Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen

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1 Jürgen Schlabbach Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen Herausgeber Rolf Rüdiger Cichowski Anlagentechnik für elektrische Verteilungsnetze [ VDE VERLAG GMBH [ VWEW Energieverlag GmbH

2 Inhalt Einführung Grundlagen der solaren Strahlung Globalstrahlung, Direktstrahlung, Himmelsstrahlung _ Strahlung auf die geneigte Fläche Regionale Verteilung der solaren Strahlung 31 2 Grundlagen der Photovoltaik Bändermodell und photovoltaischer Effekt Ersatzschaltbild der PV-Zelle, Strom-Spannungs-Kennlinien Kennlinien für unterschiedliche Strahlungsdichte und Temperatur Abhängigkeit von der Strahlungsdichte Einfluss der Zellentemperatur Einfluss von Temperatur und Strahlung auf die Leistung Typen von Solarzellen Kristalline Siliziumzellen Amorphe Siliziumzellen Dünnschicht-Zellen Andere Photovoltaikzellen und Zelltechnologien 64 3 Aufbau und Betriebsverhalten von Photovoltaikanlagen Allgemeines Verhalten einer Reihenverschaltung bei Verschattung Parallelverschaltung von Modulen Weitere elektrische Komponenten in PV-Anlagen Fehlanpassungen (Mismatch) von Modulen und Strings Definition Fertigungsbedingte Toleranzen 77

3 3.5.3 Alterungsbedingte Kennlinienänderungen Strahlungsinhomogenitäten Temperaturbedingte Abweichungen der Arbeitspunkte 4 Wechselrichter in PV-Anlagen 4.1 Allgemeines 4.2 Netzgeführte Stromrichter _ 4.3 Selbstgeführte Stromrichter Allgemeines Pulsweitenmodulation. 4.4 Gleichspannungswandler Tiefsetzsteller Hochsetzsteller 4.5 Wechselrichter in PV-Anlagen Allgemeines Funktioneller Aufbau von PV-Wechselrichtern 4.6 Wechselrichter-Wirkungsgrad 5 Elektrisches Betriebsverhalten von PV-Anlagen 5.1 Wechselrichterkonzepte 5.2 MPP-Tracking Allgemeines Indirektes MPP-Tracking Direkte MPP-Tracker 5.3 Auslegung des Wechselrichters Bereich des MPP-Tracking Leistungsbereich und Wirkungsgrad 5.4 Netzüberwachung 5.5 Verschiebungsfaktor, Leistungsmanagement 6 Auslegung von PV-Anlagen. 6.1 Randbedingungen

4 6.2 Modulverschaltung und Wechselrichterkonzept Reihen-und Parallelschaltung, Teilgeneratoren Auslegung des Wechselrichters nach der Spannung Auslegung des Wechselrichters nach der Leistung Aufstellungort Auslegung der DC-Leitungen Allgemeines Eingekoppelte Blitzüberspannungen und Spannungsfestigkeit Strombelastbarkeit Auslegung von Strangsicherungen Minimierung der Verluste Auslegung der AC-Leitung Anschlusskasten Fehlerstrom-Schutzeinrichtung Erdung und Blitzschutz von Photovoltaikanlagen Erdung allgemein Erdung aktiver Teile Blitzschutz Netzanschluss von PV-Anlagen Rechtliche Rahmenbedingungen Netzanschlussbedingungen Allgemeine Angaben Kurzschlussströme und Schutzeinrichtungen Blindleistungskompensation Netzrückwirkungen Zuschaltbedingte Spannungsänderungen, Spannungsanhebung Oberschwingungen und Zwischenharmonische Spannungsschwankungen und Flicker Spannungsunsymmetrie Kommutierungseinbrüche Hochfrequente Störaussendungen 176

5 7.4 Beispiele Störaussendungen von PV-Anlagen Überlagerung von Oberschwingungsströmen_ HF-Störspannungen Einfluss der Netzüberwachung auf die Störaussendung Flicker durch PV-Anlagen 187 Entwicklung der Photovoltaik, Rahmenbedingungen Installierte Leistung, erzeugte Energie, wirtschaftliche Bedeutung Rahmenbedingungen und Fördermöglichkeiten Allgemeines Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien _ Weitere Fördermöglichkeiten Überlegungen zur Wirtschaftlichkeit Grundsätzliches Kreditfinanzierung Investitionsvergleichsrechnung Projektbeispiele _ Photovoltaikanlage für ein Einfamilienhaus PV-Anlage für ein landwirtschaftliches Wirtschaftsgebäude Kleinanlage auf einem Runddach 205 Literaturverzeichnis 210 Anhang: Normen im Bereich der Photovoltaik 215 Stichwortverzeichnis 221