Photovoltaik-Meeting

Transkript

1 Tagungsband Hrsg.: Prof. Dr.-Ing. B. Glück, Prof. Dr.-Ing. E. Stein, S. Schmidt Photovoltaik-Meeting Hochschule Lausitz (FH) Senftenberg

2 Anzeige Gesellschaft zur Förderung von Wissenschaft und Wirtschaft GFWW e.v. Die Gesellschaft zur Förderung von Wissenschaft und Wirtschaft GFWW e. V. wurde im Juni 1991 mit dem Ziel gegründet, den Aufbau einer modernen Wirtschaftsund Wissenschaftsstruktur zu unterstützen und neue Technologien in der Region zu etablieren. Ihr gehören Unternehmen und Persönlichkeiten an, die die Bereiche Wissenschaft, Wirtschaft, Politik, Bildung und Finanzen repräsentieren. Die GFWW verfügt über Kompetenzen in der Netzwerkarbeit sowie Know-how im Netzwerkmanagement in den Branchen Photovoltaik und Elektronik. Als Dialogplattform schlägt sie Brücken zwischen den Akteuren und nutzt ihre Potenziale für Vernetzung und Kooperation. Im Februar 2007 hat sie die Matrix angewandte Forschung Ltd. & Co. KG gegründet. Die GFWW hat enge Kooperationsbeziehungen über Brandenburg hinaus entwickelt, so zum Silicon Saxony e. V., Dresden, dem optonet e. V., Jena und zum Branchenverband SEMI Europe, Brüssel. Sie ist Mitglied bei der SEMI PV Group. Dies ermöglichte die 1992 begonnenen jährlichen Technologietage seit 2005 auch auf einen Technologietag Mitteldeutschland zu erweitern, der abwechselnd in Brandenburg / Berlin, Sachsen und Thüringen stattfindet. Geschäftsstelle: Gesellschaft zur Förderung von Wissenschaft und Wirtschaft GFWW e.v. Prof. Dr. Hans Richter, Vorstandsvorsitzender Im Technologiepark Frankfurt (Oder) Telefon: +49(0) Telefax: +49(0) gs@gfww.de Iternet: Anzeige

3 Tagungsband zum Photovoltaik-Meeting 2013 Anwendungen Qualität - Perspektiven Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Glück, Prof. Dr.-Ing. Erhard Stein, Sindy Schmidt Inhalt Befestigungssysteme für Photovoltaik-Freilandanlagen S. Schnitzer Mounting Systems GmbH, Rangsdorf Wirtschaftlichkeit von PV Anlagen auf Supermarktdächern M. Künicke ib Vogt GmbH, Berlin Qualität und räumliche Nähe als Wettbewerbsvorteil für PV-Unternehmen H. Richter, J.U. Raschke GFWW e.v., Frankfurt (O.) Mobiles Elektrolumineszenz Inspektionssystem für Photovoltaikanlagen M. Regehly, R. Kemmler, J. Penlington greateyes GmbH, Berlin Entwicklung eines Messplatzes zur winkelabhängigen Messung von I-U-Kennlinien an Einzellermodulen R. Trunow Aleo Solar AG, Prenzlau Ersatzschaltungsmodelle von PV-Zellen und Bestimmung der Elemente B. K. Glück Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Informatik, Hochschule Lausitz (FH) Senftenberg Optimierung zur Berechnung der Strahlungstrennung S. Schmidt Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Informatik, Hochschule Lausitz (FH) Senftenberg Hybride Solarsysteme K. Kalberlah Eurosun Solartechnik UG (haftungsbeschränkt), Fürstenwalde

4 Befestigungssysteme für Photovoltaik-Freilandanlagen Die Materialwahl Stahl oder Aluminium? Autoren: Firma Anschrift S. Schnitzer Mounting Systems GmbH, Mittenwalder Str. 9a, Rangsdorf Die Planung einer Photovoltaik-Freiflächenanlage ist ein komplexer Prozess. Das Befestigungssystem spielt eine wichtige Rolle ebenso wie die Bestimmung der maximalen Leistung einer Anlage durch die Wahl der Module und der geeigneten Wechselrichter im Gesamtwerk Solarinstallation. Zudem hatte die Entwicklung der Photovoltaik-Industrie im letzten Jahrzehnt von Kleingewerben zu global agierenden Unternehmen einen starken Einfluss auf den Bereich der Gestell- und Befestigungssysteme. Durch die in den letzten Jahren stark gesunkenen Preise von Photovoltaikmodulen steht heute auch das Gestellsystem im Fokus der Kostenoptimierung. Hat vor zehn Jahren der Anteil der Gestellkosten noch circa 3-5 % der Gesamtkosten ausgemacht, sind es heute bis zu 15%, Tendenz steigend. Unter diesem Aspekt stellt sich auch die Frage des wirtschaftlichsten Materials. Insbesondere bei Freiflächenanlagen konkurrieren hier immer noch Aluminium und Stahl. Welche Kriterien neben den Kosten noch zur Wahl des geeigneten Gestellsystems beachtet werden müssen, soll nachfolgend erläutert werden. Freilandanlage 50,7 MWp Bulgarien Für die Wahl des passenden Befestigungssystems unabhängig ob Stahl oder Aluminium sind die projektspezifischen Randbedingungen das erste Kriterium. Anhand der Standortdaten sind die Einwirkungen auf das Befestigungssystem zu ermitteln. Die wirkenden Lasten setzen sich im Allgemeinen zusammen aus Wind-, Schneelasten und dem Eigengewicht der Anlage, also dem Gewicht der Module und - 1 -

5 des Gestelles. In europäischen Nachbarländern wie zum Beispiel Italien können dazu noch Belastungen aus Erdbeben kommen. Die auf die Konstruktion wirkende Schneelast lässt sich etwas einfacher bestimmen als die Windlast. Der zuständige Planer muss abhängig vom Projektort und mit Hilfe der in der Norm hinterlegten Karte die Schneelastzone ermitteln. Für ganz Europa sind diese Karten basierend auf den Schneemengen der vergangenen Jahrzehnte erstellt. Wenn der Planer die dem Projektort zugehörige Zone gefunden hat und die Höhe über dem Meeresspiegel des Projektortes bekannt ist, kann er die Schneelast auf dem Boden bestimmen. Je nach Neigung der Freiflächenanlage kann dieser Wert noch abgemindert werden. Je steiler die Modulfläche, desto eher kann davon ausgegangen werden, dass der Schnee abrutscht. Die Bestimmung der wirkenden Windlasten ist etwas komplizierter. Auch hier wird mit einer Zonenkarte begonnen, und die Grundwindgeschwindigkeit des Gebietes bestimmt. Des Weiteren hat die Oberflächenbeschaffenheit des Geländes einen hohen Einfluss auf die Strömungsgeschwindigkeit des Windes. Typischer Weise herrscht in stark bebauten Stadtgebieten eine geringere Geschwindigkeit vor als auf dem flachen Land ohne Bäume und andere Hindernisse, die den Wind abbremsen könnten. Je rauer das Gelände also ist, desto geringer ist die Anströmgeschwindigkeit des Windes. In der Norm sind deshalb vier verschiedene Geländekategorien angegeben, aus denen sich der Topografiebeiwert ermittelt. Um die Natürlichkeit des Windes abzubilden, muss auf die bereits ermittelte Grundströmung ein Zusatzfaktor aufgeschlagen werden, der die Böigkeit des Windes beschreibt. Die Windlast besteht also aus einer Grundlast und einem Anteil aus schwankender Last, welche aus den turbulenten, böigen Anteilen des Windes resultiert. Die daraus resultierende Kraft auf die Modulfläche setzt sich also aus der Grundwindgeschwindigkeit, den Topografie- und Böenfaktoren sowie den aerodynamischen Beiwerten zusammen. Sind die Schnee- und Windlasten bestimmt und das Eigengewicht der Anlage berechnet, sind die Eingangswerte für die Einwirkungen auf ein Gestellsystem gefunden. Für die Bemessung der Konstruktion wird jetzt je nach gewähltem Material das Befestigungssystem ausgelegt. Hierzu wird für Konstruktionen aus Aluminium der Eurocode 9 verwendet, für Konstruktionen aus Stahl der Eurocode 3. Äußere Rahmenbedingungen Korrosion Aluminium ist durch die Reaktion an der Luft und der sich dadurch bildenden Oxidschicht sehr korrosionsbeständig. Dies ist wichtig, da sich die Photovoltaik-Anlagen im Freien befinden, somit allen Witterungseinflüssen ausgesetzt sind und eine möglichst hohe Haltbarkeit aufweisen sollen. Für die Verwendung für Photovoltaikanlagen wird ein unlegierter Baustahl, wie zum Beispiel S235JR betrachtet. Wie jeder Stahl, unterliegt auch S235JR der atmosphärischen Korrosion. Daher muss aus oben genannten Gründen die Korrosionsbeständigkeit sichergestellt werden. Selbige wird hier durch das Feuerverzinken erreicht

6 Dadurch entsteht ein mechanisch beständiger Zinküberzug mit langjähriger (25 bis 40 Jahre, je nach Witterung) Schutzdauer. Da Zink im Vergleich zu Eisen das unedlere Metall ist, also das Standardpotenzial von Zink mit -0,76 V negativer als das des Eisens mit -0,41 V ist, stellt Zink in einem Elektrolyt die Anode dar, die oxidiert, bevor das Eisen anfängt zu oxidieren. Neben den qualitativen und sicherheitsrelevanten technischen Bewertungen von Werkstoffen, in Bezug auf Festigkeit, Umformvermögen und Korrosionsbeständigkeit gewinnt die Verwendung gerade für die ökologische Energiegewinnung immer mehr an Bedeutung. Die Umweltbeeinflussungen eines Produktes oder Werkstoffes lassen sich mit Hilfe von Ökobilanzen über dessen gesamten Lebenszyklus anhand wichtiger Kenndaten ermitteln: in den Phasen der Entstehung, der Verwendung und der Entsorgung. Die Herstellung von Aluminium lässt sich grundsätzlich betrachten: für Primäraluminium, also aus dem Rohstoff Bauxit gewonnenem, und Sekundär- also recyceltem Aluminium. Insgesamt werden zur Herstellung einer Tonne Primäraluminiums 174 GJ Primärenergie (die von natürlichen, noch nicht weiterverarbeiteten Energieträgern stammt, zum Beispiel Kohle, Erdöl, Erdgas, Wasser, Wind, Sonne, Energie) benötigt. Des Weiteren entstehen bei Herstellung von einer Tonne Primäraluminium 10,9 t atmosphärische Emissionen wie Kohlendioxide, Schwefeldioxide, Fluoride, Fluor und viele weitere Treibhausgase. Diese hohen Umweltbelastungen lassen sich durch eine möglichst hohe Recyclingrate ausgleichen. Aluminium kann ohne Festigkeitsverluste beliebig oft eingeschmolzen und wiederverwertet werden, wobei etwa 90 % des geschmolzenen Primäraluminiums als Sekundäraluminium eingesetzt werden kann. Der Energieaufwand zum Recyceln beträgt etwa 95 % weniger Energie (7,4 GJ/t) als zur energieintensiven Herstellung von Primäraluminium. Der Stromeinsatz ist mit 0,47 MW pro Tonne Aluminium um 97 % geringer als bei der Erstgewinnung. Auch die Entstehung von atmosphärischen Emissionen liegt mit 809,9 kg pro Tonne Aluminium insgesamt 93 % niedriger als bei der Produktion von Primäraluminium. Europaweit liegt der Anteil von Sekundäraluminium durchschnittlich bei 32 %. Bei Mounting Systems liegt der Anteil bei 45,45 %, vorgegeben durch die Lieferanten der Aluminiumextrusionen Für die Verwendung von Stahl muss neben der Herstellung des Rohstahls als Warmoder Kaltwalzband auch die Feuerverzinkung betrachtet werden. Für die Rohstahlherstellung fallen 31,72 GJ Primärenergie und 7,3 t atmosphärischer Emissionen pro hergestellte Tonne an. Das Feuerverzinken ist nicht massenspezifisch messbar, da hier nur die Oberfläche entscheidend ist. Allerdings können hierfür 46 MJ/m² bzw. 21,95 GJ/t als verwendbarer Rechenwert genommen werden. Die Recyclingrate von Stahl liegt bei 80 %, wobei hier mit 4,35 GJ/t nur 25 % der ursprünglich erforderlichen Primärenergie gebraucht wird. Allerdings wird zur Profil- und Trägerherstellung kein Altstahl verwendet, sodass hier immer von Primärstahl ausgegangen werden muss

7 Um einen Vergleich durchführen zu können, der die Ökobilanzen beider Werkstoffe beurteilt, müssen neben den Energiebilanzen auch die physikalischen und mechanischen Eigenschaften berücksichtigt werden. Durch die höhere Festigkeit von Stahl können Querschnitte und Wanddicken materialsparsamer ausgelegt werden, um die gleichen Sicherheiten zu erfüllen. Zum Vergleich werden daher zwei statisch gleichwertige, jeweils einen Meter lange Profile für witterungsbeeinflusste Beanspruchung und eine Lebensdauer von 80 Jahren untersucht. Dabei ist zu beachten, dass die Verzinkung des Stahlprofils, im Gegensatz zur Eloxierung, nach 30 bis 40 Jahren erneuert werden muss. Tabelle 1: Ökologische Bilanz von Profilsystemen Wie in dieser Tabellen ersichtlich, spielt die Betrachtung eines Werkstoffs über den gesamten Lebenszyklus eine entscheidende Rolle. Aufgrund des hohen Korrosionsschutzes und der Wartungsfreiheit des Eloxals wird das Aluminiumprofil nun als deutlich nachhaltiger angesehen. Ökologisch betrachtet ist jedoch auch die Kombination von verzinkten Stahlprofilen mit verzinkten Schrauben im Allgemeinen nachhaltiger, als die oft verwendete Kombination von Aluminium und Edelstahl (zur Herstellung benötigte Energie 97 MJ/kg). Somit lässt sich sagen, dass die Verwendung von Aluminium nur dann sinnvoll ist, wenn es einen möglichst hohen Recyclinggrad erreicht und starken Witterungseinflüssen ausgesetzt ist. Dadurch kann die natürliche Aluminiumoxidschicht vorteilhaft wirken. Kostenbetrachtung Für den Kostenvergleich werden die Einkaufs- und Transportkosten von verzinktem Stahl und Aluminium miteinander verglichen, wobei auch der erzielte Schrottpreis als Einnahme eine wichtige Rolle spielt. Stahl und Aluminium werden an der Londoner Metal Exchange (LME), der Börse, gehandelt und unterliegen damit einer gewissen Volatilität, sodass in dieser Kostenbetrachtung nur mit den derzeit bei Mounting Systems verwendeten Werten gerechnet werden kann

8 Der Einkaufspreis der verwendeten Aluminiumlegierung setzt sich zusammen aus dem Rohaluminiumpreis, sowie der Umformung und der Bearbeitung. Der Rohaluminiumpreis ist abhängig von dem Preis an der Börse. Laut Montagepartnern werden Stahlsysteme etwa 20 % bis 25 % günstiger angeboten. Genauere Informationen sind aufgrund des Wettbewerbs und Firmenvertraulichkeiten nicht zu erhalten. In dieser Kalkulation wird von 25 % Preisvorteil ausgegangen. Auch Stahl wird am Rohstoffmarkt gehandelt. Der durchschnittliche Stahlpreis der letzten Monate wird für die Kostenbetrachtung zu Grunde gelegt vorausgesetzt, dass Bearbeitungskosten und Maschinenabschreibungen äquivalent zur Aluminiumbearbeitung sind. Aufgrund des etwa 1,5-fachen Gewichts der Stahlprofile liegen die Transportkosten über denen für Aluminium, allerdings lassen sich hier keine genauen Werte ermitteln, da die Transportkosten ebenso von den Packmaßen abhängig sind. Daher wird dieser Punkt hier nur zur Vervollständigung erwähnt, findet jedoch in der Kostenkalkulation keine weitere Verwendung. Ebenso finden Wartungskosten hier keine Verwendung, da Aluminiumgestelle wartungsfrei sind und für Stahlgestelle keinerlei Erfahrungswerte vorliegen, da die ältesten Stahlgestellsysteme für photovoltaische Anwendungen maximal vier Jahre alt sind. Allerdings würden diese zwei Punkte zugunsten der Aluminiumverwendung ausfallen. Wie bereits bei den Ökobilanzen beschrieben, muss auch die Kostenbetrachtung das Recycling der Materialien mit einbeziehen um einen vollständigen Vergleich zu gewährleisten. Auch die Schrottpreise für die beiden Materialien unterliegen ständigen Schwankungen. Dagegen lag der Preis von Aluminiumschrott in den letzten drei Monaten zwischen 1,22 und 1,28 /kg und der Schrottpreis für verzinkten Stahl bei 0,157 0,185 /kg (Werte jeweils nach Produktionsplanung Mounting Systems). Demzufolge wird beim Recycling von Aluminium durchschnittlich 1,08 /kg mehr zurückgewonnen als beim verzinkten Stahl. Aufgrund dieses hohen Wertes fällt die Kalkulation für Aluminium mit 0,12 /kg geringerem Kundengesamtaufwand und einem für den Gestellhersteller absolut höheren Gewinn insgesamt zu Gunsten des Aluminiums aus. Materialvergleich (Spannung/Durchbiegungen/Gewicht) Die momentan verwendete Aluminiumlegierung trägt die Bezeichnung EN AW-6063 T66, bzw. EN AW-AlMg0,7Si. Diese Legierung ist aushärtbar und, wie nahezu alle Aluminiumlegierungen, gut formbar. Die Formbarkeit spielt für die Gestellsysteme von Photovoltaik-Anlagen eine sehr große Rolle, da die Profile fast ausschließlich stranggepresst werden, wodurch sich auch sehr komplizierte Formen fertigen lassen. S235JR ist ebenfalls gut formbar und kann auf Grund seines überwiegend ferritischen Gefüges mit allen gängigen Verfahren geschweißt werden. Weitere physikalische und mechanische Eigenschaften sind in folgender Tabelle aufgelistet

9 Tabelle 2: Vergleich der physikalischen und mechanischen Eigenschaften Anhand der Daten in der Tabelle ist zu erkennen, dass die Aluminiumlegierung dem gewählten Stahl in puncto Festigkeit unterliegt. Eine wichtige Eigenschaft des Aluminiums ist jedoch, dass es bei geringen Temperaturen nicht spröde wird, wie Stahl, sondern noch an Festigkeit gewinnt. Dies ist für Gestellsysteme ein wichtiger Punkt, da die Systeme draußen allen Witterungseinflüssen ausgesetzt sind. Allerdings ist die Dichte des Stahls dreimal so hoch, woraus folgt, dass die Gestelle schwerer werden. Hier lässt sich jedoch sagen, dass die Gestelle aus Stahl nur etwa anderthalb mal so schwer werden, da aufgrund der besseren Festigkeitswerte in der Konstruktion Material eingespart werden kann. Installation/Montage vor Ort Die Installations- und Montagebedingungen vor Ort sind weitestgehend äquivalent, da auch beim Stahl ein hoher Anteil an Vormontage möglich ist. Einzig die Unterschiede beim Anlagengewicht sind hier von Bedeutung. Stahlgestellsysteme haben etwa die 1,5-fache Masse von Aluminiumbauteilen. Das bedeutet einen größeren Belastungsaufwand für das Montagepersonal und dadurch möglicherweise höhere Kosten für weiteres Personal. Fazit Zu Umwelt- und Korrosionseinflüssen wurde festgestellt, dass Aluminium mit zunehmendem Recyclinggrad und längerer Lebensdauer energetisch und in Bezug auf atmosphärische Emissionen umweltfreundlicher wird, als der gewählte Baustahl. Dieses Resultat beruht vor allem auf der notwendigen Verzinkung, die eine hohe Verschmutzung in die Umwelt einträgt. Auch im Kostenvergleich hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von Aluminium, der hohen Einkaufskosten zum Trotz, die wirtschaftlichere Variante darstellt jedoch unter der Berücksichtigung der höheren Recyclingwerte. Allerdings können bei der Verwendung von Stahl die niedrigen Einkaufskosten an die Kunden weitergegeben werden. Daher muss von Herstellern von Aluminiumgestellen auf die Recyclingwerte verwiesen werden, um den Kunden auf die Wirtschaftlichkeit dieses Materials hinzuweisen

10 Wirtschaftlichkeit von PV-Anlagen auf Supermarktdächern von Mathias Künicke (M.Sc.) ib vogt GmbH 1. Ausgangssituation Die Energiewende und die mit ihr verbundenen Kosten sind momentan eines der beherrschenden Themen in der deutschen Politik. Unter dem Schlagwort Energiewende versteht man dabei den Ausbau erneuerbarer Energien, wie beispielsweise Wind- und Solarenergie, bei gleichzeitiger Abkehr von der Atomenergie. Dieses Projekt war bisher von Erfolg geprägt, denn es wurde der Anteil erneuerbarer Energien im deutschen Strommix von 6,4% im Jahr 2000 auf über 20% im Jahr 2011 mehr als verdreifacht (vgl. BMU 2011). Der Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland war nur durch hohe Investitionen in moderne, aber anfangs vergleichsweise teure Kraftwerkstypen, wie Windkraft- oder Photovoltaikanlagen möglich. Die Investitionskosten werden durch eine Umlage auf alle Stromkunden verteilt. Diese EEG-Umlage belief sich im Jahr 2000 auf 0,2 Cent je kwh und erhöhte sich bis zum Jahr 2013 auf 5,3 Cent je kwh. Durch die Erhöhung der Umlage stiegen zwangsläufig die Strompreise, was wiederum Druck auf die Politik ausübte die Förderung der erneuerbaren Energien zu drosseln und z.b. die Einspeisevergütung für Strom von Photovoltaikanlagen stark zu reduzieren (vgl. Frese 2012 & Übertragungsnetzbetreiber 2012). Tabelle 1 zeigt die aktuell gültigen Vergütungssätze für PV-Anlagen. Aufdachanlagen Freiflächenanlagen Anlagengröße: bis 10 kw bis 40 kw bis 1000 kw bis 10 MW bis 10 MW EEG-Vergütung ab ,92 ct/kwh 15,10 ct/kwh 13,47 ct/kwh 11,02 ct/kwh Tabelle 1: EEG-Einspeisevergütung für PV-Anlagen (Eigene Darstellung vgl. BMU 2012) Auch in Zukunft ist davon auszugehen, dass die Förderung erneuerbarer Energien reduziert wird. Wir steuern demnach auf einen Strommarkt zu, auf dem sich erneuerbare Energien größtenteils ohne staatliche Förderung behaupten müssen. In Zukunft werden daher vermehrt Anlagen unabhängig von der Förderung durch das EEG gebaut werden, bei denen der Strom entweder direkt vor Ort verbraucht oder anderweitig vermarktet wird

11 2. Warum ein Supermarkt? Dieser Beitrag soll aufzeigen ob bzw. ab wann sich PV-Anlagen auf Gewerbeimmobilien ohne staatliche Förderung lohnen. Dazu wurde als Untersuchungsobjekt ein Supermarkt ausgewählt. Der Eigenverbrauch des Stroms einer PV-Dachanlage ist eigentlich bei jedem genutzten Gebäude denkbar. Jedoch variiert der Anteil des Eigenverbrauchs stark nach Art der Nutzung des Gebäudes und der Leistung der PV-Anlage. Ein Einfamilienhaus hat beispielsweise einen stark fluktuierenden und ein Industriebetrieb i.d.r. einen gleichmäßigeren Stromverbrauch. Dies ist bedingt durch den jeweils unterschiedlichen Anteil der Grundlast am Gesamtstromverbrauch. Um einen möglichst optimalen Eigenverbrauchsanteil zu erreichen eignen sich demnach nur Gewerbe mit gleichmäßig hohem Verbrauch und einer großen Dachfläche als Untersuchungsobjekt. Es kommen somit z.b. Bürogebäude, Einzelhandelsgeschäfte und öffentliche Gebäude, wie Schulen oder Schwimmbäder in Frage. Bürogebäude und öffentliche Gebäude werden größtenteils werktags genutzt und verbrauchen am Wochenende kaum Strom. Schwimmbäder und Einzelhandelsgeschäfte mit großen Kühlregalen haben einen gleichmäßigen Verbrauch über alle Wochentage und eignen sich daher besser. Den Ausschlag für einen Supermarkt gab ihre oft ähnliche Bauweise und Größe, die es beim Bau mehrerer PV-Anlagen ermöglicht positive Skaleneffekte zu erzielen. Des Weiteren muss man sich bei der Planung nur mit einem Ansprechpartner abstimmen und Einzelhandelsketten wie ALDI, Lidl oder Penny sind kapitalstark und kosteneffizient. 3. Technische Besonderheiten Die Supermärkte der großen Discount-Ketten werden oft in Fertigbauweise errichtet und ähneln sich daher häufig. Die Statik der Schrägdächer stellt dabei aufgrund ihrer geringen Lastreserven ein Problem dar und macht den Bau einer klassischen PV- Anlage, die mit Dachhaken oberhalb der Ziegel montiert wird, unmöglich. Die PV- Anlage muss deshalb als dachintegrierten Anlage geplant werden. Bei einer solchen Anlage werden die Ziegel entfernt und die Module treten, auf einer speziellen Unterkonstruktion befestigt, an ihre Stelle. Dabei gilt es im Besonderen auf die Dichtheit der Konstruktion zu achten. Durch das Ersetzen der Ziegel durch die Module führt die dachintegrierte Bauform für die Gesamtstatik des Daches nur zu einer minimalen Mehrbelastung oder ist im Idealfall sogar lastneutral. Der kosteneffiziente Einsatz der dachintegrierten Montageform bei PV-Anlagen auf Supermarktdächern ist Neuland für viele Anbieter. Dennoch gibt es schon eine Reihe von Systemen am Markt und Abbildung 1 zeigt exemplarisch den Aufbau eines Systems der Firma Renusol auf dem alle marktüblichen kristallinen Module montiert werden können

12 Abbildung 1: Schematischer Aufbau des InterSole Indach-Montagesystems (Renusol 2011) 4. Wirtschaftlichkeitsberechnung In diesem Abschnitt wird untersucht ab welchem Zeitpunkt und unter welchen Bedingungen sich der Eigenverbrauch des Solarstroms für Gewerbekunden lohnt. Dazu wird eine exemplarische PV-Anlage für einen Supermarkt beschrieben, ihre Leistung simuliert und mit dem Lastprofil verglichen. Anschließend werden die Stromgestehungskosten den Strombezugskosten gegenübergestellt. Tabelle 2 zeigt den Stromverbrauch und die Bezugskosten eines typischen Supermarktes. Hinter diesen Daten stecken die Lastgangdaten eines realen Supermarktes für ein komplettes Kalenderjahr. Stromverbrauch: KWh Max. Leistung: 105 kw Preis pro kwh: 0,14 Tabelle 2: Stromverbrauch und -bezugspreis eines Supermarktes (eigene Darstellung) Um nun die Stromgestehungskosten einer PV-Anlage auf einem Supermarktdach zu berechnen, muss man zuerst deren optimale Parameter definieren. Optimal bedeutet hierbei das, unter Beachtung der Dachgröße und der Lastgangdaten, sowohl die Solar Fraction als auch der Eigenverbrauchsanteil maximiert werden. Tabelle 3 fasst die Merkmale einer solchen PV-Anlage zusammen

13 Schrägdach Ausrichtung Süd Ost/West Montageart Dachintegriert Dachintegriert Anlagengröße [kwp] 86,4 99,4 Modulneigungswinkel [ ] 22,0 22,0 Leistung [kwh/kwp/jahr] 924,0 799,0 Solar Fraction [in %] 19,2 19,2 Eigenverbrauch [in %] 94,1 94,7 Tabelle 3: Merkmale exemplarischer PV-Anlagen (eigene Darstellung) Der Preis einer solchen Dachanlage liegt momentan zwischen und /kwp. Dank dieser Informationen und weiteren Annahmen lassen sich mit Formel 1 die Stromgestehungskosten (LCOE) der beiden Anlagenvarianten berechnen. Formel 1: Berechnung der Stromgestehungskosten (Konstantin 2009) Nun da die Stromgestehungskosten und die Strombezugskosten bekannt sind, kann man das Einsparungspotential berechnen, welches die Installation einer PV-Anlage auf dem Supermarktdach mit sich bringen würde. Tabelle 4 zeigt eine Gegenüberstellung der wichtigsten Parameter und das jährliche Einsparungspotential im Vergleich zu den Strombezugskosten wenn keine PV- Anlage installiert ist. Dachart: Schrägdach Ausrichtung: Süd Ost/West Stromverbrauch Supermarkt [kwh] Strombezugskosten pro kwh Stromrechnung ohne PV , EEG-Vergütung (April ) 0,143 0,142 Stromgestehungskosten 0,117 0,133 Einsparung mit PV-Anlage -3,88% -1,31% Tabelle 4: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung (eigene Darstellung)

14 Wenn man also im April 2013 eine, auf einem nach Süden hin ausgerichteten Schrägdach montierte PV-Anlage mit 86,4 kwp Leistung in Betrieb nimmt und der Strom größtenteils vor Ort durch den Supermarkt direkt verbraucht wird, kann man dessen Stromrechnung dauerhaft um ca. 3,9 % reduzieren. Diese Aussage gilt in ähnlicher Form für andere Anlagenausrichtungen und Dachformen. 5. Fazit Die Netzparität zum Gewerbestrompreis ist in Deutschland bereits erreicht. PV- Dachanlagen auf Supermärkten lassen sich demnach gewinnbringend über den Eigenverbrauch des Stroms finanzieren. Wie groß die Gesamtersparnis für den Supermarktbetreiber über die 20 jährige Betriebszeit ist, lässt sich aufgrund der vielen Unsicherheiten nur schwer vorhersagen. Wenn man jedoch eine realistische Strompreissteigerung von 5 % pro Jahr annimmt, so lassen sich über 20 Jahre mindestens einsparen. Die PV-Anlage hätte dann, zusätzlich zu ihrem ökologischen Vorteil der CO 2 -freien Stromerzeugung, knapp das Doppelte ihrer Investitionskosten eingebracht. Abbildung 2 vergleicht die Entwicklung der Strombezugskosten für einen Supermarkt ohne PV-Anlage mit denen eines Supermarktes mit PV-Anlage. Abbildung 2: Vergleich der Strombezugskosten über 20 Jahre (eigene Darstellung) Diese realistische Mindest-Ersparnis kann auch höher ausfallen. Des Weiteren hört die PV-Anlage am Ende ihrer Betriebszeit keineswegs auf Strom zu produzieren. So verwundert es auch nicht, dass sich in Süddeutschland in den letzten Monaten bereits Unternehmen in dieses vielversprechende Geschäftsfeld gewagt und erste PV-Dachanlagen auf Supermärkten realisiert haben

15 Quellen: Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) 2011, Erneuerbare Energien wichtiger Pfeiler für die Energieversorgung, Aufruf , Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) 2012, Die wichtigsten Änderungen der EEG-Novelle zur Photovoltaik 2012, Aufruf , Frese, A. 2012, Die Stunde der Markt-Designer, Der Tagesspiegel, 27. August, Aufruf , Konstantin, P. 2009, Praxisbuch Energiewirtschaft: Energieumwandlung, -transport und -beschaffung im liberalisierten Markt, Springer, Berlin. Renusol 2011, Indachsystem-Bestseller für alle gerahmten PV-Module von mm Stärke, Renusol GmbH, Aufruf , Übertragungsnetzbetreiber 2012, EEG-Umlage 2013 beträgt 5,277 Cent pro Kilowattstunde, 50Hertz Transmission GmbH, Amprion GmbH, TransnetBW GmbH und TenneT TSO GmbH, Aufruf ,

16 Qualität und räumliche Nähe als Wettbewerbsvorteil für PV-Unternehmen Jörg-Uwe Raschke, Hans Richter Gesellschaft zur Förderung von Wissenschaft und Wirtschaft - GFWW - e. V., Im Technologiepark 1, Frankfurt (Oder), Vorbemerkungen Die Photovoltaik ist Teil der langfristig angelegten und notwendigen Energiewende, die selbst wiederum einen Strukturwandel in der Wirtschaft darstellt. Seit mindestens 2 Jahren befindet sich die PV-Branche in der Konsolidierungsphase und hatte/hat dafür keine strategischen Konzepte. Erschwerend kommt hinzu, dass dieser Prozess unter den Rahmenbedingungen der Globalisierung abläuft. In Mittel- und Westeuropa sind keine weiteren wesentlichen Zuwächse bei Freiflächenanlagen zu erwarten /1/. PV-Module, verbaut in Gebäuden, sind langlebige Produkte. Sie erfordern Qualität und verfügbare Systemlösungen bis hin zur Speicherung. Hinzu kommt ein Klientelwechsel beim Kunden vom Stromverkauf hin zur Nutzung für den Eigenbedarf. Damit wird deutlich, dass die PV-Branche nicht beim Modul endet und die Wertschöpfungskette auszubauen ist. Dem Anliegen zur Sicherung von Premiumqualität, Bereitstellung von Systemlösungen und Kundennähe über das Handwerk dient ein Netzwerk-Projekt mit 13 Partnern, die die dafür notwendige Wertschöpfungskette von der Komponentenherstellung über erforderliche Dienstleistungen bis hin zu Installation und Service beim Endkunden abdecken und das im Oktober 2012 gestartet wurde. Premiumqualität als strategischer Ansatz zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der Photovoltaik Made in Germany Der wachsende Energiebedarf der Menschheit lässt sich künftig nicht über herkömmliche Energiequellen absichern. Die daraus abgeleitete Energiewende ist für die Wirtschaft und Wissenschaft eine enorme Herausforderung. Die Photovoltaik als wartungsarme und ressourcensichere Energiequelle wird dabei eine wichtige Rolle spielen /2/. Die sich gegenwärtig vollziehende Konsolidierungsphase bei den Zell- und Modulherstellern hat sich bereits vor einigen Jahren angekündigt /3/ und zu einer dramatische Situation in der deutschen Photovoltaikindustrie geführt. Gegenwärtig ist sie einem immensen Wettbewerbsdruck speziell von Seiten chinesischer Produzenten ausgesetzt, der zu einem extremen, weiter anhaltenden Preisverfall und zum Marktaustritt zahlreicher großer und kleiner Anbieter geführt hat. Unabhängig von der

17 gegenwärtigen Situation wird der globale Photovoltaik-Markt aber auch in Zukunft wachsen /4/ /5/ /6/. Nahezu alle am Markt verbliebenen deutschen PV- Modulhersteller haben sich im Premium-Segment positioniert und gehören als weltweit führende Technologie- und Qualitätsproduzenten nicht zu den Low-Cost-Anbietern. Für sie besteht die Möglichkeit darin, durch Qualität, Technologiewettbewerb, räumliche Nähe sowie mögliche Allianzen und damit realisierbaren kundenspezifischen Systemlösungen Wettbewerbsvorteile zu erlangen. Zur Sicherung von Premiumqualität, Bereitstellung von Systemlösungen und Kundennähe über das Handwerk haben sich 11 Unternehmen, die Handwerkskammer Frankfurt (Oder) und die Hochschule Lausitz im ZIM- Kooperationsnetzwerk Photovoltaikindustrie - Handwerk - Endkunde (im Folgenden ZIM-KN-PIHwK) zusammengeschlossen (vgl. Tab. 1), das am seine Arbeit aufgenommen hat. Das Netzwerk-Management liegt bei der GFWW. Netzwerkpartner Berndt Solar- & Dachtechnik Gmbh & Co.KG, Woltersdorf Conergy SolarModule GmbH & Co. KG, Frankfurt (Oder) Eurosun Solartechnik UG, Fürstenwalde Andreas Frost Consulting, Panketal Greateyes GmbH, Berlin Handwerkskammer Frankfurt (Oder) Hochschule Lausitz, Senftenberg Liske Informationsmanagementsysteme, Magdeburg Mounting Systems GmbH, Rangsdorf Smart Pac GmbH, Nauen TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH, Köln Wiesen-Solar OHG, Wiesenau WWF Solar GmbH, Eberswalde Schwerpunkte Installation, Systemlösungen PV-Modul-Herstellung, System-Integration FuE, Engineering Technische/organisatorische Unterstützung Messtechnik, Qualitätssicherung Dienstleister für Handwerksunternehmen FuE Branchenorientierte Systemsoftware Herstellung von PV-Montagesystemen und Komponenten sowie PV-Modulrahmen Maschinenbau für PV und Mikroelektronik PV-Zertifizierungen für Module, Komponenten, komplette Anlagen und Unternehmen Installation, Systemlösungen Projektentwicklung, Installation, Systeme Tabelle 1: Partner im ZIM-Kooperationsnetzwerk Photovoltaikindustrie - Handwerk - Endkunde ( Die 13 Netzwerk- Partner decken die dafür notwendige Wertschöpfungskette von der PV-Komponentenherstellung über erforderliche Dienstleistungen wie z. B. FuE, Test

18 und Zertifizierung bis hin zu Installation und Service beim Endkunden ab. Für detailliertere Informationen über die Kompetenzen einzelner Netzwerkpartner sei auf die Beiträge der Hochschule Lausitz, der Mounting Systems GmbH, der Eurosun Solartechnik UG und der Greateyes GmbH in diesem Tagungsband verwiesen. Leitbild des Netzwerk-Projektes ist die erforderliche, bislang aber noch nicht hinreichende Realisierung und Kommunikation von PV-Premiumqualität von der Produktion bis zur Installation beim Endkunden. Dabei ist es nicht ausreichend, lediglich bessere Qualität und Technologien zu produzieren bzw. zu installieren. Dem Endkunden müssen die daraus resultierenden Vorteile so transparent und nachprüfbar dargestellt werden, dass er diese erkennt und bereit ist, dafür einen höheren Preis zu akzeptieren. Zum Erreichen dieser Zielstellung werden nachfolgende Themenschwerpunkte im Netzwerk bearbeitet: 1. Weiterentwicklung und Etablierung erweiterter Tests und Prüfkriterien sowie dazu erforderlicher Technologien für Photovoltaik-Module der Modulhersteller im Hinblick auf Premiumqualität 2. Schnellerer Rückfluss von durch den Installateur gewonnenen Anwendungserfahrungen zur Industrie, z. B. durch Einbeziehung von Installateuren/ Handwerkern in FuE-Vorhaben der Modulhersteller und Testinstitute 3. Konzeption, Zusammenstellung und Einsatz abgestimmter Komplettsysteme (Modul, Wechselrichter, Montagetechnik) sowie Entwicklung von Lösungen für passgenaue Zusatzausrüstungen wie Speicher 4. Entwicklung und Anwendung mobiler Qualitätstest-Technologien sowie Einsatz beim Endkunden /2/ Ins Auge gefasste technische Innovationen werden hierbei im Netzwerk einer kritischen wirtschaftlichen Betrachtung sowohl basierend auf den Markterfahrungen der Netzwerkpartner als auch an Hand internationaler Marktprognosen (vgl. Abb. 1.) unterzogen. Abb. 1: Marktprognosen laut ITRPV (Bsp.: Erwartete Marktanteile verschiedener Si-Technologien bis 2023 /7/) Räumlichen Nähe zum Kunden als Wettbewerbsvorteil Kontakte auf technischer Ebene zu Handwerksbetrieben und Endkunden standen bisher nicht im Fokus deutscher Modulhersteller. Sowohl Installateure/Handwerker als auch Endkunden (z. B. Hausbesitzer, KMU) können derzeit i. d. R den

19 Zusammenhang zwischen Modulpreis, Qualität und langfristigem Nutzen für sich selbst nicht überschauen. Es gibt derzeit keine geeigneten Mechanismen, die entsprechenden Informationen und Zusammenhänge Handwerkern und Endkunden nahe zu bringen. Für qualitätsorientierte Installateure ist es äußerst schwierig, viele der für Planung, Installation und Gewährleistung einer qualitativ hochwertigen Photovoltaikanlage erforderlichen Moduleigenschaften vom Modulhersteller in Erfahrung zu bringen bzw. zu vergleichen und zu bewerten. Qualitäts- und Zuverlässigkeitsthemen spielen in Großhandels- und Installationsfirmen keine vordergründige Rolle, entsprechende Kenntnisse sind wenig ausgeprägt bzw. werden aus Wettbewerbsgründen durch den Großhandel nicht kommuniziert. 1. Neuer Informationsfluss Durch den Ausbau des Informationsflusses (vgl. Abb. 2) von deutschen Photovoltaik- Modul-Produzenten zu Installationsunternehmen werden diese in die Lage versetzt, dem Endkunden die Vorteile einer Premium-PV-Anlage (z. B. Made in Germany) im Vergleich zu Low-Cost-Lösungen darzustellen und an Hand konkreter Merkmale nachzuweisen. Alt: Informationsfluss Modulhersteller/Test/FuE Großhändler Handwerker/Installateur Endkunde Informationsfluss Informationsfluss Neu: Informationsfluss Netzwerkmanagement Modulhersteller/Test/FuE Handwerker/Installateur Endkunde CSM EUROSUN Berndt Solar- & Dachtechnik Frost Consulting Greateyes HWK, Ffo. HSL Liske IMS Wiesen-Solar Mounting Systems Smart Pac WWF Solar TÜV Rhld. Informationsfluss Informationsfluss Abb. 2: Informationsfluss-Ausbau von der PV-Industrie über d. Handwerk zum Endkunden /2/ Zusätzlich zu den technischen Premium-Modul-Parametern (z. B. Langzeitstabilität, Verhalten bei Verschattungen und Robustheit) gilt es, auch die Vorteile abgestimmter Komplettsysteme (Modul, Wechselrichter, Montagetechnik) bzw. passgenauer Zusatzausrüstung wie Speicher deutlich zu machen

20 Der Installateur soll dadurch in die Lage versetzt werden, beim Endkunden einen Preisaufschlag für hochwertige Qualität zu rechtfertigen. Für die Modulhersteller ergibt sich zugleich die Chance, ihre Präsenz auf lokalen Märkten auszubauen /2/. Ein Weg dies zu realisieren, besteht in der Nutzung der regionalen Nähe zwischen Modulherstellern und ausgewählten Handwerkern zur Herstellung regelmäßiger direkter Kontakte auf technischer Ebene, die den Austausch über technische Innovationen und Parameter, Premium-Merkmale und deren technischen Nachweis sowie verwandte Themen bis hin zur Zertifizierung ausgewählter Handwerksbetriebe ermöglichen. 2. Räumliche Nähe und lokale Technologiekooperation als Innovationsquelle Den PV-Modul-Produzenten fehlt im Vergleich zu anderen Branchen (z. B. Automobilbau) häufig eine breitere Rückkopplung von Anwenderseite (Handwerker, Installationsunternehmen) bezüglich zu verbessernder Konstruktions- und Produkteigenschaften (z. B. Qualität, Langzeitstabilität oder Robustheit), die zu einer schnelleren Produkt- und Qualitätsverbesserung und damit zur besseren Befriedigung von Kundenbedürfnissen führen können /2/. Dies gilt insbesondere für Premium-Qualität. Der Endkunde (z. B.Hausbesitzer, KMU) ist letztlich an einer hocheffizienten Lösung interessiert, die über eine Laufzeit von 25 (35) Jahren als Energieerzeugungssystem weitgehend stabil arbeitet. Dieses Langzeitverhalten wird durch die sogenannte Badewannenkurve beschrieben (Vgl. Abb. 3). Frühausfälle Zufallsausfälle Alterungsausfälle Betriebsdauer Modul A Betriebsdauer Modul B Abbildung 3: Unterschiedliche Langzeitzuverlässigkeit verschiedener Module über den Lebenszyklus (Badewannenkurve) Betriebsdauer t Die Realisierung höchster Langzeitzuverlässigkeit als Premium-Merkmal (Modul A in Abb. 3) ist eine enorme technische Herausforderung. Durch die räumliche Nähe zwischen PV-Produzenten, Installationsunternehmen, Kunden und FuE/Test-Institutionen ist es möglich, entsprechende innovative Lösungen schnell in Produkte umzusetzen und kurzfristig auf den Markt zu bringen. Dem dient eine projektinterne Technologie/FuE-Roadmap

21 Damit bleibt die deutsche PV-Industrie hochinnovativ und kann ihre technologische Führerschaft stabilisieren bzw. ausbauen. Das Netzwerk wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Rahmen des ZIM Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand. Es ist für weitere Interessenten offen. Quellenverzeichnis /1/ Daval, X.: A visionary outlook for PV Chances for manufacturers, 7th PV Fab Managers Forum, Berlin, March 10-12, 2013 (Hg.: SEMI PV Group, Berlin) /2/ GFWW e. V.: Antrag auf Gewährung einer Zuwendung im Förderprogramm Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi), Phase 1, Frankfurt (Oder), /3/ Richter, H.: 5. Technologietag Mitteldeutschland Photovoltaik Herausforderung und Perspektive, Tagungsband, Frankfurt (Oder) 2010 /4/ Bank Sarasin & Cie AG: Solarwirtschaft: Hartes Marktumfeld Kampf um die Spitzenplätze, Basel, Nov /5/ de Haan, St., isuppli Corp.: Photovoltaics Market Update: , 6th PV Fab Managers Forum, Berlin, March 26, 2012 (Hg.: SEMI PV Group, Berlin) /6/ EPIA European Photovoltaic Industry Ass.: Global Market Outlook for Photovoltaics until 2016, Brussels, May 2012 ( /7/ SEMI PV Group Europe: International Technology Roadmap for Photovoltaics, Fourth Edition, Berlin, March 2013 (

22 Mobiles Elektrolumineszenz Inspektionssystem für Photovoltaikanlagen M. Regehly, R. Kemmler, J. Penlington, greateyes GmbH, Rudower Chaussee 29, Berlin Abstrakt: In diesem Report berichten wir über ein System zur Elektrolumineszenz (EL) Inspektion von fest installierten Solarmodulen, welche Bestandteil einer Freiflächenoder dachbasierten Photovoltaikanlage sind. Die EL-Messungen werden ohne Demontage der Module nach der Dämmerung direkt vor Ort durchgeführt. Das dazu verwendete Inspektionssystem besteht aus einer hochempfindlichen CCD Kamera mit Nahinfrarot-Transmissionsfilter, einer getriggerten Stromquelle und einem Computersystem. Das mobile Messsystem erlaubt die schnelle Identifikation von defekten oder beschädigten Solarmodulen und hilft so, die Leistung von Photovoltaikanlagen über lange Zeit zu garantieren. 1. Motivation Neben der Kennlinienmessung und der Thermografie ist die Elektrolumineszenz- Bildgebung eine weitverbreitete Methode zur Qualitätsbeurteilung von Solarmodulen [1, 2]. Durch einen elektrischen Strom werden die Solarzellen des Moduls angeregt und emittieren schwache Strahlung im nahen Infrarot (NIR) Bereich, die sogenannte Elektrolumineszenz. Die Emission kann durch eine geeignete Kamera detektiert und somit für das Auge sichtbar dargestellt werden. Fingerunterbrechungen, PID (Potential Induced Degradation [3]), Kurzschlüsse, Mikrorisse und andere Defekte innerhalb der Module lassen sich auf diese Weise schnell identifizieren. Dies ist bedeutsam, da die Leistung der Module unter anderem durch Mikrorisse beeinträchtigt werden kann [4]. Elektrolumineszenz-Messungen werden im Allgemeinen in abgedunkelten Laboren oder mobilen Boxen durchgeführt. Dadurch kann der störende Einfluss des

23 Umgebungslichtes, welches die schwache Elektrolumineszenz des Solarmodules überlagert, minimiert werden. Um bestehende Photovoltaikanlagen auf Schäden zu überprüfen, müssen die Module zu diesem Zweck demontiert werden und ins Labor transportiert werden. Bei größerer Anzahl von Solarmodulen fallen dafür hohe Kosten an, außerdem besteht die Gefahr einer weiteren Schädigung. Es ist daher wünschenswert, die EL-Messung direkt am Ort der Installation durchzuführen. Diese Studie befasst sich mit einem Inspektionssystem für diesen Anwendungszweck. 2. Aufbau und Funktionsweise des mobilen EL Inspektionssystems Zur Messung der Elektrolumineszenz wird eine gekühlte CCD Kamera (Modell: GE BI MID) der Firma greateyes verwendet. Der rückseitenbelichtete Si-CCD Sensor hat 1024 x 1024 Pixel, eine Pixelgröße von 13µm und eine Quanteneffizienz von 12% bei 1000nm. Die Kamera hat einen Dynamikumfang von 16bit, eine rauscharme Ausleseelektronik und ist für die Messung schwacher Lichtsignale mit hohem Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) besonders geeignet. Das verwendete Objektiv mit 25mm Brennweite besitzt eine Apertur von 2.0 und eine Vergütung für den NIR Bereich. Der erforderliche Abstand der Kamera zum Solarmodul beträgt ca. 3-4m. Ein vor der Kamera befindlicher Filter sorgt für die Eingrenzung der spektralen Empfindlichkeit des Gesamtsystems im Bereich von 900nm bis 1100nm. Für die Bestromung bzw. Anregung der Solarmodule wurden zwei unterschiedliche Konzepte realisiert. Für die Inspektion von Solaranlagen ohne verfügbaren Stromanschluss wurde eine autarke, batteriebetriebene Stromquelle entwickelt. Damit kann das zu untersuchende Solarmodul mit maximal 750W ( V/0..7.5A) bestromt werden. Für Solaranlagen mit extern verfügbarem Dreiphasenwechselstrom wurde eine mobile 10kW AC-DC Stromversorgung aufgebaut, mit der sich ganze Strings von Solarmodulen mit V/0...10A anregen lassen. Beide Stromquellen, batteriebasierend oder netzbasierend, werden über das Kamerasystem getriggert bzw. geschaltet. Über ein RS232 Interface werden die Spannungs- und Stromeinstellungen vom Notebook aus programmiert. Die Messung erfolgt nach einem einheitlichen Muster. Zunächst wird das zu inspizierende Solarmodul / Solarstring mit der mobilen Stromquelle verbunden. Die Kamera wird vor dem Modul positioniert und die Messung gestartet. Es werden

24 aufeinanderfolgend zwei Bilder aufgenommen, zunächst ohne Bestromung des Solarmoduls und anschließend mit Bestromung. Die von der Kamera an das Notebook übertragenen Bilder werden anschließend softwareseitig voneinander subtrahiert, um den Einfluss des Umgebungslichtes herauszurechnen. 3. EL-Messungen mit dem batterie-basierten Inspektionssystem Die Testmessungen wurden in einem Solarpark an auf Trackern montierten monokristallinen Solarmodulen mit 60 Zellen durchgeführt. Für die Aufnahme wurden die Anschlüsse des Moduls von der Serienverschaltung der PV Anlage getrennt und mit der mobilen Stromversorgung verbunden. Unter einer Anregung der Module mit dem vom Hersteller angegebenen Kurzschlussstrom von 6-7A und einer Belichtungszeit von 2s (2s Hintergrundaufnahme und 2s EL- Aufnahme) können aussagekräftige, kontrastreiche Bilder mit dem System generiert werden. Abbildung 1: Foto des Solarmoduls (links), Elektrolumineszenz-Aufnahme (rechts) Die EL-Aufnahme in Abbildung 1 hat eine Auflösung von 1mm/Pixel. Trotz der vergleichsweise geringen Pixelanzahl der Kamera (1MPixel) können Mikrorisse und

25 elektrisch isolierte, inaktive Bereiche innerhalb der Zellen klar identifiziert werden. Mit einer Akkuladung lassen sich ca. 200 bis 500 Solarmodule charakterisieren. 4. EL-Messungen mit dem netzbetriebenen Inspektionssystem Während das batteriebasierte System die Anregung nur eines Solarmoduls durch die begrenzte Leistung des Akkus erlaubt, kann das netzgetriebene System einen ganzen String von Solarmodulen gleichzeitig bestromen. Dazu wird der AC-DC Wandler am Stringanschlusskasten mit dem ganzen String verbunden, die Stromquelle ist in diesem Fall eine externe Drehstromquelle. In Abhängigkeit von der Anzahl der Module eines Strings wird die Spannung so gewählt, dass eine Anregung mit dem Kurzschlussstrom erfolgt. Abbildung 2: Foto der aufgeständerten Module (links), EL-Aufnahme der unteren Stringreihe (rechts) Die Testmessungen erfolgten an polykristallinen Solarmodulen mit 60 Zellen. Die Ergebnisse bezüglich der Messzeit, Auflösung und Bildqualität sind mit den Aufnahmen des batterie-basierten Systems equivalent. In Abbildung 2 rechts ist eine EL-Aufnahme des gesamten Strings gezeigt. Die einmalige Kontaktierung des gesamten Strings erspart viel Zeit, da die Module nacheinander fortlaufend gemessen werden können

26 5. Zusammenfassung In dem vorliegenden Bericht wurde ein mobiles Elektrolumineszenz-Messsystem für die in situ Inspektion von Photovoltaik-Anlagen vorgestellt. Durch die Eingrenzung der spektralen Empfindlichkeit des Systems und einer schnellen, automatischen Hintergrundsubtraktion ist das Messgerät in der Lage während der Dämmerung oder in der Nacht aussagekräftige Elektrolumineszenz-Bilder von Solarmodulen aufzunehmen. Eine zusätzliche Verdunkelung ist nicht notwendig, das System toleriert das Restlicht des Nachthimmels sowie andere störende Quellen (Laternen, Mondschein, etc.) Eine batterie-basierte Stromquelle erlaubt die autarke Bestromung einzelner Solarmodule und eine netzbetriebene Stromquelle ermöglicht die Anregung ganzer Strings von Solarmodulen. Die Elektrolumineszenz Inspektion von Solarmodulen direkt vor Ort erlaubt eine schnelle, kosteneffektive Prüfung ohne dass eine Demontage der Solarmodule notwendig ist. Quellen: [1] Kasemann M., Kwapil W., Walter B., Giesecke J., Michl B., The M., Wagner J.-M., Bauer J., Schütt A., Carstensen J., Kluska S., Granek F., Kampwerth H., Gundel P.,Schubert M.C., Bardos R.A., Föll H., Nagel H., Würfel P., Trupke T., Breitenstein O., Hermle M, Warta W., Glunz S.W., Progress in silicon solar cell characterisation with infrared imaging methods, Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (PVSEC), 2008 [2] Regehly M., Penlington J., Elektrolumineszenz-Inspektion von Solarzellen und Modulen, INSPECT, 2012 [3] Pingel S., Frank O., Winkler M.,Daryan S.,Geipel T.,Hoehne H., Berghold J., Potential Induced Degradation of solar cells and panels, Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), 2010 [4] Köntges M., Kunze I., Kajari-Schröder S., Breitenmoser X., Bjørneklett B., Quantifying the risk of power loss in PV modules due to micro cracks, Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (PVSEC),

27 Entwicklung eines Messplatzes zur winkelabhängigen Messung von I-U-Kennlinien an Silizium- Photovoltaikmodulen Beitrag von Raphael Trunow zum Photovoltaik-Meeting 2013 am

28 1. Einleitung Den aktuellen politischen Zielstellungen entsprechend soll die fossil-nukleare Energiegewinnung durch nachhaltige Energieerzeugung abgelöst werden. Hierzu kann die Photovoltaik einen wichtigen Beitrag leisten. Die kontinuierliche Verbesserung der Leistungsabgabe eines Solarmoduls ist eines der Hauptziele aktueller Entwicklungsanstrengungen. Entscheidenden Einfluss auf die Effizienz eines Solarmoduls haben, neben der eigentlichen Solarzelle, auch die eingesetzten Komponenten. Gemeint sind vor allem die Art des Zellverbinders, der Einbettungsfolie sowie der Rückseitenfolie und das verwendete Glas. Optimierungsmöglichkeiten bestehen insbesondere in der Reduzierung des elektrischen Widerstandes und der Erhöhung der Lichtausbeute. Das im Jahr 2001 gegründete Unternehmen Aleo Solar produziert und vertreibt Solarmodule. Das Unternehmen gehört seit 2009 mehrheitlich zur Bosch- Gruppe und verfügt mit dem Stammwerk in Prenzlau über eine Produktionskapazität von mehr als 330 MW. In der Anwendungstechnik, einer Abteilung der Aleo Solar AG, werden verschiedene Entwicklungsthemen bearbeitet, um die Effekte bei unterschiedlichen Materialkombinationen zu untersuchen. Ziel ist es Erkenntnisse zu gewinnen, die eine Erhöhung der kontinuierlichen Leistungsabgabe sowie der Lebensdauer eines Moduls zur Folge haben. Da eine Reihe der leistungsbeeinflussenden Effekte bereits an einer einzelnen Solarzelle nachgewiesen werden können, ist es sowohl ökologisch als auch ökonomisch sinnvoll, nicht alle Versuche am kompletten Modul durchzuführen