Die Solarenergiebranche steht vor vielfältigen Herausforderungen, darunter Handelskonflikte, nationale Politik, Netzanschlussbedingungen und vieles mehr. Installateure und Anlagenbetreiber sorgen sich um die Rentabilität von Photovoltaik-Kraftwerken, Hersteller von Solarprodukten befürchten unzureichende Rahmenbedingungen, und Netzausrüster haben Bedenken hinsichtlich der Einhaltung technischer Standards. Im Kern geht es letztlich darum, ob die Leistung von Photovoltaik-Anlagen den betrieblichen und wirtschaftlichen Anforderungen genügt und wie die Stromerzeugung gesteigert werden kann.
Branchenexperten weisen darauf hin, dass die heutige Solarenergieerzeugung die Bewältigung mehrerer Herausforderungen erfordert, wie etwa die Echtzeit-Wetterüberwachung, die Lasterkennung für dezentrale und zentrale Stromerzeugung, die Energiespeicherung, die Entwicklung intelligenter Wechselrichter der nächsten Generation, die umfassende Überwachung und Steuerung der Stromqualität sowie das Management in den Bereichen Engineering, Design, Betrieb und Wartung.
Dieser Artikel analysiert kurz die Faktoren, die die PV-Stromerzeugung beeinflussen, aus der Perspektive der Bauqualität, der Optimierungsplanung (z. B. ideale Neigungswinkel) und der Ausrüstung wie Module und Kombinationskästen.
1. Bauqualität
Manche Installateure reduzieren aus Profitgier blindlings die Baukosten, was zu Qualitätsproblemen führt, die einen Stromerzeugungsverlust von 3–6 % verursachen können.
Chen Lei, Leiter der Abteilung für Stromerzeugung aus neuen Energien am State Grid Smart Research Institute, betonte in einem Forum, dass Unternehmen verfeinerte Managementpraktiken anwenden müssen, um Projektverzögerungen zu vermeiden, geeignete und qualifizierte Materialien auswählen müssen, um die Qualität zu gewährleisten, und regelmäßige Wartungs- und Überwachungsmaßnahmen durchführen müssen, um die ordnungsgemäße Funktion der PV-Anlagen sicherzustellen.
Für die Installation gebäudeintegrierter Photovoltaikanlagen sind ein Bauorganisationsplan und Qualitätskontrollverfahren zu erstellen. Entsprechende Baupläne und Sicherheitsmaßnahmen sind ebenfalls zu formulieren und gegebenenfalls Machbarkeitsstudien durchzuführen.
2. Optimierungsdesign
Ziel der Systemoptimierung ist die Maximierung der Stromerzeugung durch die Bewertung von Faktoren wie Sonneneinstrahlung, Lichtreflexionsgrad, Umgebungstemperatur, Windverhältnissen sowie der Leistung und Wechselwirkung verschiedener Systemkomponenten. Fehlende Optimierungen im Design mancher Photovoltaikanlagen führen zu einer reduzierten Stromausbeute.
Zu den wichtigsten Designüberlegungen gehören:
Verschattung: Verschattung beeinträchtigt die Systemeffizienz erheblich, verursacht thermische Spannungen und verkürzt die Lebensdauer der Module. Zu den Verschattungsarten zählen umliegende Gebäude, Bäume, die Eigenbeschattung der PV-Anlage und temporäre Verschattung durch Staub.
Ausrichtung und Neigungswinkel: Die Berechnung des optimalen Neigungswinkels ist entscheidend, da netzgekoppelte und netzunabhängige Systeme unterschiedliche Konstruktionen erfordern. Bei netzgekoppelten Systemen sollte der Neigungswinkel die durchschnittliche jährliche Tagesleistung maximieren, während bei netzunabhängigen Systemen die Sommer- oder Winterlasten priorisiert werden können.
Zum Beispiel in Nanjing:
Netzgekoppelte Systeme erreichen ihre maximale jährliche Leistungsabgabe bei einem Neigungswinkel von 25°, was etwa 7° weniger als dem lokalen Breitengrad entspricht.
Bei netzunabhängigen Systemen gibt es Unterschiede: Für Sommerlasten beträgt der optimale Neigungswinkel 7°, weit unterhalb des lokalen Breitengrades; für Winterlasten beträgt er 46°, viel höher als der lokale Breitengrad; für ausgeglichene Lasten wird ein Neigungswinkel von 42° empfohlen.
3. Ausrüstung
Zu den wichtigsten Ausrüstungsgegenständen, die die Stromerzeugung in PV-Anlagen beeinflussen, gehören Solarmodule, Kombinationsboxen, Wechselrichter und die Netzinfrastruktur.
Solarmodule
Bei der Modulauswahl und dem Systemaufbau kann die Effizienz durch Optimierung der Kompatibilität und die Verwendung einer Mischung aus Solarzellen der Güteklassen A und B gesteigert werden. Die Modulqualität muss sichergestellt werden, wobei Faktoren wie Breitengrad, Spektrum, Temperatur, Verschattung, Standort und Verkabelungsbedingungen sorgfältig zu berücksichtigen sind, da sie alle die Modulleistung beeinflussen.
Wechselrichter
Wechselrichter sind neben Modulen die einzigen Komponenten, die die Stromerzeugungseffizienz direkt – potenziell um bis zu 10 % – verbessern können. State Grid empfiehlt vor der Installation, Simulationsversuche durchzuführen und sich auf Kostensenkung durch Serienfertigung zu konzentrieren, anstatt ausschließlich auf kostengünstige Produktion zu setzen.
Netzanschluss
Die Netzanbindung stellt für Chinas Solarenergiesysteme, die sich noch in der Entwicklungsphase befinden, weiterhin eine große Herausforderung dar. Fehlende Abstimmungen zwischen Systemdesign und Netz sowie die Problematik der vollständigen Netzaufnahme beeinträchtigen die Effizienz. Experten empfehlen, den lokalen Stromverbrauch zu priorisieren, um die Netzlast zu reduzieren, und Infrastruktur wie Ladestationen für Elektrofahrzeuge aufzubauen, um die Übertragungskosten zu senken.
Durch ein umfassendes Management der Bauqualität, Systemoptimierung und Geräteauswahl kann die Photovoltaikbranche die Stromerzeugungseffizienz steigern und die Anforderungen an Betrieb und Rentabilität besser erfüllen.
