Solaranlagen optimal planen

Der Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Energiemix steigt weltweit rapide. Die Photovoltaik (PV) spielt mit Wachstumsraten im dreistelligen Bereich eine wichtige Rolle. Nach Angaben von Marktforschungsunternehmen wuchs der PV-Markt im Jahr 2010 um 139 Prozent.

Deutschland steht an der Weltspitze dieser Technologie, bei der mithilfe von Solarzellen Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Doch die Planung von großen PV-Kraftwerken, die sich über mehrere Quadratkilometer erstrecken, ist komplex. Neben Kundenvorgaben, Vorschriften und Fördermaßnahmen der Regierungen müssen zahlreiche Faktoren wie Wetter, Klima, Geländetopographie und Standort berücksichtigt werden.

Diese wiederum beeinflussen die Auswahl und die Platzierung der einzelnen Komponenten. Das beinhaltet die PV-Tische mit den Solarmodulen, die Wechselrichter und Kabel sowie die Zufahrtswege. Bislang entwerfen Ingenieure Anlagendesigns mit CAD-Programmen, wobei jedes Layout und jede Variante einzeln erstellt werden muss. Ein Vorgang, der viel Zeit in Anspruch nimmt. Um eine geplante Anlage zu verbessern oder um unterschiedliche Konzepte miteinander zu vergleichen, muss häufig der gesamte Planungsprozess wiederholt werden.

Per Knopfdruck mehrere hundert Anlagendesigns

Dieses Vorgehen wird künftig deutlich verbessert: Forscher des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern haben in Zusammenarbeit mit Siemens Energy Photovoltaics eine neuartige Planungssoftware entwickelt, die es ermöglicht, Solaranlagen schneller und besser zu bauen. »Mit unseren exklusiv für die Siemens-Software PVplanet (PV Plant Engineering Toolbox) programmierten Algorithmen erhalten Ingenieure in einem Durchgang automatisiert mehrere hundert unterschiedliche Anlagendesigns. Weniger als eine Minute Rechenzeit fällt hierfür an«, sagt Dr. Ingmar Schüle, Wissenschaftler am ITWM. Der Anwender muss lediglich Parameter wie beispielsweise die Topographie des Baugeländes und die zu verwendenden Modul- und Wechselrichtertypen eingeben. Zudem kann er an einer Vielzahl von Stellschrauben drehen, wie etwa Ausrichtung, Abstand und Neigungswinkel der Solartische, und schnell die Auswirkungen auf die Qualität des Planungsergebnisses untersuchen.

Kostenabschätzung und Ertragsberechnung inklusive

Um die entworfenen PV-Kraftwerke zu bewerten, wird eine Ertragsberechnung durchgeführt, die die Simulation des Wetters in der jeweiligen Region, den Sonnenverlauf über das Jahr und das physikalische Modulverhalten inklusive Verschattungseffekten umfasst. Damit und mit einer Abschätzung der Investitions- und Betriebskosten kann das Planungswerkzeug den LCOE (Levelized cost of energy), also die Stromgestehungskosten bestimmen. Durch den Vergleich der Anlage mit einer Vielzahl ähnlicher Konfigurationen kann der Planer die Sensitivität der verschiedenen Stellschrauben untersuchen und aus einer Vielzahl an Lösungen die richtige finden.

»Die Software unterstützt den Experten bei seiner Entscheidung und hilft ihm, für das Baugelände das bestmögliche PV-Kraftwerk zu entwerfen. Was ›am besten‹ ist, hängt von vielen Aspekten ab – von den Wünschen des Auftraggebers, den Standort- und Umweltbedingungen, von der Einspeisevergütung und dem Finanzierungskonzept. All diese Kriterien werden berücksichtigt«, so Schüle. Auch Dr. Martin Bischoff, Projektleiter bei Siemens AG, Energy Sector, ist von diesem Ansatz überzeugt: »Neben der Zeitersparnis verschafft das Planungswerkzeug vor allem eine Übersicht über den Optimierungsspielraum und unterstützt somit bestmöglich bei der Planung wirtschaftlich optimierter Anlagen. Bis dato gibt es keine Planungssoftware von diesem Umfang und Detaillierungsgrad.«

Einen Eindruck von der erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen dem ITWM und Siemens Energy Photovoltaics können sich Interessierte auf der Messe Intersolar Europe in München vom 13. bis 15. Juni 2012 verschaffen: Am Siemens-Stand in Halle B4, Stand B4.380 wird die Planungssoftware PVplanet erstmals der Öffentlichkeit präsentiert.