Impact of PV system orientation on grid integration

Abstract

Due to the rapid increase in photovoltaic installations, the power grid is increasingly reaching its capacity limits. As a result, the lack of available capacities in the distribution grid is becoming more of anobstacle and is slowing down the energy transition. The current approval process in Austria does notrequire that the planned or actual orientation of PV systems must be communicated to the grid operator. Therefore, it is not possible to predict the exact generation profiles in advance. Instead, currently only the threshold power is available as a basis for calculation, possibly with reduction factors. This work analyses to which extend the grid operator can enhance the integration potential of PV systems ina grid segment by knowing the orientation of all PV systems. Based on solar position data and module information, a clear sky model for a PV module was developed and implemented in MATLAB . With the help of this model one can estimate the maximum power output of a module throughout a year and use this value as a more precise basis for system sizing. A Monte Carlo simulation was conducted to investigate how the maximum installable PV capacity in a network segment increases when orientation data is available. The load flow calculations for the simulations were conducted using BIFROSTin SimBench test networks. Additionally, the impact of bifacial technology modules was examined, as they are expected to play an increasingly signifi cant role in the coming years. The work demonstratesthat, depending on the used method, knowledge PV system orientation can increase the integrationpotential in a grid segment by up to 33% .

Durch den rasanten Anstieg von Photovoltaikanlagen gerät das Stromnetz immer häufiger an seine Auslastungsgrenze. Die zunehmend knappen freien Kapazitäten im Verteilnetz stellen daher ein wachsendes Hindernis dar und bremsen die Energiewende. Der derzeitige Bewilligungsprozess in Österreich sieht nicht vor, dass die geplante oder tatsächliche Ausrichtung von PV-Anlagen dem Netzbetreiber mitgeteilt werden muss. Daher kann im Voraus nicht mit den genauen Erzeugungsprofilen gerechnet werden, stattdessen steht derzeit lediglich die Engpassleistung mit ggf. Abschlagsfaktoren als Berechnungsgrundlage zur Verfügung. Diese Arbeit stellt eine Analyse dar, inwieweit der Netzbetreiber durch Kenntnis der Ausrichtung der PV-Anlagen in einem Netzabschnitt das Integrationspotenzial von PV-Anlagen erhöhen kann. Basierend auf Sonnenstandsdaten und Moduldaten wurde ein Schönwettermodell für ein PV-Modul entwickelt, welches in MATLAB implementiert wurde. Mithilfe dieses Modells kann man die theoretisch maximale Leistung eines Moduls im Jahresverlauf abschätzen und diesen Wert als genauere Dimensionierungsgrundlage verwenden. Unter Verwendung dieses Modells wurde anhand einer Monte-Carlo-Simulation untersucht, inwiefern sich die maximal installierbare PV-Leistung in einem Netzabschnitt erhöht, wenn Ausrichtungsdaten zur Verfügung stehen. Die Lastflussberechnung für die Simulationen wurde unter Verwendung von BIFROST in SimBench-Testnetzen durchgeführt. Zudem wurde der Einfluss von Modulen mit bifazialer Technologie untersucht, da diese in den kommenden Jahren eine immer größere Rolle spielen werden. Die Arbeit zeigt, dass das Wissen über die Ausrichtungen aller PV-Systeme, abhängig von der verwendeten Methode, das Integrationspotenzial in einem Netzsegment um bis zu 33% steigern kann.