Verzicht auf 20 % Stromerzeugung für eine vierfache Umsatzsteigerung!

Da wir auf der Nordhalbkugel leben, sind wir immer davon ausgegangen, dass Solarkraftwerke nach Süden ausgerichtet sein sollten, da diese Richtung die maximale Stromerzeugung und damit auch die höchsten Einnahmen bringt. Betrachtet man jedoch den Power Purchase Agreement (PPA) mit nutzungsabhängigen Preisrichtlinien, ist die Korrelation zwischen Spitzen-/Nebenspitzenzeiten und der von Solaranlagen erzeugten Strommenge nicht immer konsistent.

Da bei bodenmontierten und dezentralen Solarenergieprojekten zunehmend PPA-Stromhandelsmodelle zum Einsatz kommen, bringt der traditionelle Ansatz, nach Süden ausgerichtete Kraftwerke zu entwerfen, möglicherweise nicht mehr die höchsten Gewinne. Indem wir die Winkel der Solarmodule an die lokalen Strompreisrichtlinien für die Nutzungszeit anpassen, können wir die „Entenkurve“ ändern, um die Stationseinnahmen zu maximieren!

Traditioneller Ansatz für die Neigung von Solarmodulen

Bei herkömmlichen Solarsystemdesigns ist der Neigungswinkel von Solarmodulen typischerweise für eine maximale Stromerzeugung in Richtung Süden optimiert, abgestimmt auf den Breitengrad des Projektstandorts. Dieser Ansatz erreicht eine maximale Stromerzeugung und weist typischerweise zwei Merkmale auf:

1. Innerhalb eines Tages erfolgt die Spitzenbildung gegen Mittag.

Die folgende Grafik zeigt die typische Leistungskurve von Solarmodulen bei optimalem Neigungswinkel nach Süden, die eine „positive Parabelform“ bilden.

Bild: Typische Solarenergie-Ertragskurve

Anpassen des 'Azimutwinkel„von Solarmodulen führt zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu erheblichen Leistungsänderungen:

Die Ausrichtung nach Osten fördert die Morgenerzeugung.

Die Ausrichtung nach Westen erhöht die Abenderzeugung.

Bild: Simulationskurven der Solarstromanlagenleistung im Tagesverlauf für verschiedene Montagemethoden

Am Beispiel einer horizontalen einachsigen Nachführanlage ist die morgendliche und abendliche Stromerzeugung im Vergleich zu Festinstallationen aufgrund der Ausrichtung nach Osten und Westen deutlich höher. Da der Neigungswinkel jedoch 0 beträgt, ist die Mittagsstromerzeugung geringer als bei Festinstallationen.

2. Das ganze Jahr über bringen Frühling und Herbst die höchste Generation hervor.

Die folgende Grafik veranschaulicht die Leistungsschwankungen einer Solarenergieanlage an einem bestimmten Standort in der Inneren Mongolei, China, mit unterschiedlichen Neigungswinkeldesigns für die Solarmodule.

Bild: Simulation der Leistungskurven des Sonnensystems für 12 Monate mit unterschiedlichen Neigungswinkeln

Wenn der Neigungswinkel der Solaranlage auf 41° eingestellt ist, erfolgt die maximale Stromerzeugung das ganze Jahr über, mit Spitzenerträgen im Frühjahr (März, April, Mai) und Herbst (September, Oktober, November).

Anpassen des 'Neigungswinkel„Der Neigungswinkel der Solarmodule auf 70 Grad erweitert den Winkel, was zu einer maximalen Stromerzeugung im Winter (Dezember, Januar, Februar) führt. Umgekehrt maximiert die Einstellung des Neigungswinkels auf 0 Grad die Stromerzeugung im Sommer (Mai, Juni, Juli).

Auswirkungen traditioneller Bauart auf die Strompreise

Da die Verbreitung von Solarenergie weltweit steigt, kommt es in vielen Gebieten aufgrund der konzentrierten Solarenergie zu einer ausgeprägten „Entenkurve“ bei den Stromhandelspreisen.

Beispielsweise zeigt die „Entenkurve“ Kaliforniens von 2015 bis 2022 sinkende Preise und längere Zeiträume mit günstigem Strom, da die Solardurchdringung zunimmt.

Die folgende Grafik zeigt die Spothandelspreise in Shandong, China, im Jahr 2022 und zeigt einenumgekehrte parabolische Form'.

Analyse und Empfehlungen

Durch die vorangehende Analyse stellen wir fest:

Herkömmliche Designs von Solarenergiesystemen konzentrieren die Sonnenenergie auf die Mittagszeit sowie im Frühling und Herbst. Folglich steigt unter marktbasierten Handelsbedingungen (PPA) mit zunehmender Solardurchdringung das Stromangebot zur Mittagszeit deutlich an, was zu sinkenden Handelspreisen führt! Ebenso verlängert sich die Dauer der Schwachlastzeiten im Frühjahr und Herbst.

Durch die Anpassung des „Azimutwinkels“ und des „Neigungswinkels“ von Solarmodulen können wir die Leistungskurve von Solarenergiesystemen effektiv verändern. Daher kann die Einführung neuer Designansätze bei künftigen Solarprojekten die immer deutlicher werdenden Probleme deutlich abmildern.Entenkurve„Phänomen bei der Preisgestaltung für Netzstrom.

Folgende Maßnahmen können umgesetzt werden:

1.Anpassen des „Azimutwinkels“ von Solarmodulen an eine bestimmte Ausrichtung nach Westen:

Da die Nachfragespitzen hauptsächlich in den Abendstunden auftreten, empfiehlt sich eine Ausrichtung nach Westen. Obwohl die gesamte Stromerzeugung um etwa 20 % zurückgehen kann, sind die Strompreise zu Spitzenzeiten drei- bis viermal höher als die Preise außerhalb der Spitzenzeiten! Somit kann die Summe aus ∑∑(Preis * Erzeugung) auch bei reduzierter Erzeugung noch deutlich ansteigen.

Am Beispiel von Shandong, China, ist der Einfluss von Azimutwinkeln auf die Stromerzeugung wie folgt:

2. Senkung des „Neigungswinkels“ von Solarmodulen auf etwa 15° für Festinstallationen:

In den meisten Regionen sind die Strompreise im Sommer aufgrund des Heizbedarfs tendenziell höher. Durch die Verringerung des Neigungswinkels wird die Stromerzeugung im Sommer deutlich erhöht, während die Stromerzeugung im Frühjahr und Herbst reduziert wird.

Obwohl die Gesamtstromerzeugung zurückgeht, kann die Summe aus ∑(Preis*Erzeugung) immer noch erheblich ansteigen, da die Mittagsstrompreise im Sommer überwiegend stagnieren.

Darüber hinaus ist ein Neigungswinkel von 15° unter Berücksichtigung von Faktoren wie Reinigung und Staubansammlung praktischer als 0°.

3.Implementierung von „horizontalen einachsigen Trackingsystemen“:

Horizontale einachsige Trackingsysteme sind perfekt auf die oben genannten Eigenschaften abgestimmt. Mit einem Neigungswinkel von 0° fördern sie die sommerliche Stromerzeugung. Darüber hinaus weisen sie morgens und abends unterschiedliche Azimutwinkel auf, wodurch die Erzeugung in diesen Zeiträumen gesteigert wird. Unter den bestehenden Strompreissystemen erhöht die Einführung horizontaler einachsiger Nachführungssysteme die Stromerzeugung in Zeiten hoher Strompreise erheblich und erhöht dadurch die Summe von ∑(Preis*Erzeugung).

Darüber hinaus steigen die Kosten für horizontale einachsige Nachführsysteme im Vergleich zu Festinstallationen nicht wesentlich. Sie steigern nicht nur die Gesamtstromerzeugung, sondern steigern auch die Erzeugung in Zeiten hoher Strompreise!

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