Solaranlage. Von Lehrlingen gebaut

Transkript

1

2 Solaranlage Die TBZ ist auch ein Kraftwerk kwh werden jedes Jahr von der Sonnen gewonnen und in das öffentliche Netzt der Stadt (EWZ) eingespeist. Dies entspricht etwa dem Stromverbrauch eines 4-Personenhaushaltes während einem Jahr Von Lehrlingen gebaut Die Anlage auf dem Dach der TBZ Ausstellungsstrasse 70 wurde im Rahmen des Projektes Energie 2000 des Bundes und mit grosszügiger Förderung durch das Elektrizitätswerk der Stadt Zürich (EWZ) und weiteren Firmen erstellt. Die Fotovoltaik-Anlage wurde 1992 von Lehrlingen und Berufsschullehrern geplant, aufgebaut und in Betrieb genommen. Maschinenmechanker erstellten die Konstruktionszeichnungen, und Elektroinstallateure verdrahteten die ganze Anlage. Daneben wurde den Lehrlingen in einem Freifach Fachwissen zum Thema Sonnenergie vermittelt.

3 Welches ist die beste Variante Um die Vor- und Nachteiler verschiedener Systeme zu ermitteln, wurden ein Feld mit festen- und ein Feld mit nachführbaren Panels gebaut. Die fest montierten Solarzellen (vorne im Bild) liefern eine Spitzenleistung von 3500 W, die beweglichen, der Sonne nachgeführten Zellen (hinten) 2200 W. Der grösste Teil der Aufbauten wurden von Lehrlingen in den Werkstätten ihrer Lehrbetriebe gefertigt und auf dem Dach der TBZ zusammengebaut. Das ganze Projekt wurde in einem anschaulichen Videofilm festgehalten. Dieser Film, sowie die Technischen Daten der aktuellen Stromproduktion können auf der TBZ Homepage angeschaut werden. Die Materialkosten betrugen etwa Fr , Löhne und Personalaufwand nicht eingerechnet. Seit 1992 speist die Anlage jährlich etwa 5000 kwh elektrische Energie in das Netz der Stadt. Die Lebensdauer solcher Anlagen wird mit etwa 30 Jahren veranschlagt. Wirtschaftliche Rendite stand nie im Vordergrund, vielmehr soll die Anlage Erfahrung und Anschauungsmaterial für den Fachunterricht liefern. Ausserdem sollen sich unsere Lehrlinge mit modernen Technologien vertraut machen und für das Thema erneuerbare Energie sensibilisiert werden. Der Betriebsunterbruch infolge Umbau des Schulhauses an der Ausstellungsstrassse 70 von 2004 bis 2006 wurde genutzt, um die Photovoltaikanlage zu revidieren und zu modernisieren. Die Steuerung der beweglichen Panels wurde ersetzt und ermöglicht nun eine den Jahreszeiten entsprechende Ausrichtung zur Sonne hin. Ein neuer Wechselrichter ermöglicht nun die Onlineüberwachung der Energieproduktion.

4 Zwei unabhängige Solarfelder Die Anlage stellt die elektrischen Betriebsdaten auf gut sichtbaren Messgräten im Hauptverteiler im 6. Stock des Schulhauses. Konnten früher die Mechaniker, Elektroinstallteure und Elektromechaniker beim Aufbau Erfahrungen sammeln, so haben heute Informatiker- und Multimedia-Lehrlinge Gelegenheit, die Daten fachkundig via Internet auszuwerten. Die Anlage besteht aus 124 Solarpanels, die in 2 Felder aufgeteilt sind und die Energie über je einen Wechselrichter an das 230 V-Netz abgeben. Die Panels liefern auf unserem Breitengrad je 53 W bei Sonnenhöchststand. Sie sind so zusammengeschaltet, dass mit den fest montierten 3,4 kw und mit auf beweglichen Tracken 2.2 kw erzeugt werden können. Das festmontierte Feld ist nach Süden mit einem Höhenwinkel von 40 ausgerichtet. Um den Wirkungsgrad der Anlage erfassen zu können, ist eine Meteo-Station für Wind und Sonnen-Einstrahlung montiert. Die gemessenen Wirkungsgrade bewegen sich im Rahmen des erwarteten: etwa 15% für die Solarzellen und über 90 % des Wechselrichters. Prinzipschema TBZ-Solar Solarpanel beweglich Solarpanel feststehend Webcam V DC 10 A DC DC Visualisierung: Leistung Stromstärke Spannung Frequenz Energie Temperatur 90 V DC 15 A DC DC tbz.solar@gmail.com PW: photovoltaik Brandmelder A SunnyBoy 2200 Watt Messungen Sonneneinstrahlung Lufttemperatur Paneltemperatur Solcon 3600 W A C V V kwh A, V, W, E, W 230 V / 50 Hz Energie- Zähler Analog-Digital-Wandler 230 V / 50 Hz W SMS-Alarm Einspeisung in das EWZ - Stadtnetz

5 Die beweglichen Panels Eine besondere Herausforderung stellt die Mechanik der bewegliche, der Sonne nachgeführte Anlageteil dar. Immerhin müssen Windgeschwindigkeiten bis 180 km/h und Temperaturen zwischen -20 und 80 C ausgehalten werden. Ausserdem soll die Anlage möglichst wenig Eigenverbrauch aufweisen, d.h. alle Antriebe müssen im Ruhezustand stromlos und selbsthaltend ausgelegt sein. Vier Tracker tragen je 10 Solarpanels und führen sie zwei Achsig der Sonnenbahn nach. Eine Siemens LOGO-Steuerung stellt sie jede Stunde in eine neue Position. Vier Gleichstrom-Linearantriebe übernehmen die vertikale Bewegung und vier Schrittmotoren die horizontale Bewegung. Die Anlage startet am Morgen um 6 Uhr. Sensoren melden, wenn die Tracker in der richtigen Startposition im Osten stehen. Je nach Jahreszeit werden entsprechend der Sonnenbahn unterschiedliche Zeiten und Höhenpositionen von der Steuerung vorgegeben. Vergleich der Systeme [%] 90 bewegliche Panels festmontierte Panels :00 7:00 10:00 13:00 16:00 19:00 22:00 Uhr Wirkungsgrade der Panels Bewegliche Panel Feststehende Panel Vorteile höhere Energieproduktion vor allem auch am Morgen und am Abend Einfacher, schneller und preiswerter Aufbau Nachteile wesentlich aufwendigere Konstruktion und Steuerung weniger Energieertrag pro Panelfläche

6 Das Haupttableau Das Haupttableau im 6. Stock enthält Geräte zur Umwandlung der elektrischen Energie sowie der Anzeige und Aufzeichnung der Messwerte und der Kommunikation mit dem Internet. Analoge Strom- und Spannungsmessung DC der festmontierten Panels Temperatur Wechselrichter Zähler 230 V für die ins Netz eingespeiste Energie Brandmelder Digitale Strom- und Spannungsmessung für bewegliche Panels Wechselrichter Sunyboy für bewegliche Panels Zeitschaltuhr Elektronik für Schrittmotoren LOGO-Steuerung für die Nachführung der Panels Digitale Strom- und Spannungsmessung DC der festmontierten Panels Bluetooth-Interface zwischen Sunnyboyund dem Internet Kopplung mit dem Energienetz 230 / 400V mit LS und FI Notstrom- und SMS-Alarmzentrale Analoge Strom- und Spannungsmessung der festmontierten Panels Wechselrichter Solcon für festmontierte Panels Betriebsdaten von feststehende Panels Datenlogger für die Datenaufzeichnung Besondere Beachtung muss bei einer Solaranlage auf den Brandschutz gelegt werden. Ein Blitzeinschlag kann über die Energie- und Steuerkabel direkt in Innere des Gebäudes führen. Die Leitungen müssen darum im Feldverteiler und in der Hauptverteilung mit Überspannungsableitern geschützt werden. Die Leitungen werden ausserdem mit einem zentralen Gleichstromschalter von den Modulen so getrennt, dass die Feuerwehr bei einem Wassereinsatz nicht elektrisiert wird. Ein Überwachungsgerät sendet bei einem Brandfall einen SMS-Alarm. Führungen unter kundiger Leitung sind nach Absprache möglich.