Angebot der Sonne
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Angebot der Sonne Energiemix heute (Quelle Bundesamt für Energie BFE) Energiemix morgen (Quelle Swissolar / solarwirtschaft.de) [ZUKUNFT] Angebot der Sonne [LICHT / WÄRME] (Quelle www. strom-online.ch) Angebot der Sonne [LICHT / WÄRME] Photovoltaik Energiequelle Energiewandlung Solarthermie Sonne (Globalstrahlung) Licht – Elektrisch Wärme – Wärme Solarmodul Sonnenkollektoren Ertrag pro Jahr 150 – 200 kWh / m2 500 – 600 kWh / m2 Anwendung Netzparallelschaltung Inselanlage (selten) Eigengebrauch Bezeichnung Panelen Aussehen Angebot der Sonne [STRAHLUNG] Die globale Bestrahlungsstärke G in unseren Breitengraden beträgt ca. 1000 W/m². Die eintreffende Strahlung ist abhängig von den Wetterbedingungen. (Quelle: www.volker-quaschning.de) Solarkonstante Weltall E0 = 1’367 W/m2 Erdatmosphäre Angebot der Sonne [STRAHLUNG] + Globalstrahlung Erde E = 1’000 W/m2 - Angebot der Sonne [STRAHLUNG] Technik [SYSTEMÜBERSICHT GRAFISCH] Technik [SYSTEMÜBERSICHT SCHEMATISCH] Technik [SYSTEMÜBERSICHT SCHEMATISCH] Technik [MODULE] Technik [MODULE] Test von Modulen Ein PV-Modul hat die Leistung von 1 Wp, wenn bei STC die maximale DC-Leistung 1 Watt beträgt. STC (Standard Test Conditions) Einstrahlung 1000 W / m2 Zelltemperatur 25 °C AirMass 1.5 Erntefaktor (Quelle: www.swissolar.ch) Technik Kristallines Silizium Herstellung [MODULE] Monokristallin Monokristallin «all black» Silizium in Form eines riesigen Kristalls (Einkristall) Polykristallin Silizium in Form vieler kleiner Kristalle (Kristallite) Aussehen Wirkungsgrad Schwachlichtverhalten 14 – 21% 12 - 18 % 12 - 17 % Einbussen bei diffusem Licht Wärmeverhalten Einbussen bei hohen Temperaturen Langzeitverhalten Stabil Hohe Lebensdauer Technik Dünnschichtmodule Herstellung [MODULE] a-Si CIS / CIGS CdTE Aufdampfen von Silizium auf Trägermaterial Kupfer-Indium(Gallium)Diselenid KadmiumTeluridzellen 4 – 10% 9 - 13 % 12 - 14 % Aussehen Wirkungsgrad Schwachlichtverhalten Geringe Einbussen bei diffusem Licht Wärmeverhalten Geringe Einbussen bei hohen Temperaturen Langzeitverhalten Langzeiterfahrung fehlt Technik [MODULE] Verschaltung von Modulen PV-Module können seriell und parallel miteinander verschalten werden. Bezüglich elektrotechnischen Berechnungen können dabei die kirchhoff‘schen Regeln angewendet werden − Maschenregel − Knotenregel Garantien Die Hersteller von PV-Modulen unterscheiden folgende unterschiedliche Garantien − Produktgarantie − Leistungsgarantie Technik [WECHSELRICHTER] Hauptfunktionen − Umwandlung von Gleichstrom DC in Wechselstrom AC − Synchronisierung mit Netzversorgung EVU für Netzparallelschaltung − Abschaltung bei Netzausfall seitens EVU Technik [WECHSELRICHTER] Zusatzfunktionen − Schutz der PV-Module und des Niederspannungs-Versorgungsnetzes − Optimierung der Leistungsentnahme aus PV-Modulen (Stichwort „MPPTracking“) − Messgerät für elektrische Kenndaten − Kommunikationsschnittstelle Ausführung − 1-phasig 230 V / 50 Hz − 3-phasig 3x 400/230 V / 50 Hz Technik [WECHSELRICHTER] Technik [WECHSELRICHTER] Vorteile Zentralwechselrichter Einfache und kurze AC-Verkabelung Wenige, übersichtliche Geräte Geringere Kosten für - AC-Verteilung - Wechselrichter pro Wp Nachteile Zentralwechselrichter Lange und aufwändige DC-Verkabelung Hohe DC-Verluste durch hohe DC-Ströme Zusätzliche Kosten für DC-Verteilerkästen Identische PV-Strings notwendig Hohe DC-Spannungen anzutreffen Mismatching-Verlust der parallelen Strings Bei Ausfall: Stillstand der gesamten Anlage Hohe Verluste bei Teilverschattung Geringere Wirkungsgrade als Stringkonzepte Niedrige Schutzklasse Vorteile Stringwechselrichter Einfachere und kürzere DC-Verkabelung Keine Kosten für DC-Verteilerkästen Niedrigere DC-Ströme Keine Mismatching-Verluste Strings unabhängig voneinander Strings müssen nicht identisch sein Bei WR-Ausfall: nur Teilausfall Höherer Wirkungsgrad als Zentralkonzept Hohe Schutzklassen verfügbar Nachteile Stringwechselrichter Viele Geräte zu montieren Viele Geräte anzuschliessen Hoher Verkabelungsaufwand Aufwändigere AC-Verkabelung Höhere Kosten für Wechselrichter Vorteile Modulwechselrichter Einfachere und kurze DC-Verkabelung Keine Kosten für DC-Verteilerkästen Niedrigere DC-Ströme Keine Mismatching-Verluste Modul unabhängig Module müssen nicht identisch sein Bei WR-Ausfall: nur Teilausfall Hohe Schutzklassen verfügbar Nachteile Modulwechselrichter Viele Geräte zu montieren Viele Geräte anzuschliessen Hoher Verkabelungsaufwand Aufwändigere AC-Verkabelung Höhere Kosten für Wechselrichter Nicht geeignet für Grossanlagen Technik [WECHSELRICHTER] Montagehinweise − Fester Montageuntergrund − Umgebungstemperatur max. -25 °C bzw. +60 °C − Abstände zu anderen Geräten, Schränken, Decken o. ä. von mindestens 200 mm − Freie Luftströmung des Gerätes gewährleisten, allenfalls Zwangsbelüftung bei Einbau − Verbrennungsgefahr: Kühlkörper des Gerätes kann Temperatur von 85 °C annehmen − Im Aussenbereich schützen − Eindringen von Feuchtigkeit während der Montage muss unbedingt verhindert werden Technik [ZULEITUNG VNB] Vorabklärungen beim zuständigen VNB über die Rückspeisemöglichkeiten (abhängig von der Physik – Kabelqualität, Länge, Querschnitt) lohnen sich auf jeden Fall. Gerade bei mittleren und grossen Anlagen, oder bei Anlagen abseits der Agglomerationen, kann es sein, dass die Anschlussleitungen verstärkt werden müssen. Dies hat Einfluss auf Kosten und Termine. Anschlussleitung EVU Energiefluss Energiefluss Technik [NETZANSCHLUSS] Einspeisezähler Verkauf der gesamten produzierten elektrischen Energie an den Abnehmer (KEV, EVU, etc.) zum vereinbarten Preis. Bezugszähler Bezug der elektrischen Energie vom örtlichen EVU zum üblichen Tarif. Achtung Verrechnungslösung Geldfluss ≠ Phys. Stromfluss (Quelle: www.sonnenernte.net) Technik [MONITORING] Funktionen − Kontrolle Ertragswerte − Fehlererkennung − Marketing Möglichkeiten − Inhouse − Internet − SmartPhone Einsatz von Datenlogger für den Anschluss der Wechselrichter. (Quelle: http://energiethemen.blogspot.ch) Technik [GROBBERECHNUNG] Eine erste Berechnung kann anhand von folgenden Faustformeln gemacht werden (Beispiel kristallines Silizium): Steildach / Fassaden Technik [GROBBERECHNUNG] Flachdach (Südausrichtung - 30° aufgestellt) Flachdach Ost-West Montage [EIGNUNG FLÄCHEN] Sind diese Dachflächen geeignet für die Installation einer Photovoltaik-Anlage? (Quelle www.geo.de) (Quelle Appenzeller Tagblatt 30. Mai 2012) Montage [EIGNUNG FLÄCHEN] (Quelle www.swissolar.ch) Montage [EIGNUNG FLÄCHEN] Beeinflussung des Ertrages durch − Horizont − Aufständerung − Aufbauten − Nachbargebäude − Bäume − Kirchturm − Masten (z.B. Freileitung) (Quelle www.solarfassade.info) Montage [EIGNUNG FLÄCHEN] Maximaler Ertrag − Ausrichtung Süden − Neigung 30° − Aufgesetzte Montage − Gerade Fläche − Keine Verschattungen Variante − Ost-West-Ausrichtung (Quelle www.swissolar.ch) Montage [EIGNUNG FLÄCHEN] Parallele Linien Integrierte Dachfenster Farbe (Quelle www.swissnews.ch) Flächen zusammenfassen Strom und Thermie abstimmen (Quelle www.eco-way.ch) Siehe Broschüre Denkmalpflege Montage [EIGNUNG FLÄCHEN] … oder so?! (Quelle www.baulinks.de) (Quelle www.neutral-bauen.de) (Quelle www.adfontes-lueneburg.de) Montage [EIGNUNG FLÄCHEN] Montage [MONTAGESYSTEME] Grundsätze Auf dem Markt existieren verschiedene Montagesysteme, die je nach Untergrund und Bedürfnis eingesetzt werden können. Ein Montagesystem − Darf die Aussenhaut (Wasserdichtigkeit) des Gebäudes nicht beschädigen – dies auch nicht bei Erschütterungen (Windlasten). − Darf die Statik des Gebäudes nicht nachteilig beeinflussen. − Muss nebst den PV-Modulen auch Wind- und Schneelasten aufnehmen können. − Sollte leicht zu installieren sein (Systemtauglichkeit). Montage Integrierte Anlagen − Aussenhaut Dach! − Allfällige Dachsanierungen zuerst vornehmen − Schneelasten beachten − Luftzirkulation sicher stellen [MONTAGESYSTEME] (Quelle http://vivanto-solar.de (Quelle www.kbsystem.ch) (Quelle www. baulinks.de) Montage [MONTAGESYSTEME] Aufgesetzte Anlagen − Allfällige Dachsanierungen zuerst vornehmen − Richtige Wahl Dachhaken, Befestigung, Montagesystem − Schneelasten beachten − Erhöhte Windlasten beachten (Quelle www.ll-adelsdorf.com) (Quelle www.sflex.com) (Quelle www.sfsunimarket.biz) (Quelle rrnetzwerk.de) (Quelle www.adfontes-lueneburg.de) Montage Flachdach − Hohe zusätzliche Lasten durch Beschwerungen (Statik Gebäude!) − Verletzungsgefahr der Aussenhülle des Gebäudes auch nach der Montage durch Erschütterungen und Vibrationen an den Auflagepunkten. Diese Punkte sind deshalb zu verstärken und der Druck durch Ausgleichsflächen zu verteilen [MONTAGESYSTEME] Montage Flachdach − Montagesysteme mit Kreuzverbund haben ein besseres Verhalten in Bezug auf Windlasten (stabiler, weniger Beschwerungen) − Windabweiserbleche verringern die Wirkung von Wind und Verwirbelungen − Allfällige Flachdachsanierungen zuerst vornehmen [MONTAGESYSTEME] Montage Flachdach − Abstand zum Boden kann sich im Winter positiv auswirken (keine Verluste bei abgerutschten Schneemaden) − Ost-West-Anlagen bieten grössere Installationsflächen für PV-Module − Achtung auf thermische Hülle bei Umkehrdächern [MONTAGESYSTEME] Montage [MONTAGESYSTEME] … oder auch Fassaden Der technologische Fortschritt ermöglicht heute die Nutzung von Photovoltaik auf gebogenen Oberflächen und Fenstern. Somit ist eine Integration als gestalterisches und formgebendes Element ins Gebäude möglich. (Quelle www.gwinner.com) (Quelle www.e-consulted.de) Montage [MONTAGESYSTEME] … oder auch Fassaden Solare Warmfassaden müssen alle an eine Fassade gestellten Anforderungen des Raumabschlusses erfüllen − Statik − Wärmedämmung − Wetterschutz − Schallschutz Solare Kaltfassaden erfüllen die Wetterschutzfunktion für den Warmbereich des Gebäudes. Montage [GEFAHREN] VKF Brandschutzmerkblatt «Solaranlagen» 28. Aug. 2012 - Elektrische Gefahren - Blitzschutz - Brandschutz - Elementarschutz - Feuerwehreinsatz (Quelle www.baulokal.de) Montage [GEFAHREN] Elektrische Gefahren − Ausführung der Installationen gemäss Niederspannungs-Installationsnorm (NIN 2015) − Installationen gemäss NIV nur unter fachkundiger Führung mit Installationsbewilligung des ESTI − Für Installationen Anlageschalter, Wechselrichter und DC-Teil genügt eingeschränkte Bewilligung nach NIV Art. 14 − PV-Module mit fertig konvektionierten Kabeln und Steckern darf gemäss ESTI jedermann installieren und zusammenstecken Montage [GEFAHREN] Blitzschutz − Falls ein Gebäude einen bestehenden äusseren Blitzschutz aufweist und / oder blitzschutzpflichtig ist, müssen PV-Systeme in diesen integriert werden − An verschiedenen Orten sind Überspannungsableiter SPD Typ 1 – 3 einzubauen (siehe Beispiele NIN 2015) − PV-Systeme müssen in den Potentialausgleich einbezogen werden Montage [GEFAHREN] Statik, Wind und Schnee − PV-Systeme verursachen meist zusätzliche Belastungen auf den Dächern (vor allem Flachdächern mit Beschwerungen) – diese müssen statisch abgeklärt werden − PV-Systeme sind je nach Montageart extremen Kräften durch Winde ausgesetzt und müssen dementsprechend montiert werden − Das Abrutschen von Schnee auf den glatten Flächen, die sich zudem bei Sonne schneller erwärmen, gefährdet unten liegende Plätze, Strassen, etc. Montage [GEFAHREN] Absturzsicherungen - Gemäss umfangreichen Richtlinien SUVA - Siehe zusätzliches FactSheet SUVA Asbest (Quelle SUVA) In der Schweiz ist die Verwendung von Asbest seit 1990 verboten. Bei Gebäuden, die vor 1990 gebaut wurden, muss aber auch heute noch mit unterschiedlichsten asbesthaltigen Materialien gerechnet werden. In solchen Gebäuden ist das Vorhandensein von Asbest die Regel und nicht die Ausnahme.
