Solpaneler på taget får et løft fra værktøj, der viser et år på nettet på få minutter

Husejere og virksomheder kan nu have lettere ved at få solpaneler på tagene takket være software udviklet hos Sandia.

Den nye software kan køre en detaljeret, sekund for sekund simulering, kendt som kvasistatisk tidsserieanalyse, der viser forsyningsselskaber, hvordan solpaneler på taget i et bestemt hus eller en virksomhed ville interagere med et lokalt elnet i løbet af året.

Forsyningsselskaber har brug for analysen, fordi de skal levere elektricitet til den standardspænding, der bruges til at drive alt fra køleskabe til telefonopladere. Store mængder solenergi i en del af en by kan føre til ekstreme spændingsudsving, som kan beskadige husholdningselektronik.

Denne type netanalyse har ikke været praktisk uden for forskningsmiljøer, indtil nu, fordi tidligere modeller tog dage at køre et enkelt scenarie. De nye simuleringer er mere detaljerede end dem, der anvendes af forsyningsselskaber, og Sandia-forskere håber, at de vil resultere i flere solpanelinstallationer.

"Når du installerer nye solpaneler på nettet, forsyningsselskaber vil analysere, hvordan et nyt system interagerer med nettet, typisk ved at lave et snapshot, effekt-flow-simulering for at bestemme, om påvirkningerne vil være OK eller ej, " sagde Sandia-ingeniør Matthew Reno. "Men, at lave et øjebliksbillede af et tilfælde i tid er konservativt på grund af usikkerheden om påvirkninger, der sker på forskellige tidspunkter på solpaneler, såsom vejret. Dette kan føre til øgede tilslutningsomkostninger eller at boligejere, der bor i dele af byen, har unødvendigt lave grænser for tilføjelse af solpaneler, især i solrige stater."

I et treårigt projekt finansieret af DOE's Solar Energy Technologies Office som en del af Grid Modernization Lab Consortium, Sandia, National Renewable Energy Laboratory, Georgia Tech University, Electric Power Research Institute og CYME International, den største softwareleverandør til forsyningsselskaber, tog en firedelt tilgang til at fremskynde tidsserieanalyser for at lære mere præcist, hvordan brug af solenergi påvirker nettet.

"Projektet tacklede fire hovedområder for at gøre tidsserieanalyse hurtigere - med tanken om, at hvert af de fire områder blev udviklet uafhængigt - og derefter blev de kombineret, " sagde Reno. "F.eks. hvis hver metode gør analysen 10 gange hurtigere, når vi kombinerer to metoder, det kunne være 100 gange hurtigere."

En analyse kører nu 1, 000 gange hurtigere end for to år siden, sagde Reno. Softwaren kan tage en simulering, der plejede at tage 36 timer og gennemføre den på mindre end fem minutter på en almindelig stationær computer.

Simulerer et år på nettet

Holdet overvejede først, hvordan man kunne reducere, hvor ofte elnettets strømflow skulle simuleres over tid. I stedet for at simulere hvert sekund af året individuelt, softwaren bevæger sig gennem det simulerede år i et varieret tempo, under hensyntagen til, om det er nat eller dag eller sandsynligvis vil være overskyet eller solrigt på den tid af året.

"Du kan springe hurtigere gennem tiden på nogle punkter og lægge den beregningsmæssige indsats, hvor det er mest nødvendigt, ved hjælp af hændelsesbaseret simulering eller variabelt tidstrin, " sagde Reno. "I overskyede perioder med varierende mængder af sollys, simuleringen sænker farten og ser på påvirkningen sekund for sekund. Når der er lav variabilitet, som om natten, hvor alt er nogenlunde stabilt, simuleringen kan hoppe fremad med større tidstrin, gør programmet mere effektivt."

Anden del af projektet fokuserede på at gøre de enkelte simuleringer hurtigere ved at opdatere de formler, der blev brugt til at beregne effektflowet. Holdet arbejdede med udviklerne af den mest almindeligt anvendte kommercielle og open source elektriske distributionssystemsoftware for at forbedre input og output, hukommelsesstyring og algoritmer til store datasæt.

Den tredje udfordring fokuserede på at reducere kompleksiteten af ​​den strømnetmodel, softwaren bruger, samtidig med at dens nøjagtighed bevares. Jo mindre, mere effektiv model hjælper softwaren med at løse problemer hurtigere ved at fokusere sin analyse på kritiske dele af nettet.

Den fjerde del af projektet fokuserede på at ændre, hvordan en standard virksomhedscomputer kører analysen for at sikre, at alle behandlingskernerne bliver brugt.

"I kvasi-statisk tidsserieanalyse, hvert sekund er afhængig af den, der kom før, hvilket betyder at alt skulle gøres sekventielt, på en enkelt processor, på en enkelt kerne, " sagde Reno. "Din stationære computer kunne have syv andre kerner siddende der og lave ingenting, mens en enkelt kerne udførte simuleringen for hele året af sig selv."

Den nye software adskiller dele af året eller dele af nettet, tildeler dem til hver af de tilgængelige computerkerner og kører dem parallelt.

Evaluering af smart grid-styring og ny teknologi

Mens fokus for projektet har været på at understøtte solenergi på taget, Reno sagde, at den nye software også kan evaluere ny teknologi og smart grid-kontrol.

"Når vi ser på fremtiden med nye smart grid-applikationer og kontroller, forsyningsselskaber vil fortsat have behov for at bruge tidsserieanalyser til at se, hvordan ny elbilopladning vil påvirke kvarterer, undersøg de bedste styringer og applikationer til energilagring eller afgør, hvordan smarte hjem styrer, som termostater og lys, kan gavne deres net, " sagde Reno. "For at forstå de nye fordele og kontrollerbarhed ved det smarte net, disse virksomheder skal være i stand til at simulere det først."