Als in Deutschland das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) im April 2000 eingeführt und damit die Amortisation einer PV-Anlage innerhalb ihrer Lebenszeit ermöglicht wurde, erfuhr die PV-Branche in Deutschland einen riesigen Boom. Im Ausland diente das erfolgreiche EEG als Vorbild für staatliche Subventionsprogramme, sodass insgesamt seit 1997 das weltweite Interesse und damit auch die Produktion von PV-Komponenten jährlich um 30 bis 40 % stiegen. Da die Branche so jung und doch so schnell gewachsen ist, sind die PV-Anlagen projektierenden Unternehmen vor der erhöhten Herausforderung gestellt, die Anlagen gemäß dem Stand der Technik und gleichzeitig auch wirtschaftlich zu planen und zu errichten. In diesem Zusammenhang kann ein Leitfaden zur Projektierung, vor allem im Bereich von Großanlagen aufgrund ihres vergleichsweise höheren Aufwands, für Unternehmen hilfreich sein.
Die vorliegende Diplomarbeit zielt darauf ab, einen Leitfaden zur Planung und Errichtung von Photovoltaik-Großanlagen durch Auswertung von vorhandenen Literaturquellen zu erarbeiten. Die in dieser Arbeit erarbeiteten Hinweise bzw. Empfehlungen sollen dem Anlagenplaner und Installateur für ihre jeweilige Tätigkeit als unterstützendes Werkzeug dienen.
Nach einer aktuellen Markterhebung der Fachzeitschrift „PHOTON“ bieten derzeit mehr als 160 Anbieter ca. 3000 Typen von Solarmodulen an . Dieser Sachverhalt sorgt dafür, dass der Anlagenplaner bzw. Investor der erhöhten Anforderung ausgesetzt ist, die geeigneten Module für das entsprechende Projekt auszuwählen. Professionelle Investoren beschäftigen aus diesem Grund sogenannte „Modul-Scouts“, die die zweckmäßigen Module recherchieren. Diese Diplomarbeit bietet dem Praktiker Entscheidungskriterien, die bei der Auswahl von Modulen wichtig sind.
Adäquat zu den Modulen bieten die Hersteller von Solarwechselrichtern eine ähnliche Produktvielfalt an. Von 820 Wechselrichtertypen muss der Anlageplaner entscheiden, ob für die zu installierende PV-Anlage beispielsweise ein- oder dreiphasig einspeisende Wechselrichter, die einen Transformator integriert haben oder transformatorlos arbeiten, eingesetzt werden. Welcher Wechselrichter eingesetzt werden sollte, ist prinzipiell projektabhängig zu entscheiden. Die hierbei zu beachtenden Punkte sind ein Teil dieser Diplomarbeit.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Prozessorientierte Betrachtung
2.1 Projektphasen
2.2 Projektaufwand
3 Grundlagen der technischen Planung
3.1 Allgemeines
3.2 Energetische Ertragsprognose
3.3 Photvoltaikgenerator auf Flachdächern
3.3.1 Exkurs: Dachkunde
3.3.1.1 Dachformen
3.3.1.2 Dachhaut
3.3.1.3 Flachdach
3.3.2 Statik und Standsicherheit
3.3.2.1 Lasteinwirkungen
3.3.2.2 Standsicherheits- und Tragsicherheitsnachweis
3.4 Montagesysteme
3.4.1 Dachbefestigung
3.4.1.1 Schwerlastverfahren (freistehende Anlage)
3.4.1.2 Verankerung (fest verbundene Anlage)
3.4.2 Aufständerung
3.4.2.1 Arten von Aufständerungen
3.4.2.2 Aerodynamische Montagesysteme
3.4.3 Zusammenfassung Montagesysteme
3.5 Photovoltaikmodule
3.5.1 Allgemeines
3.5.2 Modul- und Zellarten
3.5.2.1 Kristallines Silizium
3.5.2.2 Dünnschichtzellen
3.5.2.3 Hochleistungsmodule
3.5.3 Zellkenngrößen und Solarzellenkennlinien
3.5.4 Modulkenngrößen
3.5.5 Spektrale Empfindlichkeit
3.5.6 Einstrahlungsabhängigkeit und Temperaturverhalten
3.5.7 Elektrische Eigenschaften von Dünnschichtmodulen
3.5.8 Zusammenfassung elektrische Eigenschaften von Photovoltaikmodulen
3.5.9 Entscheidungskriterien
3.5.9.1 Technische Kriterien
3.5.9.2 Modulhersteller
3.5.9.3 Garantie mit Rückversicherung
3.5.9.4 Zertifizierungen
3.6 Wechselrichter
3.6.1 Allgemeines
3.6.2 Funktionsweise
3.6.3 Netz- und selbstgeführte Wechselrichter
3.6.4 Übersicht zu Kenngrößen, Kennlinien und weiteren Eigenschaften von Wechselrichtern
3.6.5 Anlagenkonzepte bei netzgekoppelten PV-Anlagen
3.6.5.1 Zentralwechselrichter
3.6.5.2 String-Wechselrichter
3.6.5.3 Multistring-Wechselrichter
3.6.5.4 Mittelspannungswechselrichter
3.6.6 Wechselrichterdimensionierung
3.6.6.1 Leistungsdimensionierung
3.6.6.2 Spannungsdimensionierung
3.6.6.3 Stromdimensionierung
3.6.6.4 Auslegungsoptimierung für Wechselrichter
3.6.6.5 Beispiel: Überprüfung einer Wechselrichterdimensionierung
3.6.7 Qualitätskriterien
3.7 Verschattungen
3.7.1 Allgemeines
3.7.2 Verschattungsarten
3.7.3 Verschattungsempfindlichkeit von Modulen bei Generatorverschaltung
3.7.4 Modulreihenabstand bei aufgeständerten PV-Generatoren
3.7.5 Lösungen bei Verschattung
3.8 Netzanschluss
3.8.1 Allgemeines
3.8.2 Netzanschlusspunkt
3.8.3 Freischaltstelle
3.8.4 Zähler und Messeinrichtung
3.9 Interne elektrische Verkabelung
3.9.1 Auslegung von Leitungen
3.9.2 Dimensionierung der Leiterquerschnitte
3.9.3 Leitungsverluste
3.10 Gleichstrom-Hauptschalter und Generatoranschlusskasten
3.11 Blitz- und Überspannungsschutz
3.11.1 Grundlagen
3.11.2 Notwendigkeit des Blitzschutzes
3.12 Brandschutz
4 Montage und Installation von Photovoltaikanlagen
4.1 Allgemeines
4.2 Arbeiten am Generatorkreis
4.3 Montage auf Flachdächern
4.4 Modulmontage und verschaltung
4.5 Leitungsverlegung
4.6 Sicherheitsbestimmungen bei Arbeiten auf dem Dach
5 Langzeiterfahrungen
6 Checkliste
7 Fazit und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit verfolgt das primäre Ziel, einen umfassenden Leitfaden für die Planung und Errichtung von Photovoltaik-Großanlagen auf Flachdächern in Deutschland zu entwickeln. Dabei wird analysiert, wie durch die Auswertung technischer Literatur und bewährter Praxisbeispiele ein unterstützendes Werkzeug für Anlagenplaner geschaffen werden kann, um komplexe Projekte effizient und wirtschaftlich nach aktuellem Stand der Technik umzusetzen.
- Prozessorientierte Planung und Projektmanagement bei Photovoltaik-Großanlagen
- Technische Planungsgrundlagen, einschließlich Statik, Montagesystemen und Modulwahl
- Elektrische Systemauslegung, Wechselrichterdimensionierung und Netzanschlusskriterien
- Strategien zum Verschattungsmanagement und Brandschutz bei Flachdachinstallationen
- Langzeiterfahrungen, Degradationsbetrachtung und praxisorientierte Checklisten
Auszug aus dem Buch
3.3.2.1 Lasteinwirkungen
Grundsätzlich werden Lasten wie folgt eingeteilt:
ständige wirkende Lasten (z.B. Eigengewicht der PV-Anlage)
nicht ständig wirkende, teilweise umweltabhängige Lasten (z.B. Wind und Schnee)
Nach den Regeln der Technik muss eine Zusammenstellung der o.g. Lasten in verschiedenen Lastfällen erfolgen. Der ungünstigste Fall muss dann als Basis für die Dimensionierung des Bauwerks oder Bauteils – hier PV-Anlage – dienen. Prinzipiell wirken an den Modulen folgende Kräfte:
Druckkräfte – resultiert aus dem Staudruck des Windes, der Schneelast, dem Eigengewicht des PV-Generators (Module und Unterkonstruktion).
Sogkräfte – ergibt sich aus der Sogwirkung des Windes.
Die folgenden Aufführungen erläutern die Eigenlasten der PV-Anlage, die Windlasten und die Schneelasten.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Relevanz der Photovoltaik als alternative Energiequelle ein und definiert das Ziel, einen Leitfaden für die Planung von Großanlagen auf Flachdächern zu erarbeiten.
2 Prozessorientierte Betrachtung: In diesem Kapitel wird der Projektentwicklungsprozess von Photovoltaikanlagen in Phasen gegliedert, um eine strukturierte Vorgehensweise und bessere Projektübersicht zu ermöglichen.
3 Grundlagen der technischen Planung: Dieser Hauptteil beschreibt detailliert alle relevanten technischen Aspekte, wie Dachbeschaffenheit, Montagesysteme, Modultechnologien, Wechselrichterauslegung sowie Blitz- und Brandschutz.
4 Montage und Installation von Photovoltaikanlagen: Hier werden spezifische Hinweise für die praktische Montage und Installation auf Dächern, einschließlich Sicherheitsbestimmungen, gegeben.
5 Langzeiterfahrungen: Dieses Kapitel fasst Erkenntnisse zu Degradation und Ausfallraten von Komponenten wie Wechselrichtern und Modulen zusammen, um für die langfristige Anlagenqualität zu sensibilisieren.
6 Checkliste: Eine praktische Mustervorlage zur Unterstützung der Anlagenplanung, um Arbeitspakete strukturiert abzuarbeiten.
7 Fazit und Ausblick: Diese abschließenden Betrachtungen resümieren die Ergebnisse und geben einen Ausblick auf die zukünftige Entwicklung des PV-Marktes in Deutschland.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, Flachdach, Projektierung, Wechselrichter, Modulwahl, Statik, Verschattung, Netzanschluss, Montage, Brandschutz, Ertragsprognose, Anlagenauslegung, Projektmanagement, Blitzschutz, Großanlagen
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit?
Die Arbeit befasst sich mit der professionellen Planung und Errichtung von Photovoltaik-Großanlagen auf Flachdächern in Deutschland, unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Kriterien.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Arbeit deckt das gesamte Spektrum von der Projektakquisition über die technische Auslegung der Systemkomponenten bis hin zu Installationshinweisen und Langzeiterfahrungen ab.
Welches primäre Ziel verfolgt die Arbeit?
Das Hauptziel ist die Erstellung eines praxisorientierten Leitfadens, der Anlagenplaner bei der technischen und wirtschaftlichen Dimensionierung und Installation unterstützt.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer tiefgreifenden Auswertung bestehender Literaturquellen, technischer Normen sowie der Einbindung eigener Erfahrungen aus der Projektierung von Großanlagen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst Grundlagen der technischen Planung, wie die Statik auf Flachdächern, die Auswahl von Montagesystemen und Modulen, die elektrische Dimensionierung von Wechselrichtern sowie Sicherheitsanforderungen wie Blitz- und Brandschutz.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich am besten mit Begriffen wie Photovoltaik, Großanlagen, Flachdach, Projektierung, Anlagenauslegung und technischer Planung beschreiben.
Warum ist das Kapazitätsverhältnis bei der Wechselrichterdimensionierung so wichtig?
Es beeinflusst direkt den Energieertrag und die Lebensdauer der Wechselrichter. Eine falsche Dimensionierung führt entweder zu Ertragsverlusten durch schlechte Wirkungsgrade oder zu Überhitzung durch Überlastung.
Warum wird im Bereich Brandschutz so stark auf die Zusammenarbeit mit der Feuerwehr eingegangen?
Da Photovoltaikanlagen auch bei Tageslicht unter Spannung stehen und Dachflächen schwer zugänglich machen, ist eine detaillierte Aufklärungsarbeit und Information der Feuerwehr für die Sicherheit bei Einsätzen unerlässlich.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Wi.-Ing. Tanju Doganay (Autor:in), 2010, Projektierung von Photovoltaik-Großanlagen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/160359
