Huiseigenaren en bedrijven kunnen nu gemakkelijker zonnepanelen op daken krijgen dankzij software die is ontwikkeld bij Sandia.

De nieuwe software kan een gedetailleerde, seconde-voor-seconde simulatie, bekend als quasi-statische tijdreeksanalyse, die nutsbedrijven laat zien hoe zonnepanelen op het dak van een specifiek huis of bedrijf het hele jaar door in wisselwerking staan ​​met een lokaal elektriciteitsnet.

Nutsbedrijven hebben de analyse nodig omdat ze elektriciteit moeten leveren met de standaardspanning die wordt gebruikt om alles te laten werken, van koelkasten tot telefoonopladers. Grote hoeveelheden zonne-energie in een deel van een stad kunnen leiden tot extreme spanningsschommelingen, die huishoudelijke elektronica kunnen beschadigen.

Dit type rasteranalyse was niet praktisch buiten onderzoeksinstellingen, tot nu, omdat eerdere modellen dagen nodig hadden om een ​​enkel scenario uit te voeren. De nieuwe simulaties zijn gedetailleerder dan die van nutsbedrijven, en Sandia-onderzoekers hopen dat ze zullen resulteren in meer zonnepaneleninstallaties.

“Bij het plaatsen van nieuwe zonnepanelen op het net, nutsbedrijven zullen analyseren hoe een nieuw systeem interageert met het net, meestal door een momentopname te maken, power-flow-simulatie om te bepalen of de effecten in orde zijn of niet, "zei Sandia-ingenieur Matthew Reno. "Echter, het maken van een momentopname van één exemplaar in de tijd is conservatief vanwege de onzekerheid over effecten die op verschillende tijdstippen op zonnepanelen plaatsvinden, zoals het weer. Dit kan leiden tot hogere aansluitkosten of huiseigenaren die in delen van de stad wonen met onnodig lage limieten voor het plaatsen van zonnepanelen, vooral in zonnige staten."

In een driejarig project gefinancierd door DOE's Solar Energy Technologies Office als onderdeel van het Grid Modernization Lab Consortium, Sandia, het Nationaal Laboratorium voor Hernieuwbare Energie, Georgia Tech-universiteit, het Electric Power Research Institute en CYME International, de grootste softwareleverancier voor nutsbedrijven, heeft een vierdelige benadering gevolgd om tijdreeksanalyses te versnellen om nauwkeuriger te leren hoe het gebruik van zonne-energie het net beïnvloedt.

"Het project pakte vier hoofdgebieden aan om de analyse van tijdreeksen sneller te maken - met het idee dat elk van de vier gebieden onafhankelijk werd ontwikkeld - en vervolgens werden ze gecombineerd, ' zei Reno. 'Bijvoorbeeld, als elke methode de analyse 10 keer sneller maakt, als we twee methoden combineren, het zou 100 keer sneller kunnen zijn."

Een analyse loopt nu 1, 000 keer sneller dan twee jaar geleden, zei Reno. De software kan een simulatie die vroeger 36 uur duurde, in minder dan vijf minuten voltooien op een standaard desktopcomputer.

Een jaar op de grid simuleren

Het team overwoog eerst hoe te verminderen hoe vaak de stroom van het elektriciteitsnet in de loop van de tijd moest worden gesimuleerd. In plaats van elke seconde van het jaar afzonderlijk te simuleren, de software beweegt zich in een gevarieerd tempo door het gesimuleerde jaar, rekening houdend met of het dag of nacht is of dat het in die tijd van het jaar bewolkt of zonnig is.

"Je kunt op sommige punten sneller door de tijd springen en de rekeninspanning daar plaatsen waar dat het meest nodig is, gebruikmakend van op gebeurtenissen gebaseerde simulatie of variabele tijdstappen, " zei Reno. "Tijdens bewolkte perioden met wisselende hoeveelheden zonlicht, de simulatie vertraagt ​​en bekijkt de impact van seconde tot seconde. Wanneer er een lage variabiliteit is, zoals 's nachts wanneer alles redelijk stabiel is, de simulatie kan vooruit springen met grotere tijdstappen, het programma efficiënter te maken."

Het tweede deel van het project was gericht op het sneller maken van de individuele simulaties door de formules te updaten die werden gebruikt om de vermogensstroom te berekenen. Het team werkte samen met de ontwikkelaars van de meest gebruikte commerciële en open-source software voor elektrische distributiesystemen om input en output te verbeteren, geheugenbeheer en algoritmen voor grote datasets.

De derde uitdaging was gericht op het verminderen van de complexiteit van het elektriciteitsnetmodel dat de software gebruikt met behoud van de nauwkeurigheid. De kleinere, een efficiënter model helpt de software om problemen sneller op te lossen door de analyse te concentreren op kritieke delen van het netwerk.

Het vierde deel van het project was gericht op het veranderen van de manier waarop een standaard bedrijfscomputer de analyse uitvoert om ervoor te zorgen dat alle verwerkingskernen worden gebruikt.

"Bij quasi-statische tijdreeksanalyse, elke seconde is afhankelijk van de vorige, wat betekent dat alles achter elkaar moest gebeuren, op één processor, op een enkele kern, "Zei Reno. "Je desktopcomputer kan zeven andere kernen hebben die niets doen, terwijl een enkele kern de simulatie het hele jaar alleen uitvoert."

De nieuwe software scheidt delen van het jaar of delen van het net, wijst ze toe aan elk van de beschikbare rekenkernen en voert ze parallel uit.

Evaluatie van smart grid-besturingen en nieuwe technologie

Hoewel de focus van het project lag op het ondersteunen van zonne-energie op het dak, Reno zei dat de nieuwe software ook nieuwe technologie en smart grid-controles kan evalueren.

"Als we naar de toekomst kijken met nieuwe smart grid-toepassingen en -besturingen, nutsbedrijven zullen tijdreeksanalyses moeten blijven gebruiken om te zien hoe het opladen van nieuwe elektrische auto's van invloed zal zijn op buurten, onderzoek naar de beste regelingen en toepassingen voor energieopslag of bepaal hoe smart home regelt, zoals thermostaten en lampen, kunnen profiteren van hun netwerken, " zei Reno. "Om de nieuwe voordelen en beheersbaarheid van het slimme netwerk te begrijpen, deze bedrijven zullen het eerst moeten kunnen simuleren."