Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein Simulationsprogramm zur Auslegung netzgekoppelter Solaranlagen in MICROSOFT EXCEL entwickelt. Diese Software ermöglicht dem Anwender eine Solaranlage zur Netzeinspeisung auf stündlicher Basis zu simulieren. Hierdurch können die Systemparameter Ausrichtung, Solargenerator,
Wechselrichter und Verkabelung für einen vorgegebenen Standort optimiert werden. Es besteht die Möglichkeit, entweder die Modulanzahl, die Modulfläche oder die Abgabeleistung vorzugeben. Für die Auslegung stehen verschiedene Wechselrichter und Solargeneratoren zu Verfügung, wobei diese bearbeitet und erweitert werden können. Der Anwender kann aus bestehenden Standorten wählen oder neue Standorte aus METEONORM importieren. Bei Bedarf kann die Verschattung mittels eines Verschattungsdiagramms in Winkelrastern berücksichtigt werden. Die Ausgabe der Ergebnisse erfolgt in tabellarischer und graphischer Form.
In der Arbeit werden die Modelle, die zur Simulation benötigt werden, erklärt und bewertet. Hierzu zählen die Modelle zur Umrechnung von Einstrahlungswerten in die geneigte Fläche, die Berechnungsmodelle für Solarmodule und das Berechnungsmodell
für Wechselrichter. Es werden der prinzipielle Aufbau der Software sowie die Probleme in der Entwicklung beschrieben. Außerdem wird die Anwendung des Simulationsprogramms detailliert erklärt. Ein Vergleich der Simulationsergebnisse mit einem kommerziellen Programm schließt die Arbeit ab.
Für weiterführende Arbeiten bietet sich die Integration einer
Wirtschaftlichkeitsberechnung und die Übersetzung ins Englische an. Des weiteren könnte eine systemabhängige Verschattungsberechnung integriert werden und die Software für die Simulation von Inselanlagen erweitert werden.
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Simulationsmodelle netzgekoppelter Solaranlagen
2.1 Einstrahlungswert der Horizontalen und Lufttemperatur
2.2 Bestrahlungsstärke auf der geneigten Ebene
2.2.1 Direkte Strahlung auf der geneigten Ebene
2.2.2 Diffuse Strahlung auf der geneigten Ebene
2.2.3 Bodenreflexion
2.3 Berechnungsmodelle des Solarmoduls
2.3.1 Solarmodulmodell nach Sauer Dirk Uwe
2.3.1.1 Berechnung des MPP-Stromes IMPP
2.3.1.2 Berechnung des MPP-Spannung UMPP
2.3.1.3 Berechnung des MPP-Leistung PMPP
2.3.2 Möglichkeiten der Verschaltung von Modulen
2.3 Berechnungsmodelle des Wechselrichters
3. Umsetzung der Modelle auf die Exceloberfläche
3.1 Prinzipieller Aufbau von NetSol
3.2 Probleme bei der Realisierung von NetSol
3.3 Ablauf einer Simulation in NetSol
3.4 Nützliche Standardfunktionen in EXCEL
4 Programmbeschreibung von NetSol
4.1 Installation von NetSol
4.2 Programmstart von NetSol
4.3 Prinzipieller Aufbau von NetSol
4.4 Programmablauf von NetSol
5 Beurteilung der Simulationsergebnisse von NetSol
6 Literaturverzeichnis
7 Anhang
A Anhang zu Kapitel 2
Zielsetzung und Themen
Die Diplomarbeit hat zum Ziel, ein benutzerfreundliches und für Laien verständliches Simulationsprogramm in Microsoft Excel zu entwickeln, welches die Auslegung netzgekoppelter Photovoltaikanlagen auf stündlicher Basis ermöglicht und dabei einen offenen Quellcode zur individuellen Anpassung bietet.
- Entwicklung eines simulationsgestützten Auslegungstools in Microsoft Excel.
- Implementierung mathematischer Modelle für Einstrahlung, Solarmodule und Wechselrichter.
- Berücksichtigung von Standortdaten und Verschattungseffekten zur Systemoptimierung.
- Ermöglichung einer flexiblen Anpassung der Systemparameter wie Ausrichtung und Verkabelung.
- Vergleich der Simulationsergebnisse mit etablierten kommerziellen Programmen.
Auszug aus dem Buch
2.3.1 Solarmodulmodell nach Sauer Dirk Uwe
Im Prinzip handelt es sich bei diesem Modell um eine Nachbildung der Modulkennlinie durch ein Polynom zweiten Grades, bei der die Temperaturabhängigkeit mit einem linearen Faktor berücksichtigt wird. Der große Vorteil dieses Modells ist die einfache Anwendbarkeit in der Praxis. Die für die Berechnung notwendigen Parameter können alle aus dem Datenblatt des Solarmoduls entnommen werden. Die Abweichung dieses Modells zu tatsächlichen Messergebnissen liegen bei unter zwei Prozent [SDU-94]. Es wird nun der Reihe nach auf die Berechnung des MPP-Stromes IMPP, der MPP-Spannung UMPP und der MPP-Leistung PMPP mit dem Modell von Sauer eingegangen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Motivation hinter der Entwicklung des Programms NetSol angesichts steigenden Energiebedarfs und des Wunsches nach flexiblen Simulationswerkzeugen.
2 Simulationsmodelle netzgekoppelter Solaranlagen: Erläutert die mathematischen Grundlagen, insbesondere für Einstrahlungsberechnungen auf geneigte Flächen und die Modellierung von Solarmodul-Kennlinien.
3. Umsetzung der Modelle auf die Exceloberfläche: Behandelt die technische Realisierung von NetSol in Excel sowie die damit verbundenen Herausforderungen bei Datenverwaltung und Algorithmen-Implementierung.
4 Programmbeschreibung von NetSol: Dient als Anwenderhandbuch, das Schritt für Schritt durch die Installation und Nutzung des Programms zur Auslegung einer Solaranlage führt.
5 Beurteilung der Simulationsergebnisse von NetSol: Validiert die Leistungsfähigkeit des selbst entwickelten Tools durch den Vergleich mit kommerziellen Simulationsprogrammen.
Schlüsselwörter
Photovoltaikanlagen, Simulation, Microsoft Excel, Netzgekoppelte Anlagen, Solarmodulmodell, Wechselrichter, Einstrahlungsberechnung, NetSol, MPP-Tracking, Wirkungsgrad, Verschattung, Systemauslegung, Energieertrag, Erneuerbare Energien, Datenverwaltung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Simulationsprogramms namens "NetSol" auf Basis von Microsoft Excel, welches Anwendern ermöglicht, netzgekoppelte Photovoltaikanlagen effizient auszulegen und zu simulieren.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Arbeit behandelt Themen der Photovoltaik-Systemtechnik, mathematische Simulationsmodelle für Solarmodule und Wechselrichter, die Softwareentwicklung unter Excel sowie die energetische Bewertung von Solaranlagen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel war die Erstellung eines einfach bedienbaren, transparenten und flexiblen Simulationsprogramms mit offenem Quellcode, das für Laien verständlich ist und über die Funktionen kommerzieller Software zur individuellen Projektanpassung hinausgeht.
Welche wissenschaftliche Methode wird für die Simulation verwendet?
Es werden verschiedene mathematische Modelle zur Nachbildung des PV-Generators (u.a. das Modell nach Sauer) und des Wirkungsgradverhaltens von Wechselrichtern genutzt, um auf Stundenbasis den Ertrag für unterschiedliche Standorte und Ausrichtungen zu berechnen.
Was wird schwerpunktmäßig im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Herleitung der mathematischen Modelle (Kapitel 2), deren technische Umsetzung in Excel mittels Visual Basic (Kapitel 3) sowie eine detaillierte Anwendungsbeschreibung des Tools (Kapitel 4).
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind Photovoltaikanlagen, NetSol, Excel-Simulation, Wirkungsgradoptimierung, MPP-Modellierung, Standortanalyse und Anlagenplanung.
Warum wurde gerade Microsoft Excel als Entwicklungsoberfläche gewählt?
Excel ist weit verbreitet, ermöglicht eine hohe Flexibilität bei der Dateneingabe und -verarbeitung durch den Nutzer und bietet über Visual Basic for Applications (VBA) eine leistungsfähige Schnittstelle für Berechnungen und Oberflächengestaltung.
Wie wurde die Genauigkeit der verwendeten Modelle sichergestellt?
Das gewählte Solarmodulmodell wurde mit anderen Modellen verglichen und die Ergebnisse wurden durch Validierungen mit Daten, die auf METEONORM basieren, sowie durch direkte Vergleiche mit professionellen Programmen wie PVS 2.000 verifiziert.
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- Thomas Lutzenberger (Author), 2000, Entwicklung eines Simulationsprogramms für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen in EXCEL, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/2220
