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Simulationsbasierte Effizienzanalyse von PV-Speichersystemen
Selina Maier, Johannes Weniger, Nico Böhme, Volker QuaschningForschungsgruppe SolarspeichersystemeHochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin
34. PV-Symposium, Kloster Banz, Bad Staffelstein, 19.-21. März 2019
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Warum simulieren?
Bewertung der Relevanzder einzelnen Verlust-
mechanismen
Identifizierung von Effizienzpotenzialen für die Systemoptimierung
Ermöglicht eine bedarfsgerechte
Systemauslegung
Vergleichverschiedener
PV-Batteriesysteme
Schnelle und kostengünstige Systemanalyse
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Performance Simulation Model for PV-Battery Systems (PerMod) 2.0
Verlustmechanismen in Photovoltaik-Batteriesystemen
Umwandlungs-
verluste
Energiemanage-
mentverluste
Regelungs-
verluste
Bereitschafts-
verluste
Dimensionie-
rungsverluste
• Frei verfügbares Simulationsmodell für die Programmierumgebung Matlab.
• Effizienzanalyse der drei wichtigsten Systemkonfigurationen (AC-, DC- und PV-Kopplung).
• Einfache Parametrierung auf Basis von Datenblättern gemäß Effizienzleitfaden 2.0.
• Abbildung der relevanten Systemeigenschaften in PerMod 2.0.
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Performance Simulation Model for PV-Battery Systems (PerMod) 2.0
• Excel-Datenbank enthält Systemeigenschaften aus Datenblättern.
• Import der Eingangsparameter und einsekündig aufgelöster Zeitreihen der elektrischen Last und der PV-Generatorleistung in Matlab.
• Berechnung der Verlustleistungsparameter, die die Leistungsabhängigkeit der Umwandlungsverluste beschreiben.
• Abbildung des topologieabhängigen Betriebsverhaltens der PV-Batteriesysteme.
• Ergebnisse beinhalten Leistungen und Energiesummen sowie den System Performance Index (SPI) zur Bewertung der Gesamtsystemeffizienz.
importVerlustleistungs-
parameterSimulations-
modellSimulations-ergebnisse
Σ
Datenblatt gemäßEffizienzleitfaden
Eingangs-parameter
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Validierung von PerMod 2.0 - ein Beispielsystem
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Validierung von PerMod 2.0 - ein Beispielsystem
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Validierung von PerMod 2.0 - ein Beispielsystem
DC
AC
BATPV
DC
DC
DC
DC
DC
AC
PV AC2
PV BAT2
AC BAT2
PV-Generator
Last
MPP-Tracker
Umrichter
Batterie-speicher
Netz
Laderegler
PVBS
A) Pfadansatz
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Validierung von PerMod 2.0 - ein Beispielsystem
DC
AC
BATPV
DC
DC
DC
DC
DC
AC
PV AC2
PV BAT2
AC BAT2
PV-Generator
Last
MPP-Tracker
Umrichter
Batterie-speicher
Netz
Laderegler
PVBS
A) Pfadansatz
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Messung Simulation Absolute Abweichung Relative Abweichung
Validierung von PerMod 2.0 - ein Beispielsystem
• Batterieladung weist größte relevante Abweichung auf.
• Ausgleichseffekte kompensieren Unterschiede teilweise wieder.
• Netznachladung des Batteriespeichers wird in der Simulation nicht abgebildet.
• Netzeinspeisung und Netzbezug beinhalten alle Verlustmechanismen und sind wichtige Kenngrößen für die Effizienzanalyse von PV-Batteriesystemen.
Messung Simulation Absolute Abweichung Relative Abweichung
DC-Batterieladung 33 kWh 30,7 kWh -2,3 kWh -7%
Messung Simulation Absolute Abweichung Relative Abweichung
DC-Batterieladung 33 kWh 30,7 kWh -2,3 kWh -7%
DC-Batterieentladung 30,3 kWh 29,3 kWh -1 kWh -3,3%
Messung Simulation Absolute Abweichung Relative Abweichung
DC-Batterieladung 33 kWh 30,7 kWh -2,3 kWh -7%
DC-Batterieentladung 30,3 kWh 29,3 kWh -1 kWh -3,3%
AC-Energieabgabe 86,9 kWh 87,8 kWh 0,9 kWh 1%
Messung Simulation Absolute Abweichung Relative Abweichung
DC-Batterieladung 33 kWh 30,7 kWh -2,3 kWh -7%
DC-Batterieentladung 30,3 kWh 29,3 kWh -1 kWh -3,3%
AC-Energieabgabe 86,9 kWh 87,8 kWh 0,9 kWh 1%
AC-Energieaufnahme 0,9 kWh 0,2 kWh -0,7 kWh -77,8%
Messung Simulation Absolute Abweichung Relative Abweichung
DC-Batterieladung 33 kWh 30,7 kWh -2,3 kWh -7%
DC-Batterieentladung 30,3 kWh 29,3 kWh -1 kWh -3,3%
AC-Energieabgabe 86,9 kWh 87,8 kWh 0,9 kWh 1%
AC-Energieaufnahme 0,9 kWh 0,2 kWh -0,7 kWh -77,8%
Netzeinspeisung 33,8 kWh 35,2 kWh 1,4 kWh 4,1%
Messung Simulation Absolute Abweichung Relative Abweichung
DC-Batterieladung 33 kWh 30,7 kWh -2,3 kWh -7%
DC-Batterieentladung 30,3 kWh 29,3 kWh -1 kWh -3,3%
AC-Energieabgabe 86,9 kWh 87,8 kWh 0,9 kWh 1%
AC-Energieaufnahme 0,9 kWh 0,2 kWh -0,7 kWh -77,8%
Netzeinspeisung 33,8 kWh 35,2 kWh 1,4 kWh 4,1%
Netzbezug 28,6 kWh 27,9 kWh -0,7 kWh -2,5%
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Validierung von PerMod 2.0 – alle gemessenen Systeme
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Validierung von PerMod 2.0 – alle gemessenen Systeme
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Schlussfolgerungen
• Einige systemspezifische Eigenarten können in PerMod 2.0 nicht dargestellt werden:
• Netznachladung zur Deckung der Standby-Leistungsaufnahme des Batteriemanagementsystems (BMS).
• Spezifische Lade- und Entladestrategien.
• Verzögerter Wechsel aus dem Standby-Modus in den erneuten Ladebetrieb.
• Spontane Unterbrechungen des Lade- und Entladevorgangs.
• Effekte bedingt durch die Alterung der Batteriezellen.
• Zusätzlich rufen Modellvereinfachungen sowie die Prüfbedingungen des Effizienz-leitfadens Differenzen zwischen Messwerten und Simulationsergebnissen hervor.
• Die Effekte können sich überlagern oder zum Teil auch kompensieren.
• Dennoch kann das Betriebsverhalten der wichtigsten Systemkonzepte in PerMod 2.0 mit ausreichender Genauigkeit abgebildet werden.
