Solarenergie – Techniken undTechniken und Anwendungen · Solarenergie – Techniken undTechniken...

Preview:

Citation preview

Solarenergie – Techniken undSolarenergie Techniken und Anwendungen

Tallinn 23.-24.03.2011

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

SolarenergieTechniken und Anwendungen- Techniken und Anwendungen

„ 9 00 10 30„ 9:00 – 10:30 Teil 1 – Photovoltaikanlagen

- Kaffeepause-Kaffeepause

„ 10:45 – 12:30 Teil 2 – Planung und Dimensionierungg g

- Mittagspause-

„ 13:15 15:15„ 13:15 – 15:15 Teil 3 – Installation von PV-Anlagen; Kosten und Nutzen

- Kaffeepause-a eepause

„ 15:30 – 17:00 Teil 4 – Marketingg

Teil 1 - PhotovoltaikanlagenTeil 1 Photovoltaikanlagen

Tallinn 23 -24 03 2011Tallinn 23. 24.03.2011

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - EinführungSolarstrom - Einführung

Z1ĻZ1ĹZ2

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 39

Solarstrom - EinführungSolarstrom - Einführung

I lli PV A l i D hl d„ Installierte PV-Anlagen in Deutschland

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Datenquelle: DGS; www.eurobserv-er.org

Solarstrom - EinführungSolarstrom - Einführung

Ak ll L i

PV: 12.100 GWh

Anteil: 2% an der Stromerzeugung

„ Aktuelle Leistung

Anteil: 2% an der Stromerzeugung

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Datenquelle: http://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.html

Solarstrom - EinführungSolarstrom - Einführung

D hl d l W l k füh fü Ph l ik„ Deutschland als Weltmarktführer für Photovoltaik

in 2010: ca. 15.000 Solarunternehmen; ca. 130.000 Beschäftigte;

ca 350 Produzenten; davon 72 “leading PV players”ca. 350 Produzenten; davon 72 leading PV players

FrankreichFrankreich

Belgien

Slowenien

Bulgarien

Tschechien

Weltweit installierte

PV L i t i 2010

Tschechien

Griechenland

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Datenquelle: BSW, photovoltaik.eu, Agentur für Erneuerbare Energien

PV-Leistung in 2010:

(Zubau)

Solarstrom - EinführungSolarstrom - Einführung

SONNESONNE„ Photovoltaik – Strom von der SONNESONNE

Photo

Griechisch: Licht

VoltVolt

Einheit der elektrischen Spannung(Alessandro Volta, italienischer Physiker, 1745 – 1827)

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - EinführungSolarstrom - Einführung

J h d Gl b l hl fü E [kWh/ ²J h ]„ Jahressummen der Globalstrahlung für Europa [kWh/m²Jahr]

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Grundlagen

D S k Sonnenspektrum im Weltraum und auf der Erde

Solarstrom – Grundlagen

„ Das Sonnenspektrum Sonnenspektrum im Weltraum und auf der Erdebei einer Sonnenhöhe von 41,8ŋ

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Grundlagen

Di Gl b l hl d ih K

Solarstrom – Grundlagen

„ Die Globalstrahlung und ihre Komponenten

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Grundlagen

Ei fl d B ölk f di Gl b l hl

Solarstrom – Grundlagen

„ Einfluss der Bewölkung auf die Globalstrahlung

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Grundlagen

S h k d S i hl

Solarstrom – Grundlagen

Globalstrahlung in Berlin von 1961 bis 2009

„ Schwankung der Sonneneinstrahlung

Quelle: DGS, DWD, FU Berlin

Globalstrahlung in Murcia (Südspanien)

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

von 1985 bis 2009

Quelle: INM

Solarstrom Grundlagen

S d d Ai M

Solarstrom – Grundlagen

„ Sonnenstand und Air Mass

Sonnenstand am Mittag im Laufe eines Jahres in Berlinim Laufe eines Jahres in Berlin

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Grundlagen

Ei hl f i Flä h [kWh/ ²]

Solarstrom – Grundlagen

„ Einstrahlung auf geneigte Flächen [kWh/ m²]

Jahressumme der Globalstrahlung in Berlinin Berlin

Jahressumme der Globalstrahlung in Sankt Petersburgg

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Grundlagen

K i ll k Sili i d Ei l i

Solarstrom – Grundlagen

„ Kristallstruktur von Silizium und Eigenleitung

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Grundlagen

S ö ll l i b i d d i Sili i

Solarstrom – Grundlagen

„ Störstellenleitung bei n- und p-dotiertem Silizium

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Grundlagen

A bild i R l d Üb

Solarstrom – Grundlagen

„ Ausbildung einer Raumladungszone am pn-Übergang

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom GrundlagenSolarstrom – Grundlagen

A fb d F k i i S l ll„ Aufbau und Funktion einer Solarzelle

| Ladungstrennung

~ Rekombination~ Rekombination

¡ ungenutzte Photonen-EnergieEnergie

¢ Reflexion und Abschattung durchdurch Frontkontakte

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 40

Solarstrom SolarzellenSolarstrom – Solarzellen

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 41

Solarstrom Solarzellen

M k i lli Sili i ll

Solarstrom – Solarzellen

„ Monokristalline Siliziumzellen

Wi k d 15 18%Wirkungsgrad: 15-18%Form: rund, semiquadratisch, quadratischGröße: d = 10, 12,5 oder 15 cm, meist 12,5 x 12,5 cm² oder 10 x 10 cm²Dicke: 0 14 bis 0 3 mm

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Dicke: 0,14 bis 0,3 mmStruktur: homogenFarbe: dunkelblau bis schwarz

Solarstrom Solarzellen

P l k i lli Sili i ll

Solarstrom – Solarzellen

„ Polykristalline Siliziumzellen

Wafer... ... mit AR ... mit AR und Kontakten

Wirkungsgrad: 13-16%; Form: quadratischGröße in cm x cm: 12,5 x 12,5 , 15 x 15 , 15.6 x 15,6 , 20 x 20 , (10 x 10)Di k 0 14 bi 0 3

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Dicke: 0,14 bis 0,3 mmStruktur: EisblumenstrukturFarbe: blau (mit AR), silbergrau (ohne AR)

Solarstrom Solarzellen

B d Sili i ll S i Ribb

Solarstrom – Solarzellen

„ Bandgezogene Siliziumzellen: String Ribbon

Wirkungsgrad: 13 bis 14 %Form: rechteckigForm: rechteckigGröße: 8 x 15 cm²Dicke: ca. 0,3 mm

Struktur: leicht inhomogen und unebenFarbe: dunkelblauHersteller: Evergreen Solar, Sovellog ,

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Solarzellen

A h Sili i S l ll

Solarstrom – Solarzellen

„ Amorphe Silizium Solarzellen

Modulwirkungsgrad: 4 bis 6 %

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Solarzellen

K f I di Di l id Z ll (CIS)

Solarstrom – Solarzellen

„ Kupfer Indium Diselenid-Zellen (CIS)

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und AnwendungenModulwirkungsgrad: 9 bis 12 %

Solarstrom Solarzellen

C d i T ll id Z ll (CdT )

Solarstrom – Solarzellen

„ Cadmium-Tellurid-Zellen (CdTe) Modulwirkungsgrad: 9 bis 11 %

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Solarzellen

V l i h Dü hi h i k i lli Z ll

Solarstrom – Solarzellen

„ Vergleich Dünnschicht mit kristallinen Zellen

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 42

Solarstrom Solarzellen

K öß S l ll

Solarstrom – Solarzellen

„ Kenngrößen von Solarzellen

Kenngröße Symbol Einheit Beschreibung

MPP-Leistung PMPP Wp Spitzenleistung bei optimaler Belastung unter STC-Bedingungen (Nennleistung)

Wirkungsgrad Ș - / % Maß für die Ausnutzung der solaren Einstrahlung b fü di V l b i d E i dlbzw. für die Verluste bei der Energieumwandlung

Füllfaktor FF - / % Maßstab für die elektrische Qualität

MPP Spannung U V Zellspannung im MPPMPP-Spannung UMPP V Zellspannung im MPP

Leerlauf-spannung

UL (VOC) V Spannung, die eine Solarzelle liefert, wenn kein Verbraucher angeschlossen ist (offene p g g (Anschlüsse)

MPP-Strom IMPP A Zellstrom im MPP

Kurzschlussstrom I (I ) A Strom den eine Solarzelle liefert wenn beide

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Kurzschlussstrom IK (ISC) A Strom, den eine Solarzelle liefert, wenn beide Anschlüsse direkt zusammengeschlossen werden

Solarstrom Solarzellen

Ei hl bhä i k i

Solarstrom – Solarzellen

„ Einstrahlungsabhängigkeit von Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Solarzellen

R ih h l S l ll

Solarstrom – Solarzellen

„ Reihenschaltung von Solarzellen

Ugesamt = U1 + U2 + U3 + ... + Un Igesamt = I1 = I2 = I3 = konstant

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Solarzellen

P ll l h l S l ll

Solarstrom – Solarzellen

„ Parallelschaltung von Solarzellen

Igesamt = I1 + I2 + I3 + ... + In Ugesamt = U1 = U2 = U3 = konstant

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

gesamt 1 2 3 n Ugesamt U1 U2 U3 o sta t

Solarstrom Solarzellen

Ei hl bhä i k i M d lk li i

Solarstrom – Solarzellen

„ Einstrahlungsabhängigkeit von Modulkennlinien

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Solarzellen

S d S k li i i Sili i l ll

Solarstrom – Solarzellen

„ Strom- und Spannungskennlinie einer Siliziumsolarzelle

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Solarzellen

K li i k i lli d h S l ll i V l i h

Solarstrom – Solarzellen

„ Kennlinien von kristallinen und amorphen Solarzellen im Vergleich

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Einstrahlung: 1000 W / m² Zellfläche: 5 cm x 5 cm Temperatur: 28°C

Solarstrom Solarzellen

Ei hl bhä i M d l i k d

Solarstrom – Solarzellen

„ Einstrahlungsabhängige Modulwirkungsgrade

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Solarzellen

V l i h

Solarstrom – Solarzellen

„ Vergleich

der

S l llSolarzellen-

arten

•in stabilisiertem Zustand

** gemessen bei konzentrierter

Einstrahlung

*** Kleinproduktionp

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

[Quellen: Fraunhofer ISE, Uni Stuttgart, 26th IEEE PVSC, NREL, UNSW, Datenblätter verschiedener Hersteller]

Solarstrom Solarzellen

V l i h d S l ll

Solarstrom – Solarzellen

„ Vergleich der Solarzellenarten

PV-Anlage mit jeweils ca. 1 kWp der verschiedenen Zelltechnologien: polykristallin monokristallin CIS amorph CdTe (von links nach rechts)polykristallin, monokristallin, CIS, amorph, CdTe (von links nach rechts)

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstromanlagen ÜbersichtSolarstromanlagen – Übersicht

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 43

Solarstrom InselanlagenSolarstrom – Inselanlagen

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 44

Solarstrom Netzgekoppelte AnlagenSolarstrom – Netzgekoppelte Anlagen

(1) PV Generator:(1) PV-Generator: in Reihe und parallel verschaltete PV-Module mit Montagegestellmit Montagegestell

(2) Generatoranschlusskasten (mit Schutztechnik)

(3) Gleichstrom erkabel ng(3) Gleichstromverkabelung

(4) DC-Hauptschalter

(5) Wechselrichter

(6) Wechselstromverkabelung

(7) Zählerschrank mit Stromkreisverteilung, g,Bezugs- und Einspeisezähler und Hausanschluss

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 45

Solarstrom KomponentenSolarstrom – Komponenten

M d l fb„ Modulaufbau

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 46

Solarstrom KomponentenSolarstrom – Komponenten

Solarmodul

Wechselrichter

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 47

Solarstrom Module

S l d l S h kl II P üf

Solarstrom – Module

„ Solarmodule: Schutzklasse II Prüfung• zum Schutz von Personen gegen elektrischen Schlag

über die gesamte Lebensdauer der Module• doppelte oder verstärkte Isolierung

„ Sicherheitsstandards und CE-Kennzeichnung • Geräte- und Produktsicherheitsgesetz GPSGGeräte und Produktsicherheitsgesetz GPSG

der Hersteller bzw. Importeur haftet für Schäden, die durch das Produkt entstehen• EU-Niederspannungsrichtlinie

CE-Kennzeichnungspflicht für Anlagen mit 75 bis 1500 V DC-NennspannungIEC 61 30 b EN 61 30 Si h h i d d fü PV M d l “• IEC 61730 bzw. EN 61730 „ Sicherheitsstan dards für PV-Module“Prüfgrundlage für das CE-Zeichen, beinhaltet Schutzklasse II-PrüfungEinteilung der Module in drei sicherheitstechnische Klassen:

Klasse A: Gebäudeanwendungen (öffentlich zugänglich)Klasse A: Gebäudeanwendungen (öffentlich zugänglich) in Systemen > 50 V Gleichspannung oder 240 W Module: Schutzklasse II geprüft

Klasse B: Solarkraftwerksanwendungen (nicht öffentlich zugänglich)

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

g ( g g )geschützter Aufbau, Schutzklasse 0

Klasse C: Kleinspannungsanwendungen < 50 V oder 240 WModule: Schutzklasse III

Solarstrom Module

S l d l G i

Solarstrom – Module

„ Solarmodule: Garantien

• Produktgarantie : auf die zugesicherten Eigenschaften, d. h. Leistung + Mängelgesetzlich vorgeschriebene Frist von 2 Jahren, manche Hersteller gewähren freiwilligbis zu 10 Jahre

• Leistungsgarantie : meist 10 bis 12 Jahre auf 90 % der Leistung und/oder 20 bis 25 Jahre auf 80 % der Leistung20 bis 25 Jahre auf 80 % der Leistung

Achtung: bezieht sich die Garantie auf die Nennleistung oder auf die Mindestleistung?(Beispiel: bei Leistungstoleranz +/- 10 % und Messungenauigkeit 4 % entsprechen 80 % von Pmin nur 69,2 % (Messwert) von Pnenn, d. h. real 72 bis 66,5 %)

Nachweispflicht liegt beim Käufer - anerkannte Prüfinstitute unter anderem: TÜV Fraunhofer ISE PI Berlin (150 – 400 € pro Modul)TÜV, Fraunhofer ISE, PI Berlin (150 400 € pro Modul)Häufig mit Klausel, dass der Hersteller den Eintritt der Leistungsgarantie bestimmt.Wird der Garantiefall anerkannt, erfolgt meist ein Ausgleich in Form von Modulen entsprechend der Minderleistung oder ein anderer nicht monetärer Ausgleich

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom Module

L i h l / Al h i

Solarstrom – Module

„ Langzeitverhalten / Alterungserscheinungen

AEG-Telefunken Module 1982: –15%

Siemens Module 1977: -25%

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und AnwendungenGesamtansicht der Versuchsanlage auf dem Dach des Elektrotechnik-Gebäudes der TU-Berlin

Solarstrom ModuleSolarstrom – Module

L i h l / Al h i„ Langzeitverhalten / Alterungserscheinungen

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Teil 2 – Planung und DimensionierungTeil 2 Planung und Dimensionierung

Tallinn 23 -24 03 2011Tallinn 23. 24.03.2011

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - MontageartenSolarstrom - Montagearten

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 48

Solarstrom - Montagearten

T höh d E i d b i hi d

Solarstrom - Montagearten

Fassadenintegration ohne Hinterlüftung8,9 %

„ Temperaturerhöhung und Ertragsminderung bei verschiedenen Montagearten

Fassadenintegration, ohne Hinterlüftung

Dachintegration, ohne Hinterlüftung

4 8 %

5,4 %

43 K

55 K

auf/ in Fassade, schlechte Hinterlüftung

auf/ in Fassade, gute Hinterlüftung3,6 %

4,8 %

35 K

39 K

auf/ im Dach, schlechte Hinterlüftung

auf/ im Dach, gute Hinterlüftung2,1 %

2,6 %

29 K

32 K

auf Dach großer Abstand

völlig freie Aufstellung0,0 %

1,8 %

28 K

29 K

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

völlig freie Aufstellung 22 K

Temperaturerhöhung Minderung des Energieertrages

Solarstrom - Planung/ DimensionierungSolarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Flächenbedarf

Zellmaterial Modulwirkungsgrad Benötigte Modulfläche für 1 kWpZellmaterial

Monokristallin

Modulwirkungsgrad Benötigte Modulfläche für 1 kWp

Polykristallin (EFG)

Polykristallin

Dünnschicht: Kupfer-Indium-Diselenid (CIS)

Dünnschicht: Amorph

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 49

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

V l i h d S l ll

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Vergleich der Solarzellenarten

PV-Anlage mit jeweils ca. 1 kWp der verschiedenen Zelltechnologien: polykristallin monokristallin CIS amorph CdTe (von links nach rechts)polykristallin, monokristallin, CIS, amorph, CdTe (von links nach rechts)

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

Ei fl f k f d

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Einflussfaktoren auf densolaren Ertrag

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

V l i PV S

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Verluste in PV-Systemen

E

ideal

real

E

EPR =

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

Pl bl f k l A l

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Planungsablauf netzgekoppelter Anlagen

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

Pl bl f k l A l

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Planungsablauf netzgekoppelter Anlagen

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

Wi dl i D hl d

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Windlast in Deutschland

Windlast nach DIN 1055-4 (neu)Geschwindigkeitsdruck

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

S h l i D hl d

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Schneelast in Deutschland

Schneelast nach DIN 1055-5 (neu):s = s · µ

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

s = sk µ1

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

V h l f F li

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Verschattungsanalyse auf Folie

Sonnenbahn-indikatorBild iBilder: sunovation GmbH

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

G i h V h l

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Geometrische Verschattungsanalyse

Bestimmung von Höhen- und Azimutwinkeln der Objekte:

Ȗ - Höhenwinkel h - Höhe der PV-Anlage

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Ȗ - Höhenwinkel h1 - Höhe der PV-Anlage

α - Azimut h2 - Höhe des verschattenden Objektes

d - Abstand zwischen PV-Anlage und verschattendem Objekt

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

Di i l V h l

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Digitale Verschattungsanalyse

Digitalfotos erstellen mit sphärischem Spiegel

Erstellen von HorizontlinienErstellen von Horizontlinien

Übergabe in Simulationsprogramme

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ DimensionierungSolarstrom - Planung/ Dimensionierung

W li di hö h P i l fü PV A l ?„ Wo liegen die höchsten Potentiale für PV-Anlagen?

Größtes Potential in Deutschland: DACHFLÄCHEN

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und AnwendungenBei einem Systemnutzungsgrad von 13,5 % [Quelle: Quaschning 1999]

Solarkataster: Markierung von geeigneten Flächen

Solarstrom - BeispieleSolarstrom - Beispiele

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 50

Solarstrom - BeispieleSolarstrom - Beispiele

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 51

Solarstrom - BeispieleSolarstrom - Beispiele

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 52

Solarstrom - Planung/ DimensionierungSolarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Dimensionierung

1 kWp benötigen ca. 10m2 Fläche

1 kWp erzeugen ca. 800 kWh/Jahr

Voraussetzungen:

- Verschattungsfreiheit

- Azimut zwischen Südost und Südwest

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 53

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

D S l b PV G

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Der Solargenerator bzw. PV-Generator

Solargenerator = alle zusammengeschalteten Module einer Anlage

In Reihe geschaltete Module bilden einen Strang.Strang.

Mehrere gleiche Stränge können parallel geschaltet werdengeschaltet werden.

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

A f b d W h l i h

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Aufgaben des Wechselrichters

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und AnwendungenBetriebsführung Solargenerator

(MPP Regelung

Anpassung Spannungsniveaus

Umwandlung in netzkonformen Wechselstrom

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

Ei h f W h l i h

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Eigenschaften von Wechselrichtern

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

Wi k d W h l i h

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Wirkungsgrad von Wechselrichtern

Der durchschnittliche

J h i k dJahreswirkungsgrad

ist standortabhängig.

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen ηηηηηηη%100%50%30%20%10%5

2,048,01,013,006,003,0 ∗+∗+∗+∗+∗+∗=Euro

Europäischer Wirkungsgrad:

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

W h l i h k

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Wechselrichterkonzepte

Stringwechselrichter

Teilgeneratorkonzept

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und AnwendungenKleinspannungskonzept Konzept mit höheren Spannungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

V h l k b i V h

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Verschaltungskonzepte bei Verschattung

Verschattungssituation und Kennlinien bei Reihenschaltung

Verschattungssituation und Kennlinien bei Parallelschaltung und Verschattung in zwei Strängen

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

Di i i Ei hl i d M l i

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Dimensionierung: Einstrahlungsenergie und Momentanleistung

Die Leistung am Wechselrichter ist abhängig von g g gder Leistung, die der Generator abgeben kann.

Die Modulleistung ist vom Zelltyp, der Temperatur und der Einstrahlung abhängig.

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

Di i i Ei hl i S d bhä i

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Dimensionierung: Einstrahlungsenergie Standortabhängig

Standort Berlin Häufigkeit und Energie für

eine südausgerichtete, 30ŋgeneigte PV-Anlage

Standort Kalifornien (USA) Häufigkeit und Energie für

eine südausgerichtete, 30ŋgeneigte PV-Anlage

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

MPP A d h d W h l i h

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ MPP-Anpassung durch den Wechselrichter

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

B i i l Ab i PV G d W h l i h

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Beispiel: Abstimmung PV-Generator und Wechselrichter

1. Leistung: 0,8 x PPV < PWR AC < 1,2 x PPV

Empfehlung = PWR AC = 1,1 x PPV

2. Spannung: Arbeitsbereich des WR und der PV-

Generatorkennlinie

maximale Modulanzahl in einem Strangmaximale Modulanzahl in einem Strang

Umax (WR)n max =

UL (M d l 10ŋC)UL (Modul -10ŋC)

3. Strom: Bestimmung der maximalen Anzahl der Stränge pro WRImax WR

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

max WRn Strang ≤

I n Strang

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

B i i l Di i i S

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Beispiel: Dimensionierung untere Spannungsgrenze

Minimale Modulanzahl in einem Strang:UMPP (WR min)

n min = UMPP (Modul 70ŋC)

Problem: auf den Moduldatenblättern ist nur ȕL angegeben

Beispiel: polykristallines Module: ȕ =-0 34 ĺ ȕ =-0 34 – 0 11 ĺ ȕ = - 0 45

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Beispiel: polykristallines Module: ȕL=-0,34 ĺ ȕMPP=-0,34 – 0,11 ĺ ȕMPP= - 0,45

Wenn keine weiteren Daten bekannt sind kann näherungsweise statt ȕMPP der Leistungskoeffizient zur Berechnung eingesetzt werden

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

Si l i

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Simulationsprogramme

Ein Großteil der Programme ist von WechselrichterherstellernZiel: über die eigenen Produkte, deren Betriebsverhalten und mögliche Verschaltungen g , g gzu informieren und Unterstützung bei der Auslegung zu liefern.

Häufigkeit der auftretenden MPP-Ströme des Solargenerators

10

12

14

16

18

t in

[%]

MPP-Strom liegt im Nennstrombereich des WR

MPP-Strom liegt über dem Nennstrom des WR

2

4

6

8

10

ufig

keit

0 2 4 6 8 10

MPP-Ströme in [A]

0

Während der Simulation ist ein Maximalwert von ca. 15A aufgetreten.

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

Ch k d A l d h Si l i

Solarstrom - Planung/ Dimensionierung

„ Check der Auslegung durch Simulationsprogramm

Meldung bei Fehlauslegung im Programm PV-SolProgramm PV Sol

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Teil 3 – Installation von PV-AnlagenTeil 3 Installation von PV Anlagen

Kosten und Nutzen

Tallinn 23.-24.03.2011

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Installation von PV-AnlagenInstallation von PV-Anlagen

D hh k f S h ä d h„ Dachhakenmontage auf Schrägdach

KreuzschienenmontageQuerträgerschienenQuerträgerschienen

Module vertikal

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Installation von PV-Anlagen

D hb f i S k h b

Installation von PV-Anlagen

„ Dachbefestigung: Stockschraubenmontage

Schrauben und Anker speziell d D h f d i tden Dacherfordernissen angepasst

Diebstahlschutz

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Installation von PV-Anlagen

A fd h S fü fl h Dä h

Installation von PV-Anlagen

„ Aufdach-Systeme für flache Dächer

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Installation von PV-Anlagen

F iflä h

Installation von PV-Anlagen

„ Freiflächensysteme

Modulanordnung in Reihen oder Tischen Holz- oder Metallgestelle, Nachführung

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Installation von PV-Anlagen

W d I dh l

Installation von PV-Anlagen

„ Wartung und Instandhaltung

Folgende Ursachen für Anlagenstörungen oder -ausfälle werden geordnet nach ihrer Häufigkeit angegeben:g g g g

1. Defekt am Wechselrichter2. Gelockerte Leitungsverbindung3 Defekte Strangsicherungen3. Defekte Strangsicherungen 4. Defekt an einem Modul und damit 5. Teil- oder Totalausfall eines Stranges

(Bypassdioden oder Kontaktierung ( yp gder einzelnen Zellen im Modul)

6. Defekte Überspannungsableiter7. Isolationsfehler

Zunehmend auch:• Moduldiebstahl• Feuer (z. B. Scheunenbrand)

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

( )

Auswertung einer Befragung von Installateuren [EuPD research]

Installation von PV-Anlagen

W d I dh l Ch kli

Installation von PV-Anlagen

„ Wartung und Instandhaltung Checkliste

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Installation von PV-Anlagen

D f

Installation von PV-Anlagen

„ Datenerfassung

Für eine detaillierte Betriebsführung sinnvolle Daten sind:ü e e de a e e e ebs ü u g s o e a e s dX Einstrahlungsdaten (ggf. weitere physikalische Daten)

X StrangströmeX Strangströme

X Wechselrichterdaten(Messwerte Statusmeldungen)(Messwerte, Statusmeldungen)

X Zählerdaten

X Außerdem: genaue Kenntnis über den Aufbau des Generators(Verschattungsituation, Topologie…)

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Installation von PV-Anlagen

A f d B i b füh

Installation von PV-Anlagen

„ Anforderung an Betriebsführung

X Lückenlose Erfassung aller notwendigen Daten

X Kompatibel mit allen Komponenten die relevante Daten liefernX Kompatibel mit allen Komponenten, die relevante Daten liefern

X Speicherung relevanter Daten über den gesamten Betriebszeitraum (in der Regel 25 Jahre oder mehr)

X Automatisches Erkennen von Fehlern mit Alarmmeldung

X Geringe Anzahl an Fehlalarmen

X Alarm führt zu zeitnahen Benachrichtigungen (Email SMS )X Alarm führt zu zeitnahen Benachrichtigungen (Email, SMS…)

X Auswertungen von Daten und Fehler für automatische Berichterstellungen

X Individuelle Benutzeroberflächen z.B. für Wartungspersonal und Endkunden

X Ansprechende Benutzeroberfläche

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Ansprechende Benutzeroberfläche

Installation von PV-Anlagen

Q li ä i h PV A l

Installation von PV-Anlagen

„ Qualitätssicherung von PV- Anlagen:

DGS Solarsiegel / RAL / TÜVdotCom

P1P1 Hersteller

P2 Planer

P3 Handwerker

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und AnwendungenP4 Betreiber / Wartung

Kosten und NutzenKosten und Nutzen

„ Kosten

1 kWp Kosten ca. 2.500 – 3.500 €

1 kWp erzeugen ca. 800 kWh/Jahr

Bei Eigenverbrauch Abdeckung > 30%

Bei Netzeinspeisung Vergütung (EEG)

Estland: Steuererleichterungen, Kredite, grüne Zertifikate

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 54

Kosten und NutzenKosten und Nutzen

„ Kostenentwicklung

Solarstrom

in Deutschland

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 55

Gute Beispiele: SolarstromGute Beispiele: Solarstrom

„ Beispiel Photovoltaik - INDUSTRIE

Fronius beschäftigt sich gseit 1992 mit Solarelektronik, insbesondere mit der Entwicklung undProduktion von Photovoltaik-Wechselrichtern für netz-gekoppelte und autonome Stromversorgungen.Die derzeit größte Photovoltaik-Solarstromanlage in Österreich

d D h d F iwurde am Dach des Fronius-Firmengebäudes in Sattledt/OÖ errichtet: Leistung 604 kWp

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 60

Gute Beispiele: SolarstromGute Beispiele: Solarstrom

„ Beispiel Photovoltaik - WERKSTÄTTEN

ROST Werkstätten bietenLeistungen im BereichDrucken, Werbetechnik undMessebau.PV-Anlage auf dem Pultdach- Anlagengröße:101 kWp- Stromproduktion:64.000 kWh/ Jahr

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 61

Gute Beispiele: SolarstromGute Beispiele: Solarstrom

„ Beispiel Photovoltaik - LANDWIRTSCHAFT

Auf den Stallgebäuden des viehwirtschaftlichen Betriebs wurden insgesamt 109 kWpwurden insgesamt 109 kWp Photovoltaikanlage installiert. Diese erzeugt pro Jahr ca. 92.000 kWh Solarstrom. Bei Investitions-So a st o e est t o skosten von ca. 200.000 €refinanziert sich die Investition innerhalb von 10 Jahren durch die Einspeisevergütung (EEG).

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen Skript S. 62

Kosten und Nutzen

Ak ll V ü i D hl d

Kosten und Nutzen

Freifläche Auf Gebäude oder Lärmschutzwand

„ Aktuelle Vergütung in Deutschland

InbetriebnahmeKonversions-

flächenFreiflächen, die weder Grün-

noch Ackerflächen sind< 30 kW

30 -100 kW

100 -1.000 kW

> 1.000 kW

Volleinspeisung

ab 01.01.2011 22,07 1) 21,11 1) 28,74 2) 27,33 2) 25,86 2) 21,56 2)

Auf Gebäude oder Lärmschutzwand

30 kW30 - 100 -

1) voraussichtlich bis 30.9.20112) voraussichtlich bis 30.6.2011

Direktverbrauch

b 01 01 2011 fü d A t il 30 % 12 36 10 95 9 48

< 30 kW30

100 kW100

500 kW

ab 01.01.2011 für den Anteil < 30 % 12,36 10,95 9,48

ab 01.01.2011 für den Anteil > 30 % 16,74 15,33 13,86

Kosten und Nutzen

B i i l B h d V ü

Kosten und Nutzen

„ Beispiel: Berechnung der Vergütung

Beispiel:

PV-Anlage (50 kW),

mit weniger als 30 % Anteil Eigenverbrauch.

Inbetriebnahme April 2011.

Frage:

VERGÜTUNG FÜR EIGENVERBRAUCH?VERGÜTUNG FÜR EIGENVERBRAUCH?

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Kosten und Nutzen

B h d V ü

Kosten und Nutzen

„ Berechnung der Vergütung

VERGÜTUNG FÜR EIGENVERBRAUCH?

30 kW x 12,36 ct/kWh + 20 kW x 10,95 ct/kWh

50 kW

= 11 80 ct /kWh= 11,80 ct /kWh

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Kosten und Nutzen

B i i l B h d V ü

Kosten und Nutzen

„ Beispiel: Berechnung der Vergütung

Beispiel:

PV-Anlage (50 kW),

mit 50 % Anteil Eigenverbrauch.

Inbetriebnahme April 2011.

Frage:

VERGÜTUNG FÜR EIGENVERBRAUCH?VERGÜTUNG FÜR EIGENVERBRAUCH?

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Kosten und Nutzen

B h d V ü

Kosten und Nutzen

„ Berechnung der Vergütung

(1) VERGÜTUNG FÜR EIGENVERBRAUCH?

30 kW x 12,36 ct/kWh + 20 kW x 10,95 ct/kWh

50 kW = 11,80 ct /kWh

(2) Für den selbstgenutzten Stromanteil über 30 %:

30 kW x 16,74 ct/kWh + 20 kW x 15,33 ct/kWh

50 kW

= 16,17 ct /kWh

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Kosten und Nutzen

Ei b h l

Kosten und Nutzen

„ Eigenverbrauchsregelung

Mit dieser Vergütungsregelung soll ein Anreiz geschaffen werden,d St b h tä k d i E i htden Stromverbrauch stärker an der eigenen Erzeugung auszurichten.

Anlagenbetreiber erhalten eine Vergütung für den direkt genutzten StromAnlagenbetreiber erhalten eine Vergütung für den direkt genutzten Strom

wenn sich die PV-Anlage an oder auf einem Gebäude befindet

wenn die PV-Anlage max. eine installierte Leistung von 500 kWp hat

soweit der Strom durch den Anlagenbetreiber oder einen Drittenh i li h i i lb ä li h Näh A lnachweislich in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Anlage

verbraucht wird

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Kosten und Nutzen

Ei b h l

Kosten und Nutzen

„ Eigenverbrauchsregelung

Abrechnung Eigenverbrauch= (Z2 - Z1Ļ) * Vergütung Eigenverbrauch

Abrechnung NetzeinspeisungZ1Ļ * V üt N t i i= Z1Ļ * Vergütung Netzeinspeisung

Abrechnung Netz-Strombezug= Z1Ĺ * Strombezugspreis (z B 20 Cent)

Z2Z1Ĺ Z1Ļ

= Z1Ĺ * Strombezugspreis (z.B. 20 Cent)

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Kosten und Nutzen

B i i l B h i d T l d UI Mü h

Kosten und Nutzen

„ Beispiel: Berechnung mit dem Tool des UI München

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Kosten und Nutzen

R l i d K i l üb 20 J h Di

Kosten und Nutzen

„ Resultierender Kapitalwert über 20 Jahre: Diagramm

BSR QUICK – Solarenergie – Techniken und Anwendungen

Vielen Dank

für I hre Aufmerksamkeit !!!

Recommended