Planung und Errichtung von Photovoltaikanlagen 7 - VH
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Planung und Errichtung von Photovoltaikanlagen 1.4 7 Ermittlung der Dachflächeneigenschaften Für die weitere Planung werden die Gebäudeabmessungen und Details der nach Süden ausgerichteten Dachfläche des Wohnhauses benötigt. Bild 9: Skizze der Gebäudeumgebung Sollte der Gebäudeeigentümer keine Gebäudepläne zur Verfügung stellen können, dann kann die geografische Ausrichtung mit einem Kompass und der Dachneigungswinkel mit einem Winkelmesser ermittelt werden. Die Gebäude- und Dachabmessungen können relativ schnell mit einem Bandmaß ermittelt werden. Bild 7: Gebäudegrundriss des Wohnhauses Hinweis Aufgabe 4: Ermitteln Sie anhand des Gebäudegrundrisses und der in Aufgabe 3, → S. 6 ermittelten Dachneigung die zur Verfügung stehende Dachfläche. Beachten Sie, dass durch die Dachneigung die – in der Draufsicht dargestellten – Grundflächen nicht der tatsächlichen Dachbreite entsprechen. Ergänzen Sie das Ortsbegehungsprotokoll (Bild 8) entsprechend. Ihr Meister erklärt Ihnen, das insbesondere aus der Dachfläche herausstehende Objekte, wie Schornsteine, Antennen oder Lüftungsrohre, aufzunehmen sind, da diese die Solarmodule verschatten können und somit den Ertrag erheblich beeinflussen. Aus dem gleichen Grund sind umstehende Objekte wie Bäume, Freileitungsmasten oder Nachbargebäude in einem Radius von 50 m im Protokoll einzuzeichnen. Die Dachflächenbreite oder die Breite von Objekten auf der Dachfläche lassen sich unter Zuhilfenahme von Kupa-Rohren von der Traufenkante aus ermitteln. Schieben Sie hierzu einfach das zusammengesteckte Rohr bis an die Giebelspitze, markieren das Ende und messen am Boden die Rohrlänge aus. Der Zustand und die Statik der Dachfläche sollten durch einen Zimmermann oder Statiker dahingehend überprüft werden, dass die zusätzliche Belastung durch die PVModule von der Dachkonstruktion getragen werden kann und die Restlebensdauer der Dacheindeckung mindestens der angesetzten Betriebszeit der Photovoltaikanlage entspricht. Aufgabe 5: Ihr Meister erklärt Ihnen, dass auch eine Nutzung von Flachdächern möglich ist. Die fehlende Dachneigung wird durch Montagegestelle, mit einem Modulanstellwinkel von ungefähr 30°, ausgeglichen. Skizzieren Sie das Wohngebäude im Ortsbegehungsprotokoll (Bild 9) und vervollständigen Sie die Angaben zu Objekten, die zur Verschattung führen können. Diese Gestelle sind aufgrund der Windfläche entsprechend mit Ballast zu beschweren oder mit der Dachfläche dauerhaft zu verbinden (Bild 10, → S. 8). Aufmaß Gebäude: Länge: Breite: Dachhöhe: Dachfläche: Länge: Breite: Traufenhöhe: Dachneigung: Dachsparrenabstand: Dachform: Generatorfläche: Länge: Bild 8: Aufmaß im Ortsbegehungsprotokoll Breite: Auständerung erforderlich 8 Planung und Errichtung von Photovoltaikanlagen erhältlichen Produkte bekommen, wird der Meister Sie in den weiteren Planungsablauf einbeziehen. 2.1 Planung des Solargenerators Der Meister erklärt Ihnen, dass als erstes der Modultyp und die maximal mögliche Anzahl an Modulen unter Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Dachfläche ermittelt werden muss. Er erklärt Ihnen die unterschiedlichen Arten der Solarzellen. Bild 10: Montagegestelle auf einem Flachdach 1.5 Elektroanschluss Bei der anschließenden Begehung des Wohngebäudes stellt sich heraus, dass der im Keller vorhandene Zählerund Verteilerschrank keine Einbaumöglichkeit für den zusätzlichen Einspeisezähler bietet. Man verständigt sich darauf, in unmittelbarer Nähe einen zusätzlichen Zählerschrank und den Wechselrichter (WR) zu installieren. Für die Leitungsführung von den PV-Modulen zum Wechselrichter sollen verzinkte Leitungsführungskanäle vom Dachgeschoss durch den Treppenaufgang in den Keller montiert werden. Hinweis Bei der Wahl des Montageortes für den/die Wechselrichter ist die zu erwartende Umgebungstemperatur zu berücksichtigen. Eine hohe Temperatur, wie sie im Sommer im Dachbodenbereich zu erwarten ist, wirkt sich ungünstig auf den Wirkungsgrad des Wechselrichters aus. Die Verluste durch die langen Leitungswege sind entsprechend zu berücksichtigen. 1.6 Abschlussgespräch Solarzellen Am verbreitetesten sind Solarzellen auf Siliziumbasis, da der Grundstoff Silizium in der Natur in hohen Maßen im Quarzsand enthalten ist und somit dieser Rohstoff nahezu unbegrenzt zur Verfügung steht. Die Solarzellen aus Silizium werden aufgrund ihrer Eigenschaften in: – monokristalline, – poly- oder multikristalline sowie – amorphe Siliziumzellen unterschieden. Für die Nutzung als Halbleiterelement in Solarzellen wird das stark verunreinigte Rohsilizium im Lichtbogenofen und anschließenden Siemens-Prozess zu einem hochreinen kristallinen Silizium (Reinheitsgrad 99,9999 %) weiterverarbeitet. Monokristalline Solarzellen erhalten durch einen weiteren Prozess eine regelmäßige Kristallstruktur und eine homogene Oberfläche, die meist eine schwarze bis blaue Farbe aufweist (Bild 11). Bei polykristallinen Solarzellen entfällt der aufwendige Herstellungsprozess der monokristallinen Zelle. Bei der Herstellung entstehen Grenzflächen, die eine unverwechselbare, bläuliche „eisblumenartige Oberfläche“ bilden (Bild 12, → S. 9). Herr Baumann und Ihr Meister Herr Meyer vereinbaren, dass innerhalb von 14 Tagen ein schriftliches Angebot und eine Wirtschaftlichkeitsberechnung erstellt und Herrn Baumann zugesandt werden. Die Inbetriebnahme der Anlage ist für Juli geplant. 2. Planung der Photovoltaikanlage In der Firma angekommen, bespricht der Meister mit Ihnen das weitere Vorgehen und erklärt die wichtigsten Komponenten einer Photovoltaikanlage. Die PV-Module, die das Sonnenlicht in eine Gleichspannung umwandeln, werden zu einem Strang (engl. String) zusammengeschaltet und bilden in der Summe den sog. Solargenerator. Der Wechselrichter wandelt die Gleichspannung in eine netzkonforme Wechselspannung um und speist somit die erzeugte Energie in das Versorgungsnetz ein. Damit Sie einen Überblick über die Leistungsmerkmale, Funktionen und am Markt Bild 11: Monokristalline Solarzelle (schwarz) Amorphe Siliziumzellen werden in Dünnschichtmodulen eingesetzt. Das Silizium wird auf Trägermaterialien, wie z. B. Glasplatten, aufgedampft, sodass wesentlich weniger Silizium erforderlich ist. Planung und Errichtung von Photovoltaikanlagen Bei dieser Methode sind auch flexible Trägermaterialien möglich, sodass Solarzellen, z. B. in der Flachdachabdichtungsbahn, integriert werden können. Durch den schlechteren Wirkungsgrad der Zellen gegenüber kristallinen Zellen ergibt sich bei gleicher Leistung des PV-Generators ein erhöhter Flächenbedarf. 9 Strom bei Nennleistung [A] 5,99 6,13 Leerlaufspannung [V] 26,5 29,9 Kurzschlussstrom [A] 6,53 6,62 47 47 +10/-5 +10/-5 NOCT [°C] Leistungstoleranz [%] Temperaturkoeffizient der Leerlaufspannung [V/°C] -1,09 x 10-1 -1,23 x 10-1 Temperaturkoeffizient des Kurzschlussstroms [A/°C] 3,18 x 10-3 Reduktion des Wirkungsgrades (1 000 auf 200 W/m²) [%] 3,18 x 10-3 5,1 7,8 Länge [mm] 1 290 1 425 Breite [mm] 990 990 Höhe/inkl. Anschlussdose [mm] 36/36 36/36 Gewicht [kg] 16,0 18,5 Abmessungen Bild 12: Polykristalline Solarzelle (blau) Kabel [mm] (+) 840/(-) 640 (+) 910/(-) 710 Anschlusstyp MC-PV3 Anschlussdose [mm] 113.6 x 76 x 9 IP Code IP65 Allgemeine Daten Leistungsgarantie 90 %/80 % STC [Jahre] c 10/20 Gewährleistung [Jahre] d 2 Zellen Anzahl per Modul e Zelltechnologie 0 5 10 c amorphes Silizium d polykristallines Silizium e monokristallines Silizium 15 20 25 30 Modulwirkungsgrad in Serienproduktion maximal erreichter Laborwirkungsgrad 2.2 Anzahl und Anordnung der Module Ihr Meister sucht zwei Standardmodule vom Markenhersteller aus und entscheidet sich, mit dem größeren Modul (Modultyp 2) zu planen. Modultyp 1 Modultyp 2 Elektrische Daten bei 1 000 W/m² (STC) Nennleistung P [W] 175 200 max. Systemspannung [V] 1 000 1 000 Spannung bei Nennleistung UMPP [V] 23,6 26,3 Strom bei Nennleistung IMPP [A] 7,42 7,61 Leerlaufspannung UOC STC [V] 29,2 32,9 Kurzschlussstrom ISC [A] 8,09 8,21 Elektrische Daten bei 800 W/m² (NOCT) 125 142 Spannung bei Nennleistung [V] 20,9 23,2 polykristallin 150 x 155 Zellkontaktierung 3-Busbar Datenblätter von Photovoltaikmodulen Anzahl der PV-Module Die Leistung des PV-Generators soll 4,4 kWp betragen. Ihr Meister erklärt Ihnen, dass sich die elektrischen Werte eines Solarmoduls entsprechend der vorherrschenden Rahmenbedingungen, insbesondere in Abhängigkeit der Beleuchtungsintensität und Modultemperatur, verändern. In der Photovoltaik wird die Leistung eines Solargenerators bei Standardbedingungen als Peak-Leistung definiert, sie wird in Watt gemessen und als Wp (Watt peak = Spitzenleistung) angegeben. Als Standardbedingung (STC) wird eine optimale Sonneneinstrahlung von 1 000 Watt pro Quadratmeter und eine Modultemperatur von 25 °C angesetzt. Die Anzahl der erforderlichen Module berechnet Ihr Meister wie folgt: n= Nennleistung P [W] 54 Zellgröße (rechteckig) [mm] Tabelle 1: Bild 13: Übersicht der Wirkungsgrade 48 PGenerator [kWp] x 1 000 4,4 [kWp] x 1 000 = 22 Module = PModul [Wp] 200 [Wp] Für die gewünschte Generatornennleistung werden 22 Module vom Typ 2 gewählt.
