Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprojekts des RWE (erste Ausbaustufe der Photovoltaik-Anlage in Kobern-Gondorf mit einer Leistung von 330 kWp). Ziel war es, auf Basis der Beschreibung der Systemkomponenten und Einflüsse einer Photovoltaik-Anlage den Gesamteinfluss auf den Energiegewinn zu untersuchen. Die Ergebnisse können zur Systemoptimierung - die aus Kostengründen besondere Bedeutung zukommt - eingesetzt werden.

Die Dimensionierung einer Photovoltaik-Anlage setzt die Kenntnisse der Eigenschaften aller Systemkomponenten und die Einflüsse (klimatisch und elektrisch) voraus. Das stark schwankende Energieangebot der Einstrahlung erschwert die Auslegung eines photovoltaischen Systems.

Auf Grundlage physikalischer und elektrotechnischer Modelle wurden in dieser Arbeit die zur Beschreibung notwendigen Funktionen und Kennlinien einer Photovoltaik-Anlage mit direkter Netzkopplung abgeleitet und damit ein computergestütztes Simulationsmodell der Anlage erstellt.

Zur Umrechnung der Strahlungsdaten einer horizontalen Fläche auf die geneigte, fest ausgerichtete Solarmodulfläche wurden zwei Modelle ins Simulationsmodell der PV-Anlage eingebracht. Die Einstrahlungsmodelle verwenden den jeweiligen Sonnenstand und unterscheiden sich in der Bewertung der Einstrahlungsverteilung des Himmels und der Umgebung (isotrop/anisotrop). Zur gesonderten Berücksichtigung der Strahlungsverluste durch Verschmutzung, Reflexion und Absorption der Solarmodulabdeckung wurden entsprechende Teilmodelle entwickelt. Die Berechungen wurden in Abhängigkeit des Einstrahlwinkels der direkten Sonnenstrahlung durchgeführt. Die Zellentemperatur, die mit der Einstrahlung den Arbeitspunkt auf der Generatorkennlinie festlegt, wurde außerdem im Simulationsmodell gesondert berücksichtigt.

Meßtechnische Untersuchungen, die an einem Solarmodul AEG 10/40/01 durchgeführt wurden, zeigen im Rahmen der Meßgenauigkeit eine gute Übereinstimmung mit den simulieten DC-Leistungen des Moduls im gesamten Einstrahlungs- und Temperaturbereich.

Mit dem Test-Referenz-Jahr von Trier wurde mit dem erstellten Simulationsmodell der maximale Jahresenegiegewinn einer Photovoltaik-Anlage berechnet und der Einfluss der Teilmodelle auf den jährlichen Energiegewinn untersucht (Parameteranalyse).

Als Untersuchungsergebnis ist festzustellen, dass bei der Modellsimulation einer PV-Anlage die höchsten Genauigkeitsanforderungen an das verwendete Einstrahlungsmodell und an das Kennlinienmodell des Solarmoduls zu stellen sind. Dem gegenüber kann die gesonderte Berücksichtigung der Einflussgrößen, die abhängig vom Einstrahlwinkel der direkten Sonnenstrahlung sind, fast vernachlässigt werden.

Die Untersuchung der Betriebsart des Wechselrichters mit dem Simulationsprogramm zeigen, dass der Jahresenergiegewinn nur um 3 % geringer ausfällt, wenn der Generator mit konstanter Arbeitspunktspannung von 370 V betrieben wird gegenüber dem Generatorbetrieb im Punkt maximaler Leistung (MPP).