PHOTOVOLTAIKANLAGEN

PHOTOVOLTAIKANLAGEN

• Energie- und Leistungsmessung an Photovoltaikanlagen
• Bewertung von Blitz- und Überspannungsschutz bei Photovoltaikanlagen

Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) wandeln das elektromagnetische Spektrum der Sonne in dünnen Halbleiterschichten (Solarzellen) direkt in elektrischen Strom um. Die so gewonnene elektrische Energie kann direkt verwendet, in Akkumulatoren gespeichert, oder mithilfe von Wechselrichtern in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Energieertrag einer Solarstromanlage

In Deutschland kann ein mittlerer Energieertrag von etwa 650 bis 1150 kWh pro kWpeak (kWp) installierter Leistung der Anlage und Jahr erwartet werden. Fest installierte Anlagen ohne Sonnenstandsnachführung können dort bis zu 8 kWh/kWp an Spitzentagen erzeugen Kilowatt peak beschreibt die Nennleistung der Solarmodule der Anlage bei definierten Testbedingungen. Sie entsprechen maximaler bzw. idealer Sonneneinstrahlung, die jedoch nur selten erreicht wird. Für 1 kWp sind je nach Art und Wirkungsgrad der Solarzellen 7 bis 10 m² Modulfläche nötig. Vor allem in den letzten sonnenreichen Jahren gab es in Süddeutschland durchaus Erträge über 1200 kWh pro Jahr und installiertem kWpeak. Je nach den lokalen Klimaverhältnissen kann der Wert auch etwas darüber oder darunter liegen und von Jahr zu Jahr abhängig vom Wetter bis zu 20 Prozent von den Vorjahresergebnissen abweichen. Auch eine Verschattung von Modulen oder auch nur Teilen von Modulen zum Beispiel durch Fahnenmasten, Bäume, Nachbarbebauung oder ähnliches kann zu erheblichen Ertragseinbußen führen. Weitere Verluste liegen in der Verkabelung, zu dünne Querschnitte oder lange Kabelstrecken mindern den Ertrag einer Anlage deutlich. Man kann fertig installierte Strings mit Hilfe von sogenannten Kennlinien-Messgeräten oder -Analysatoren (TRI-KA, PVPM) messen.

Brandgefahr

Jedes Modul erzeugt eine Spannung von bis zu 40 Volt, es entstehen 700 Volt Spannung in jedem String, es fließt ein Strom von etwa 10 A. Daher ist eine gewissenhafte, fachgerechte Montage der elektrischen Komponenten von äußerster Wichtigkeit. Bei einem zu hohem Übergangswiderstand einer Stelle kann die Verbindung ausglühen, es bildet sich ein Lichtbogen enormer Leistung und Temperatur, der einen Kabelbrand verursacht. Bei Wechselstrom bricht dieser normalerweise schnell ab, bei Gleichstrom hingegen brennt er stundenlang. Für die Feuerwehren werden spezielle Schulungen durchgeführt, wie bei Bränden vorzugehen ist. Infolge der Gefährdung der Feuerwehrleute haben diese sich bereits geweigert, Gebäude mit Solaranlagen zu löschen, weil das Löschwasser unter Strom stehen kann. Ein Abschalten des Wechselrichters ist zwecklos, weil die Solaranlage weiterhin Strom für einen Lichtbogen liefert. Es gibt seit kurzem eine elektronische Schaltung, die unmittelbar am jedem Modul installiert werden kann. Über einen zentral angegebenen Befehl kann die Spannung bereits direkt am Modul unterbrochen werden. Eine Gefahr durch Spannungsverschleppung besteht somit nicht mehr.

Normung

Die Normen werden bei der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) erarbeitet und vom Europäischen Komitee für Elektrotechnische Normung (CENELEC) als Europäische Norm übernommen. Die DKE implementiert sie in das Deutsche Normenwerk mit Normprojekten beispielsweise zu: Solarzellen, Solarscheiben, Verifizierung von Simulationsprogrammen (Testdatensätze), Steckverbinder für PV-Systeme, Photovoltaik im Bauwesen, Gesamtwirkungsgrad von Wechselrichtern, Datenblattangaben für Wechselrichter. Außerdem bestehen Normen für die Bereiche: Messverfahren, Anforderungen an die Konstruktion von PV-Produkten, Prüfabläufe für Zulassungsprüfungen, Anforderungen an die elektrische Sicherheit. Der Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik gibt durch seine DIN-Normen einzuhaltende Bestimmungen für die Errichtung von Photovoltaikanlagen vor.

Fundstellen:

• DIN EN 62446 / VDE 0126-23 (Mindestanforderungen) mit der EN Vornorm vom Oktober 2009
• VdS 3145 Technischer Leitfaden Photovoltaikanlagen
• DIN VDE 0105-100 Betrieb von elektrischen Anlagen
• DIN 1055 Einwirkung auf Bauwerke
• DIN 18234 Baulicher Brandschutz großflächiger Dächer
• VDE 4105 Datenblätter zu PV Anlagen
• DIN EN 61082-2007, Mindestanforderungen zur Dokumentation und Anlagenübergabe
• MBO Musterbauordnung
• BayBo BayerischeBauordnung
• VDE 0126 Netzentkoppelte Photovoltaiksysteme
• VDE 0100-712 Anforderungen für Betriebsstätten
• VdS Richtline 2010 Risikoorientierter Blitz- und Überspannungsschutz
• VDE AR 4105 Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz
• VdS Richtlinie 3145 Installation von PV-Anlagen
• EnWG § 49 Anforderungen an Energieanlagen