Solis-Seminar Folge 34: Solare-PV-Stromversorgungssysteme längsseits an den Dieselgeneratoren

Hintergrund

An einigen Orten der Welt kann das Stromnetz aufgrund instabiler Versorgung oder geplanter Abschaltungen durch Programme wie „Lastabwurf“ für eine unbekannte Zeitspanne ausfallen. Während dieser Zeit schaltet sich auch eine standarde netzgekoppelte PV-Anlage ab. Wie können wir sicherstellen, dass eine PV-Solaranlage während dieser vorübergehenden, aber oft langen Stromausfälle weiter funktioniert?

Dieses Solis-Seminar bietet Ihnen eine Lösung für ein Hybridsystem aus PV-Solaranlage und Dieselgenerator und erörtert die damit verbundenen Fragen

Abbildung 1: Hybridsystem aus PV-Solaranlage und Dieselgenerator

Lösung 1: Stromversorgungssysteme mit geringer Kapazität, stabilen Lasten und ohne plötzliche Hochlastphasen.

Durch die eigenen Einstellungen des Wechselrichters und die intelligente Anpassungsfähigkeit können wir die PV-Anlage mit dem Generatorbetriebssystem verbinden.

Abbildung 2: Lösung für Hybridsystem aus PV-Solaranlage und Dieselgenerator ohne Steuerung

Die Topologie des Systems ist in Abbildung 2 dargestellt. Der Wechselrichter ist mit dem virtuellen Netz verbunden, das aus einem Dieselgeneratorsystem besteht, das sich selbst anpassen und einstellen kann. Die Lösung ist einfach und stabil und erfordert keine zusätzlichen Geräte oder Kosten.

Wir brauchen nur Einstellung und Anpassung des Wechselrichters wie folgt:

1. Ändern Sie den Standard des Wechselrichters, der an das Netz angeschlossen ist, auf den des Generators

2. Der Frequenzanpassungsbereich des Wechselrichters muss auf 47~52Hz reduziert werden

3. Schalten Sie die Funktion „Freq Derate“ des Wechselrichters ein

4. Schalten Sie die Funktion „Volt-Watt“ des Wechselrichters ein

Beispielsystem 1

Zur Förderung der grünen Energieerzeugung und zur schrittweisen Verwirklichung des Ziels „Kohlenstoffspitzenwert und Kohlenstoffneutralität“ hat China im Jahr 2021 strenge Maßnahmen zur Strombeschränkung eingeführt, von denen viele Fabriken mit hohem Energieverbrauch betroffen sind.

Das Beispiel hier ist ein Elektrogerätehersteller in Ningbo, Provinz Zhejiang. Das Unternehmen verfügt über ein 1-MW-Solarkraftwerk mit 17 netzgekoppelten 60-kW-Wechselrichtern von Solis, das an vier Netzanschlusspunkten mit dem Netz verbunden ist.

Aufgrund von Strombeschränkung wurde ein Teil der Anlage abgeschaltet und die netzgekoppelte PV-Anlage heruntergefahren. Dies betrifft den Strombedarf der Werkstatt der Montagelinie mit etwa 270 kW. In Zusammenarbeit mit dem Unternehmen setzen die Solis-Ingenieure 3 x 60-kW-Wechselrichter ein, die mit einem 350-kW-Dieselgeneratorsystem vor Ort zusammenarbeiten. Die Ausgangsleistung dieses PV-Systems beträgt 150 kW, und die maximale PV-Nutzungsrate der Last erreicht 50 %, wodurch das Ziel der Einsparung von Kraftstoffkosten erreicht wird.

Abbildung 3: Das Schema des hybriden Stromversorgungssystems aus PV und Dieselgenerator vor Ort

Abbildung 4: Die Lokation des Dieselgenerators vor Ort

Zusammenfassung

Dieses Schema kann die Stromkosten pro Kilowattstunde in Form von PV + Generatoren durch die adaptive Anpassungsfähigkeit des Wechselrichters reduzieren. Es gibt jedoch auch Szenarien, bei denen der Anteil der PV-Leistung nicht zu groß sein darf und die Last konstant sein muss. Diese Lösung ist für große Lastschwankungen nicht geeignet. Um die Systemstabilität zu gewährleisten, muss der Anteil der PV-Leistung weniger als 40 % der Gesamtstromversorgung betragen.

Lösung 2:  Stromversorgungssysteme mit großen plötzlichen Lasten und hohem PV-Leistungsanteil

Diese Systeme erfordern in der Regel einen höheren Anteil an PV-Leistung vor Ort (mehr als 70 %) und erfordern die Einführung von Systemsteuerungs- und Kommunikationseinrichtungen, um die Balance zwischen PV-Anlage, Generator und Last herzustellen.

Abbildung 5: Lösung für Hybridsystem aus PV-Solaranlage und Dieselgenerator mit Steuerung

Diese Lösung verwendet den AGC-Regler von DEIF und Wechselrichter von Solis für eine koordinierte Steuerung. Sie unterstützt bis zu 16 Solar-Wechselrichter sowie 1 oder 2 Dieselgeneratoren. Sie kann mehrere Betriebsarten unterstützen, wie z.B. netzgekoppelte, netzunabhängige Kombinationen und andere. Aus diesem Grund verfügt es über eine größere Skalierbarkeit und Flexibilität und ist eine gute Wahl für viele abgelegene Gebiete, Inselgebiete und Regionen, in denen es kein oder nur ein geringes stabiles Netz gibt.

Beispielsystem 2

In diesem Beispiel wird der in Brasilien angesiedelte Hybridregler AGC 150 von DEIF für die Integration und Steuerung eines 500-kW-Solarstromsystems eingesetzt. Das Solarsystem nutzt Solis-50K Wechselrichter und wird dann in ein virtuelles Netz eingebunden, das aus einem 500kW Dieselgeneratorsystem besteht, um die 430kW ~470kW Last der Fabrik mit Strom zu versorgen.

Bei ausreichender Sonneneinstrahlung kann die PV-Anlage bis zu 360 kW Strom liefern, was einem Anteil von mehr als 70 % entspricht.

Zusammenfassung

Diese Lösung kann die Leistung der Wechselrichter und Generatoren im System effektiv koordinieren und verwalten, um den Stromverbrauch der Last durch die Einführung zusätzlicher Regler zu decken. Sie ist auch in der Lage, die von der PV-Anlage erzeugte Energie zu maximieren, um den Verbrauch von brennstoffbefeuerter Energie zu reduzieren. Infolgedessen ist das System stabiler und kann sich an das Anwendungsszenario mit hohen Lasten und plötzlichen Änderungen anpassen. Die PV-Solarkapazität kann 70 % bis 80 % der Gesamtstromversorgung bereitstellen und problemlos ein hybrides Stromversorgungssystem auf MW-Level realisieren.