Diplom-, Bachelor- oder Masterarbeit »Simulationsbasierte Optimierung eines Photovoltaik-Batterie-Energiesystems«

Kennziffer IMWS-2019-5

Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE suchen für ihr gemeinsames Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) eine Studentin/einen Studenten zur Bearbeitung eines wissenschaftlichen Themas in der Gruppe »Zuverlässigkeit von Solarmodulen und Systemen«.
Was Sie mitbringen
Für die Bearbeitung des Themas wird eine Studentin / ein Student der Elektro- oder Energietechnik oder einer verwandten Ingenieurswissenschaft, Informatik, Physik oder Mathematik mit Interesse an ingenieurstechnischen Fragestellungen und stochastisch-ökonomischen Auswertungen (Bereich: Erneuerbare Energien, Ertragssimulation, Ertragsauswertung) und an komplexen Simulationen mit hohem Anwendungsgrad gesucht. Fundierte Kenntnisse in den Bereichen Photovoltaik, PV-Systeme und Batteriespeicher sowie gute Programmierkenntnisse (Python, Java oder Ähnliches) werden vorausgesetzt. Kenntnisse im Bereich Stochastik sind wünschenswert.
Was Sie erwarten können
Photovoltaik (PV) ist eine der Kerntechnologien zur erfolgreichen Umsetzung der Ziele der Energiewende. PV-Systeme tragen heute schon maßgeblich zur Stromversorgung in Deutschland bei. Allerdings wird der Strom nicht unbedingt zum selben Zeitpunkt erzeugt, wie der Strom auch verbraucht wird. Im schlimmsten Fall kann der Strom nicht genutzt werden. Im kommerziellen Bereich wird Strom entweder auf der Börse gehandelt oder mit Hilfe von Direktvermarktung an den Kunden durchgereicht. Hier ist die Volatilität der Stromgestehung und des Strompreises eine wirtschaftliche Barriere, die eine weitere Integration von PV-Anlagen verhindert. Ziel der Arbeit ist es, die essentiellen Einflüsse zu identifizieren und Verbesserungsstrategien zu simulieren.

Eine solche Situation kann entweder durch verbesserte Vorhersagbarkeit, die Integration in lokale Energiesysteme oder die Nutzung von Speicherlösungen verbessert werden. Diese Möglichkeiten sollen in dieser Arbeit simuliert und bewertet werden. Dies benötigt eine Simulation der einzelnen Komponenten des Systems: PV-System, Batterie, Netzzustand sowie auch die Vorhersage des Nutzerverhaltens und der Witterungsverhältnisse. Jede Komponente geht dabei mit einer Anzahl von Parametern und Annahmen (bspw. Kapazität, Effizienz, Genauigkeit) in die Abschätzung des Gesamtertrags ein. Je nach Wahl der Parameter und Annahmen variiert dabei das Ertragsergebnis und die damit verbundene Endgenauigkeit.

Umfang der Arbeit ist die Entwicklung und Simulation eines Energiesystemmodells, welches die oben genannten Komponenten berücksichtigt. Dabei soll jede Komponente entsprechend ihrer Eigenschaften auf ihre Input- und Output-Größen hin simuliert werden sowie die Unsicherheit der Simulation bewertet werden. Dieses Modell soll abschließend verwendet werden, um verschiedene Betriebsführungsszenarien zu bewerten und anhand wirtschaftlicher Kriterien zu bewerten.

Im Wesentlichen umfasst das Aufgabenfeld:

• Einarbeitung und Zusammenstellung der relevanten Modellkomponenten (PV-System, Batterie, Strombedarf, Vorhersagemodelle, Strompreise)
• Entwicklung und Programmierung eines parametrisierten Modells und derer Stoffflüsse (objektorientierte, modulare Programmierung) unter Berücksichtigung der Modellunsicherheiten
• Simulation verschiedener Szenarien und Sensitivitätsanalyse kritischer Parameter (Einstrahlung, Strombedarf und -preis, technische Kenngrößen)
• Stochastische Simulation der Unsicherheit (Monte-Carlo-Simulation) zur Abschätzung der Gesamtunsicherheit
• Vergleich der Szenarien anhand technischer und wirtschaftlicher Größen

Die wissenschaftliche Aufgabenstellung und der Zeitumfang können entsprechend der Vorgaben der Bachelor-, Masterarbeit oder Diplomarbeit entsprechend angepasst werden. Die Verbindung mit einem vorangestellten Praktikum ist möglich.

Die Vergütung richtet sich nach der Gesamtbetriebsvereinbarung zur Beschäftigung der Hilfskräfte.
Die Stelle ist auf 6 Monate befristet.

Fraunhofer ist die größte Organisation für anwendungsorientierte Forschung in Europa. Unsere Forschungsfelder richten sich nach den Bedürfnissen der Menschen: Gesundheit, Sicherheit, Kommunikation, Mobilität, Energie und Umwelt. Wir sind kreativ, wir gestalten Technik, wir entwerfen Produkte, wir verbessern Verfahren, wir eröffnen neue Wege.

Fragen zu dieser Stelle beantwortet Ihnen:

Herr David Daßler
Tel.: 0345 5589-5214


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Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Halle

http://www.imws.fraunhofer.de

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