Auswirkungen auf die Niederspannungsnetze bei hoher Penetration von innerstädtischen Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen

Impact of a high penetration of urban photovoltaic systems and electric cars on the low voltage networks

  • Durch die schnell steigende Durchdringung von innerstädtischen Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen in den Niederspannungsnetzen wird die zukünftige Versorgungsinfrastruktur herausgefordert. Die Schwerpunkte der Netzauswirkungen werden auf das Spannungsband und die tolerierte Netzbelastung der untersuchten Netze fokussiert. Das Ziel dieser Dissertation ist es, die zulässig installierbare Photovoltaikleistung in den Wohnsiedlungen zu ermitteln und die möglichen Lösungen zur Vermeidung des notwendigen Netzausbaues zu entwickeln. Zunächst wurde eine Untersuchung zur Ermittlung des Photovoltaikpotenzials in der Stadt Cottbus mit ca. 100.000 Einwohnern durchgeführt. Insgesamt ist ca. 250 MWp Photovoltaikleistung theoretisch installierbar. Dies kann zu einer maximalen Summeneinspeiseleistung von 200 MW führen, welche die derzeitige Lastspitze in Cottbus weit überschreiten würde. Zur Ermittlung der Netzauswirkungen auf die Niederspannungsnetze bei hoher Penetration von Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen wurden die folgenden dreiDurch die schnell steigende Durchdringung von innerstädtischen Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen in den Niederspannungsnetzen wird die zukünftige Versorgungsinfrastruktur herausgefordert. Die Schwerpunkte der Netzauswirkungen werden auf das Spannungsband und die tolerierte Netzbelastung der untersuchten Netze fokussiert. Das Ziel dieser Dissertation ist es, die zulässig installierbare Photovoltaikleistung in den Wohnsiedlungen zu ermitteln und die möglichen Lösungen zur Vermeidung des notwendigen Netzausbaues zu entwickeln. Zunächst wurde eine Untersuchung zur Ermittlung des Photovoltaikpotenzials in der Stadt Cottbus mit ca. 100.000 Einwohnern durchgeführt. Insgesamt ist ca. 250 MWp Photovoltaikleistung theoretisch installierbar. Dies kann zu einer maximalen Summeneinspeiseleistung von 200 MW führen, welche die derzeitige Lastspitze in Cottbus weit überschreiten würde. Zur Ermittlung der Netzauswirkungen auf die Niederspannungsnetze bei hoher Penetration von Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen wurden die folgenden drei Modelle erstellt: Das Photovoltaikeinspeisemodell basiert auf der gemessenen Globalstrahlung mit realen Zeitreihen in Cottbus. Zur Modellierung der Lastgänge von Haushalten wird das Standardlastprofil zur Verfügung gestellt. Die zusätzlichen Ladelastgänge von Elektrofahrzeugen werden den derartigen Lastgängen von Haushalten überlagert. Die Netzstruktur wurde für Ein- und Zweifamilienhaussiedlungen und Mehrfamilienhaussiedlungen modelliert. Die Simulationen wurden in der Netzberechnungssoftware ELEKTRA durchgeführt. Es ist festzuhalten, dass die installierbare Photovoltaikleistung in den Ein- und Zweifamilienhaussiedlungen beschränkt werden muss. Durch eine induktive Blindleistungsbereitstellung kann die zulässige Leistung erhöht werden. In den Mehrfamilienhaussiedlungen ist eine komplette Ausnutzung der Dachfläche mit Photovoltaikanlagen möglich. Zum Schluss wurden zwei Varianten durch Einsatz der Speichersysteme zur besseren Integration der Photovoltaikanlagen entwickelt und dann anhand eines Beispielnetzes demonstriert.show moreshow less
  • With the fast growing penetration of photovoltaic systems and future electric cars in the low voltage networks, the energy supply will be challenged. Main concerns of the impact on the networks are focused on the voltage band and tolerable utilisation ratio. The aim of this dissertation is to evaluate the acceptable penetration limit of photovoltaic systems in the urban residential settlements and to find out solutions to avoid the necessary network extensions. In the first part a study of the photovoltaic potentials was carried out in the city of Cottbus that inhabits approximately 100.000 people. About 250 MWp photovoltaic capacities could be installed. This could result in a maximum photovoltaic power infeed of 200 MW, which would clearly exceed the current peak load and highly stress the grids. To analyse the impact of high penetration of photovoltaic systems and electric cars more specifically, the following three models must be created: The photovoltaic system model is based on the real solar radiation data in Cottbus. TheWith the fast growing penetration of photovoltaic systems and future electric cars in the low voltage networks, the energy supply will be challenged. Main concerns of the impact on the networks are focused on the voltage band and tolerable utilisation ratio. The aim of this dissertation is to evaluate the acceptable penetration limit of photovoltaic systems in the urban residential settlements and to find out solutions to avoid the necessary network extensions. In the first part a study of the photovoltaic potentials was carried out in the city of Cottbus that inhabits approximately 100.000 people. About 250 MWp photovoltaic capacities could be installed. This could result in a maximum photovoltaic power infeed of 200 MW, which would clearly exceed the current peak load and highly stress the grids. To analyse the impact of high penetration of photovoltaic systems and electric cars more specifically, the following three models must be created: The photovoltaic system model is based on the real solar radiation data in Cottbus. The standard load profile was used for the consumer model, where the electric cars were considered as additional loads. Different network models were investigated for detached house settlements and apartment settlements. The simulations were carried out in the software ELEKTRA. The results showed that, the permissible installable photovoltaic capacity per accommodation unit in the detached house settlement is supposed to be limited. By generating reactive power from the inverters of the photovoltaic generators, the permissible photovoltaic capacity can be increased. In the apartment settlements, the available roofs can be used for installation of photovoltaic systems without limitation. In the end, two solutions by using batteries for a better integration of the photovoltaic systems were developed and demonstrated in an example network.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author: Ying, Shaoqing
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24421
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Schwarz, Harald
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2012
Date of final exam:2011/10/25
Release Date:2012/04/19
Tag:Elektrofahrzeuge; Netzauswirkungen; Netzbelastung; Photovoltaikanlagen; Spannungsband
Electric cars; Network impact; Network utilisation ratio; Photovoltaic systems; Voltage band
GND Keyword:Elektrofahrzeug; Niederspannungsnetz; Photovoltaikanlage
Institutes:Fakultät 3 Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme / FG Energieverteilung und Hochspannungstechnik
Institution name at the time of publication:Fakultät für Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen (eBTU) / LS Energieverteilung und Hochspannungstechnik