Tracker-Wege-Gitters gemäß einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen einer Konfiguration eines Photovol- taik-Freiflächenkraftwerks mit Solartrackern, die in Standardblöcken angeordnet sind. Die Figur 9 veranschaulicht eine Festlegung des Ursprungpunktes eines starren Tracker-Wege-Gitters Gl .
Da beim Anwendungsfall „Unterschiedliche Standardblöcke" so- wohl 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 Gl anzuordnen.
Die Wegeabstände innerhalb des Tracker-Wege-Gitters Gl 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 Gl 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 Gl 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 Gl 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 Vor- aussetzungen 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 1 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+1 [ 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 Figur 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" bie- tet sich eine Unterteilung in die folgenden Teilschritte an:
In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt ein
Festlegen Sil des Ursprungpunktes eines starren Tracker-Wege- Gitters Gl.
In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Einteilen S12 der in dem Tracker-Wege-Gitter Gl 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 Figur 10 gezeigte Ablaufdiagramm . Die Figur 11 zeigt eine Darstellung einer Anlagenlayoutmatrix in Form einer Gelände-Tracker-Martix GTM zu dem in Figur 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 Gl 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 li- nearen Programmierung gelöst werden kann.
Zur Erstellung der Gelände-Tracker-Matrix GTM wird jeder vollständig durch das Tracker-Wege-Gitter Gl begrenzten Gitterzelle ein Matrix-Element zugewiesen, das den Wert 0 ent- hält, 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 Figur 9 ergibt sich so die in Figur 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 Figur 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 Gl aus der Figur 11 ist es beispielsweise möglich, das 1-Element in der dritten Zeile und der zweiten Spalte als linkes, oberes Element des Stan- dardblock-Typen MB umfassend eine 4 x 3 Anordnung der Standardblöcke B zu nutzen, wie in Figur 12 dargestellt.
Ferner ist der Standardblock-Typen MA umfassend eine 2 x 6 Anordnung der Standardblöcke B und der Standardblock-Typen MC umfassend eine 3 x 4 Anordnung der Standardblöcke B dargestellt. Die Figuren 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 Solartra- ckern.
Die Figur 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 Figur 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 Figur 13 erhält man die in Figur 14 dargestellte Standardblock-Alternativen-Matrix SAM.
Die Figur 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 Gl 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 Teilprob- lems 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- ariablen 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 nächst- günstigste 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 Gleich- gewichtung 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 Stan- dardblock-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 Gl 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 Figur 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 o- der 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 Datenanzeigefeider 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.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Erstellen eines Anlagenlayouts eines Photo voltaik-Freiflächenkraftwerks (PV) , welches Kraftwerkskomponenten, insbesondere Solartracker (ST) , aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten:
- Bereitstellen (Sl) 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 konkretisier ten Konfigurationsregeln zu einer Erstellung des Anlagenlayouts des Photovoltaik-Freiflächenkraftwerks (PV) .
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.
Verfahren nach Anspruch 2,
wobei die Standardblöcke (B) rechteckige Standardblö cke (B) ausgebildet werden.
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 Photovol- taik-Freiflächenkraftwerks (PV) als eine Zielfunktion ei- ne Maximierung der Inverter-Gruppen (IG) verwendet wird.
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.
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 Kompatibili- tät 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 .
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.
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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