Integration of PV Power and Load Forecasts into the Operation of Residential PV Battery Systems

Angesichts der steigenden Anzahl der in Deutschland installierter Photovoltaik (PV)-Anlagen, treten neue Herausforderungen bei deren Netzintegration auf. Insbesondere die steilen Rampen sowie die kurzzeitigen Spitzen der eingespeisten PV-Leistung stellen die Niederspannungsnetze vor Herausforderungen. Eine Möglichkeit diesen Herausforderungen zu begegnen, besteht in der Nutzung von PV-Batteriesystemen.

Dieser Beitrag analysiert die Performance von Betriebsstrategien für private PV-Batteriesysteme, die Last- und PV-Erzeugungsprognosen verwenden. Die Auswirkungen von Prognoseungenauigkeiten auf die Performance der Systeme werden aus energetischer und ökonomischer Perspektive bewertet und mit der fixen Einspeisebegrenzung durch Abregelung verglichen.

Dynamische Anpassung der Einspeiseleistung ist vorteilhaft

Für die Betriebsstrategie mit dynamischer Einspeisungsbegrenzung wurde die Robustheit der Regelung im Umgang mit Prognosefehlern nachgewiesen. Dafür werden Simulationen in einer einminütigen Auflösung über einen Zeitraum von einem Jahr unter Berücksichtigung von realen PV-Erzeugungs- und Lastprognosen durchgeführt.

In diesem Beitrag werden verschiedene PV-Erzeugungs- und Lastprognosen analysiert: perfekte, persistente und kommerzielle Prognosen. Perfekte Prognosen sind mit den Messwerten der PV-Erzeugung und der Last identisch, können der Referenz dienen, sind aber in der Praxis nicht realisierbar. Fehlerhafte Vorhersagen werden durch Anpassungen der Einspeiseschwelle während des Tages kompensiert, je nachdem, ob die überschüssige PV-Energie über- oder unterprognostiziert ist.

Prognosefehler beeinflussen die Qualität des Energiemanagements

Die durchgeführten Simulationen zeigen, dass eine Überschätzung der PV-Überschüsse den Selbstversorgungsgrad im Vergleich zu einer perfekten Prognose negativ beeinflusst. Eine Unterschätzung hingegen resultiert in höheren Abregelungsverlusten. Durch die Anwendung einer dynamischen Einspeisebegrenzung anstelle der konventionellen festen Einspeisebegrenzung durch Abregelung lassen sich bereits heute Einsparungen bei den jährlichen Betriebskosten erzielen.

Der finanzielle Vorteil durch die Nutzung von kommerziellen PV-Prognosen anstelle von persistenten PV-Prognosen ist gering. Die Verbesserung der Prognosegenauigkeit von lokal erstellten PV-Prognosen kann den Kauf von extern bereitgestellten PV-Prognosen für Wohnanwendungen überflüssig machen. Darüber hinaus scheinen Prognosen, die auf historischen Messungen basieren, im Vergleich zu externen Prognoseinformationen wesentlich einfacher in die Regelung implementierbar.

Prognosebasiertes Laden der Batteriespeicher ist aus mehreren Gründen zu empfehlen

Der Betrieb von PV-Batteriesystemen mit prognosebasierten Betriebsstrategien kann die direkte Nutzung der PV-Energie verbessern und gleichzeitig die Höhe der Einspeisespitzen verringern. Die dynamische Einspeisungsbegrenzung kann daher als eine wirtschaftlich effiziente Maßnahme zur Verbesserung der Netzintegration von PV-Batteriesystemen angesehen werden und kann gleichzeitig die Anschlusskapazitäten von Verteilnetzen für den zukünftigen PV-Ausbau erhöhen.