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 Photovoltaikgenerator 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
- 3.3.1 Exkurs: Dachkunde
- 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
- 3.4.1 Dachbefestigung
- 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 und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit zielt auf die Erstellung eines Leitfadens zur Planung und Errichtung von Photovoltaik-Großanlagen ab. Der Fokus liegt auf Anlagen auf Flachdächern in Deutschland. Der Leitfaden soll Anlagenplanern und Installateuren als Unterstützung dienen.
- Prozessorientierte Betrachtung der Projektierung von Photovoltaikanlagen
- Grundlagen der technischen Planung, inklusive Entscheidungskriterien für Komponenten
- Montage und Installation von Photovoltaikanlagen auf Flachdächern
- Langzeiterfahrungen und Degradation von Komponenten
- Erstellung einer Checkliste zur Anlagenplanung
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in das Thema der Photovoltaik-Großanlagen ein, beleuchtet die steigende Bedeutung erneuerbarer Energien und die Notwendigkeit eines Leitfadens für die Planung und Errichtung solcher Anlagen. Sie beschreibt den Fokus der Arbeit auf Flachdachanlagen in Deutschland und die Bedeutung der Auswahl geeigneter Module und Wechselrichter.
2 Prozessorientierte Betrachtung: Dieses Kapitel gliedert den Prozess der Photovoltaikanlagen-Projektierung in verschiedene Phasen: Projektakquisition, technische Planung, Wirtschaftlichkeitsabschätzung und Finanzierung, Montage und Inbetriebnahme sowie Dokumentation und Abnahme. Es beschreibt die einzelnen Phasen und den erhöhten Aufwand für Großanlagen im Vergleich zu Kleinanlagen.
3 Grundlagen der technischen Planung: Dieses umfangreiche Kapitel behandelt die technischen Grundlagen der Planung von Photovoltaikanlagen. Es umfasst die Dimensionierung der Anlage, die energetische Ertragsprognose, die verschiedenen Montagesysteme für Flachdächer (Schwerlastverfahren, Verankerung, aerodynamische Systeme), die Auswahl von Photovoltaikmodulen (kristalline und Dünnschicht-Zellen, Hochleistungsmodule), die Auswahl und Dimensionierung von Wechselrichtern (Zentral-, String-, Multistring- und Mittelspannungswechselrichter), Verschattungsprobleme und deren Lösungen, sowie den Netzanschluss und die interne Verkabelung. Es werden detaillierte Berechnungsmethoden und Entscheidungskriterien für die Komponentenwahl vorgestellt.
4 Montage und Installation von Photovoltaikanlagen: Dieses Kapitel befasst sich mit den praktischen Aspekten der Montage und Installation von Photovoltaikanlagen, insbesondere auf Flachdächern. Es betont die Notwendigkeit von Fachwissen und der Zusammenarbeit verschiedener Gewerke, die Sicherheitsbestimmungen bei Arbeiten auf dem Dach und die besonderen Anforderungen an die Arbeiten am Generatorkreis (Gleichstromseite) aufgrund der permanenten hohen Spannung.
5 Langzeiterfahrungen: Dieses Kapitel präsentiert langfristige Erfahrungen mit Photovoltaikkomponenten, insbesondere Wechselrichtern und Modulen. Es analysiert die typische Lebensdauer von Wechselrichtern, die Ursachen für deren vorzeitiges Ausfallen und die Degradation von Modulen (Lichtalterung) im Laufe der Zeit, sowohl für kristalline als auch Dünnschichtmodule.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, Großanlagen, Flachdach, Montagesysteme, Photovoltaikmodule, Wechselrichter, Netzanschluss, Dimensionierung, Verschattung, Arbeitssicherheit, Brandschutz, Langzeiterfahrungen, Degradation, Qualitätssicherung, Checkliste, EEG.
Häufig gestellte Fragen zum Leitfaden: Planung und Errichtung von Photovoltaik-Großanlagen auf Flachdächern
Was ist der Inhalt dieses Leitfadens?
Dieser Leitfaden dient Anlagenplanern und Installateuren als Unterstützung bei der Planung und Errichtung von Photovoltaik-Großanlagen auf Flachdächern in Deutschland. Er umfasst eine prozessorientierte Betrachtung der Projektierung, die technischen Grundlagen der Planung (inkl. Komponentenauswahl und -dimensionierung), die Montage und Installation, Langzeiterfahrungen und eine Checkliste.
Welche Themen werden im Leitfaden behandelt?
Der Leitfaden behandelt folgende Themen: Prozessphasen der Projektierung, Projektaufwand, energetische Ertragsprognose, Dachkunde (Dachformen, Dachhaut, Flachdach), Statik und Standsicherheit, Montagesysteme (Schwerlastverfahren, Verankerung, aerodynamische Systeme), Photovoltaikmodule (kristalline und Dünnschicht-Zellen, Hochleistungsmodule), Wechselrichter (Zentral-, String-, Multistring- und Mittelspannungswechselrichter), Verschattungen und deren Lösungen, Netzanschluss, interne Verkabelung, Blitz- und Überspannungsschutz, Brandschutz, Montage und Installation auf Flachdächern, Modulmontage und -verschaltung, Leitungsverlegung, Arbeitssicherheit auf dem Dach, Langzeiterfahrungen und Degradation von Komponenten, sowie eine Checkliste zur Anlagenplanung.
Welche Arten von Montagesystemen werden beschrieben?
Der Leitfaden beschreibt verschiedene Montagesysteme für Flachdächer, darunter Schwerlastverfahren (freistehende Anlage), Verankerung (fest verbundene Anlage), und aerodynamische Montagesysteme. Es werden die jeweiligen Vor- und Nachteile erläutert.
Welche Arten von Photovoltaikmodulen werden behandelt?
Der Leitfaden behandelt kristalline Silizium-Zellen, Dünnschichtzellen und Hochleistungsmodule. Es werden deren Eigenschaften, Kennlinien und Entscheidungskriterien für die Auswahl detailliert beschrieben.
Welche Arten von Wechselrichtern werden im Leitfaden behandelt?
Der Leitfaden beschreibt Zentral-, String-, Multistring- und Mittelspannungswechselrichter. Es werden deren Funktionsweise, Kenngrößen, Dimensionierung und Anlagenkonzepte erläutert.
Wie wird das Thema Verschattung behandelt?
Der Leitfaden behandelt verschiedene Arten von Verschattungen, deren Auswirkungen auf die Anlagenleistung und Lösungsansätze, einschließlich des Modulreihenabstands bei aufgeständerten PV-Generatoren.
Welche Aspekte der Arbeitssicherheit werden berücksichtigt?
Der Leitfaden betont die Sicherheitsbestimmungen bei Arbeiten auf dem Dach und die besonderen Anforderungen an die Arbeiten am Generatorkreis (Gleichstromseite) aufgrund der hohen Spannung.
Welche Langzeiterfahrungen werden präsentiert?
Der Leitfaden präsentiert Langzeiterfahrungen mit Photovoltaikkomponenten, insbesondere Wechselrichtern und Modulen. Er analysiert die typische Lebensdauer, Ursachen für vorzeitiges Ausfallen und die Degradation von Modulen im Laufe der Zeit.
Gibt es eine Checkliste?
Ja, der Leitfaden enthält eine Checkliste zur Anlagenplanung, die als Hilfestellung bei der Projektierung dient.
Für wen ist dieser Leitfaden gedacht?
Dieser Leitfaden richtet sich an Anlagenplaner und Installateure, die Photovoltaik-Großanlagen auf Flachdächern planen und errichten.
Welche Zielsetzung verfolgt der Leitfaden?
Der Leitfaden zielt auf die Erstellung eines umfassenden Leitfadens zur Planung und Errichtung von Photovoltaik-Großanlagen auf Flachdächern in Deutschland ab, um Anlagenplanern und Installateuren eine fundierte Unterstützung zu bieten.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Wi.-Ing. Tanju Doganay (Autor:in), 2010, Projektierung von Photovoltaik-Großanlagen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/160359
