23. Dez. 2022
Huawei veranstaltete die Top 10 Trends of Smart PV (Photovoltaic) Conference mit dem Thema „Beschleunigung der Solarenergie als wichtige Energiequelle“. Auf der Konferenz teilte Chen Guoguang, Präsident von Huawei Smart PV + ESS Business, die Erkenntnisse von Huawei zu den 10 Smart PV-Trends aus der Perspektive der Multi-Szenario-Zusammenarbeit, der digitalen Transformation und der verbesserten Sicherheit.
Da der Anteil erneuerbarer Energien weiter zunimmt, verzeichnet die PV-Industrie ein boomendes Wachstum, doch die Branche steht noch immer vor vielen Herausforderungen, darunter die weitere Reduzierung der Stromgestehungskosten (LCOE), die Verbesserung der Betriebs- und Wartungseffizienz und die Wartung der Stabilität des Stromnetzes durch die zunehmende Einspeisung erneuerbarer Energien und wie die durchgängige Systemsicherheit gewährleistet werden kann.
Inmitten des schnellen Wachstums der PV-Industrie bringen diese Herausforderungen auch Chancen mit sich, sagte Chen Guoguang. Als zukunftsorientiertes Unternehmen ist Huawei daran interessiert, unsere Erkenntnisse und Gedanken mit unseren Partnern sowie mit Organisationen und Einzelpersonen zu teilen, die an umweltfreundliche und nachhaltige Entwicklung interessiert sind.
Trend 1: PV + ESS-Generator
Da immer mehr erneuerbare Energien in die Stromnetze eingespeist werden, ergeben sich verschiedene komplexe technische Probleme hinsichtlich der Systemstabilität, der Leistungsbilanz und der Netzqualität.
Daher wird ein neuer Steuerungsmodus benötigt, um die Wirk-/Blindleistungssteuerung und Reaktionsfähigkeit zu erhöhen und Frequenz- und Spannungsschwankungen aktiv abzumildern. Mit der Integration von PV und ESS sowie der Grid Forming-Technologie können wir 'Smart PV + ESS Generatoren' gestalten, die Spannungsquellensteuerung anstelle von Stromquellensteuerung verwenden, starke Trägheitsunterstützung, transiente Spannungsstabilisierung und Kapazitäten für Durchfahren von Fehlern bieten. Dadurch wird die PV von netzfolgender zu netzbildender Energie umgewandelt, was dazu beiträgt, die PV-Einspeisung zu erhöhen.
Ein Meilenstein in der Praxis dieser Technologien war das Red Sea-Projekt in Saudi-Arabien, für das Huawei als einer der Hauptpartner ein komplettes Lösungspaket einschließlich Smart PV-Controller und Lithium-Batterie-Energiespeichersystem (BESS) bereitstellte. Dieses Projekt nutzt 400 MW PV und 1,3 GWh ESS, um das Stromnetz zu unterstützen, das die herkömmlichen Dieselgeneratoren ersetzt und sauberen und stabilen Strom für 1 Million Menschen liefert, wodurch die weltweit erste Stadt gebaut wird, die zu 100 % mit erneuerbarer Energie versorgt wird.
Trend 2: Hohe Dichte und Zuverlässigkeit
Hohe Leistung und Zuverlässigkeit der Ausrüstung in PV-Anlagen werden zum Trend. PV-Wechselrichter als Beispiel: Heutzutage wird die DC-Spannung von Wechselrichtern von 1100 V auf 1500 V erhöht. Durch den Einsatz neuer Materialien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) sowie die vollständige Integration von Digital-, Leistungselektronik- und Wärmemanagementtechnologien wird es geschätzt, dass die Leistungsdichte von Wechselrichtern in den nächsten fünf Jahren um etwa 50 % steigen wird und die hohe Zuverlässigkeit beibehalten werden kann.
Die 2,2-GW-PV-Anlage in Qinghai, China, liegt 3100 m über dem Meeresspiegel und verfügt über 9216 intelligente PV-Regler (Wechselrichter) von Huawei, die in dieser rauen Umgebung stabil laufen. Die Gesamtverfügbarkeitsstunden von Huawei-Wechselrichtern übersteigen 20 Millionen Stunden und die Verfügbarkeit erreicht 99,999 %.
Trend 3: Leistungselektronik auf Modulebene (MLPE)
Angetrieben von Branchenrichtlinien und technologischem Fortschritt hat die dezentrale PV in den letzten Jahren eine starke Entwicklung erlebt. Wir stehen vor Herausforderungen wie Verbesserung der Nutzung von Dachressourcen, Sicherstellung einer hohen Energieausbeute und Sicherheit des PV + ESS-Systems. Daher ist ein verfeinertes Management ein Muss.
In einem PV-System bezieht sich Leistungselektronik auf Modulebene (MLPE) auf leistungselektronische Geräte, die eine verfeinerte Steuerung an einem oder mehreren PV-Modulen durchführen können, einschließlich Mikro-Wechselrichter, Leistungsoptimierer und Trennschalter. MLPE bringt einzigartige Vorteile wie Stromerzeugung auf Modulebene, Überwachung und sichere Abschaltung. Da PV-Systeme immer sicherer und intelligenter werden, wird die Penetrationsrate von MLPE auf dem dezentralen PV-Markt bis 2027 voraussichtlich 20 % bis 30 % erreichen.
Trend 4: String-Energiespeicherung
Im Vergleich zu herkömmlichen zentralisierten ESS-Lösungen verwendet die Smart String ESS-Lösung eine verteilte Architektur und ein modulares Design. Es verwendet innovative Technologien und digitales intelligentes Management, um die Energie auf Batteriepack-Ebene zu optimieren und die Energie auf Rack-Ebene zu steuern. Dies führt zu mehr Entladungsenergie, optimalen Investitionen, einfacher Bedienung und Wartung sowie Sicherheit und Zuverlässigkeit während des gesamten Lebenszyklus des ESS.
Im Jahr 2022 implementiert das Smart String ESS im 200 MW/200 MWh ESS-Projekt in Singapur zum Zweck der Frequenzregelung und Spinning Reserve und in dem größten BESS-Projekt in Südostasien ein raffiniertes Lade- und Entlademanagement, um eine konstante Leistungsausgabe für längere Zeit zu erreichen und die Vorteile der Frequenzregulierung sicherzustellen. Darüber hinaus reduziert die automatische SOC-Kalibrierungsfunktion auf Akkuebene die Arbeitskosten und verbessert die O&M-Effizienz erheblich.
Trend 5: Raffiniertes Management auf Zellebene
Ähnlich wie bei PV-Systemen, die sich in Richtung MLPE entwickeln, werden sich Lithium-BESSs in Richtung einer kleineren Managementebene entwickeln. Nur ein verfeinertes Management auf Batteriezellenebene kann die Effizienz- und Sicherheitsprobleme besser bewältigen. Derzeit kann das traditionelle Batteriemanagementsystem (Battery Management System, BMS) nur begrenzte Daten zusammenfassen und analysieren, und es ist fast unmöglich, Fehler frühzeitig zu erkennen und Warnungen zu generieren. Daher muss BMS sensibler, intelligenter und sogar vorausschauender sein. Dies hängt von der Sammlung, Berechnung und Verarbeitung einer großen Datenmenge und KI-Technologien ab, um den optimalen Betriebsmodus zu finden und Prognosen zu erstellen.
Trend 6: PV + ESS + Grid-Integration
Auf der Seite der Stromerzeugung sehen wir immer mehr Praktiken zum Aufbau sauberer Energiebasen von PV + ESS, die Lastzentren über UHV-Stromübertragungsleitungen mit Strom versorgen. Auf der Stromverbrauchsseite werden virtuelle Kraftwerke (VPPs) in vielen Ländern immer beliebter. VPPs kombinieren massive verteilte PV-Systeme, ESSs und steuerbare Lasten und implementieren eine flexible Planung für Stromerzeugungs- und Speichereinheiten, um Peak Shaving usw. zu erreichen.
Daher integriert der Aufbau eines stabilen Energiesystems PV + ESS + Grid, um die PV-Stromversorgung und die Einspeisung in das Netz zu unterstützen, und wird zu einer Schlüsselmaßnahme zur Gewährleistung der Energiesicherheit. Wir können Digital-, Leistungselektronik- und Energiespeichertechnologien integrieren, um eine Multi-Energie-Ergänzung zu erreichen. Virtuelle Kraftwerke (VPPs) können die Leistung von massive verteilten PV + ESS-Systemen mithilfe von verschiedenen Technologien, einschließlich 5G, KI und Cloud-Technologien, intelligent verwalten, betreiben und handeln, die in mehr und mehr Ländern in die Praxis eingeführt werden.
Trend 7: Verbesserte Sicherheit
Sicherheit ist der Eckpfeiler der Entwicklung der PV- und ESS-Branche. Dies erfordert, dass wir alle Szenarien und Verknüpfungen systematisch betrachten und Leistungselektronik, Elektrochemie, Wärmemanagement und digitale Technologien vollständig integrieren, um die Systemsicherheit zu verbessern. In einer PV-Anlage machen Fehler auf der DC-Seite mehr als 70 % aller Fehler aus. Daher muss der Wechselrichter die intelligente String-Trennung und die automatische Steckererkennung unterstützen. In verteilten PV-Szenarien wird die AFCI-Funktion (Arc Fault Circuit Breaker) zur Standardkonfiguration, und die Schnellabschaltfunktion auf Modulebene gewährleistet die Sicherheit von Wartungspersonal und Feuerwehrleuten. Im ESS-Szenario müssen mehrere Technologien wie Leistungselektronik, Cloud und KI verwendet werden, um ein verfeinertes ESS-Management von Batteriezellen bis hin zum gesamten System zu implementieren. Der traditionelle Schutzmodus, der auf passiver Reaktion und physischer Isolierung basiert, wird in einen aktiven automatischen Schutz geändert, der ein mehrdimensionales Sicherheitsdesign von der Hardware bis zur Software und von der Struktur bis zum Algorithmus implementiert.
Trend 8: Sicherheit und Vertrauenswürdigkeit
Neben dem Nutzen bergen PV-Systeme auch verschiedene Risiken in sich, darunter Gerätesicherheit und Informationssicherheit. Gerätesicherheitsrisiken beziehen sich hauptsächlich auf das Abschalten aufgrund von Fehlern. Informationssicherheitsrisiken beziehen sich auf externe Netzwerkangriffe. Um mit diesen Herausforderungen und Bedrohungen fertig zu werden, müssen Unternehmen und Organisationen einen vollständigen Verwaltungsmechanismus für „Sicherheit und Vertrauenswürdigkeit“ einrichten, einschließlich der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Sicherheit und Belastbarkeit von Systemen und Geräten. Wir müssen auch den Schutz der Personen-, Umwelt- und Datensicherheit umsetzen.
Trend 9: Digitalisierung
Konventionelle PV-Anlagen haben eine große Menge an Ausrüstung und es fehlen Informationserfassungs- und Berichtskanäle. Die meisten Geräte können nicht miteinander „kommunizieren“, was sehr schwierig ist, ein raffiniertes Management zu implementieren.
Mit der Einführung fortschrittlicher digitaler Technologien wie 5G, dem Internet der Dinge (IoT), Cloud Computing, Sensortechnologien und Big Data können PV-Anlagen Informationen senden und empfangen, indem sie „Bits“ (Informationsflüsse) verwenden, um „Watt“ (Energie fließt) zu verwalten. Die gesamte Verknüpfung Erzeugung-Übertragung-Speicherung-Verteilung-Verwendung ist sichtbar, verwaltbar und steuerbar.
Trend 10: KI-Anwendung
Während sich die Energiebranche auf ein Zeitalter der Daten zubewegt, ist die Frage, wie die Daten besser gesammelt, genutzt und der Datenwert maximiert werden können, zu einem der wichtigsten Anliegen der gesamten Branche geworden.
KI-Technologien können in großem Umfang auf den erneuerbaren Energiefeldern angewendet werden und spielen eine erforderliche Rolle im gesamten Lebenszyklus von PV + ESS, einschließlich Herstellung, Bau, Betrieb und Wartung, Optimierung und Betrieb. Die Konvergenz von KI und Technologien wie Cloud-Computing und Big Data vertieft sich, und die Werkzeugkette mit den Schwerpunkten auf Datenverarbeitung, Modelltraining, Bereitstellung und Betrieb sowie Sicherheitsüberwachung wird bereichert. Im Bereich der erneuerbaren Energien wird KI ebenso wie Leistungselektronik und digitale Technologien einen tiefgreifenden Wandel der Branche vorantreiben.
Am Ende bemerkte Chen Guoguang, dass die konvergenten Anwendungen von 5G, Cloud und KI eine Welt formen, in der alle Dinge spüren, alle Dinge miteinander verbunden und alle Dinge intelligent sind. Es kommt schneller als wir denken. Huawei identifiziert die Top 10 Trends der PV-Branche und beschreibt eine umweltfreundliche und intelligente Welt in naher Zukunft. Wir hoffen, dass sich Menschen aus allen Gesellschaftsschichten zusammentun, um gemeinsam die Ziele der Klimaneutralität zu erreichen und eine umweltfreundlichere, bessere Zukunft aufzubauen.
