Vortrag Photovoltaik 14.06.2011 Referent Dipl. Ing. André Mölling Felsenstraße 21 47058 Duisburg 0203 / 34 86 881 0203 / 34 86 882 info@mg-ing.de www.mg-ing-de Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 1
0.1. Inhalt Inhalt: Aufbau von PV-Anlagen Bestandteile einer fachgerechten Planung Angebote Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 2
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Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.0. Nutzung der Sonnenenergie Nutzung der Sonnenenergie in Deutschland Photovoltaik Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie Solarthermie Umwandlung von Sonnenenergie in nutzbare Wärmeenergie Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 4
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.0. Nutzung der Sonnenenergie Arten von PV-Systemen Inselanlagen Charkteristik Unabhängig von anderen Stromversorgungsanlagen Besonderheiten: Diese Anlagen sind mit Pufferspeicher ausgerüstet =>Batterieanlagen Hier sind weitere Besonderheiten zu beachten! Netzgekoppelte Anlagen Charkteristik Anschluss an des öffentliche Stromversorgungsnetz Besonderheiten: Die Anlagennutzer sind oftmals nicht die Nutzer des Objektes auf dem die PV-Anlage installiert ist! Gemeinsamkeit: Bei Sonnenschein und fachgerechter Installation ist die Energieerzeugung ohne besondere Maßnahmen nicht zu stoppen! Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 5
~ = Teil 5: Zusammenfassung 1.1. Aufbau von PV-Systemen Gleichspannungsseite (DC : Direct Current) Sofortige Erzeugung von elektrischer Energie bei Sonneneinstrahlung! Die erzeugte Spannung ist eine Gleichspannung wie z.b. bei einer Batterie Wechselspannungsseite (AC : Alternating Current) Die umgewandelte Energie wird in das öffentliche Versorgungsnetz eingespeist (in Bottrop in das Leitungsnetz der ELE) Die Ausführung ist wie die normale elektrische Hausinstallation! PV-Generator Übergabepunkt (z.b. Hausanschluss) Der Wechselrichter wandelt die Gleichspannung in Wechselspannung um, die den technischen Parametern des normalen Versorgungsnetzes entspricht * Wechselrichter Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 6
~ Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen = 1.1. Aufbau von PV-Systemen Äußeres Blitzschutzsystem optional PV - (Teil-)Generator mit Montagegestell Übergabepunkt an das Stromnetz des VNBs * GAK PV-Generatorleitung bis zum Generatoranschlußkasten (GAK) Zusammenführung von Teilgeneratoren Positionen der Betriebsmittel können je nach Anlagenkonfiguration unterschiedlich sein, aber nicht die Reihenfolge! * AC-Hauptleitung bis zum Übergabepunkt des VNB (Versorgungsnetzbetreiber z.b. ELE) Zähleranlage * PV-Generator-Hauptleitung bis zum Wechselrichter inkl. Kabelverlegesysteme AC-Hauptleitung bis zum Einspeisezähler inkl. Kabelverlegesysteme * Wechselrichter * Verteilung vor dem Wechselrichters Ggf. mit DC-Freischalter (Pflicht seit 2006), Wenn dieser nicht im Wechselrichter enthalten ist! Verteilung nach dem Wechselrichter * Überspannungsschutzmaßnahmen optional Daten- und Kommunikationseinrichtung sind ebenfalls optional Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 7
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.1. Aufbau von PV-Systemen Das Modul Das PV-Modul ist der eigentliche Energiewandler! Hier wird die Sonnenstrahlung durch einen physikalischen Vorgang in der PV-Zelle (Photoeffekt) in eine elektrische Spannung umgewandelt. Es gibt die verschiedensten Aufbauten von PV-Modulen (Beispiele) Materialien Wirkungsgrad (AM 1,5) Lebensdauer Modul-Kosten amorphes Silizium (Dünnschicht) 5 10 % < 20 Jahre <1,30 pro W polykristallines Silizium 10 15 % 25 30 Jahre <2 pro W monokristallines Silizium 15 20 % 25 30 Jahre <2 pro W Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 8
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.1. Aufbau von PV-Systemen Das kristalline Modul Je Modul zwischen 60 und 72 Zellen Dicke der Zellen (Wafer) ca. 0,18 0,22 mm Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 9
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.1. Aufbau von PV-Systemen Das amorphe Modul (Dünnschicht) Je Modul eine Zellfläche Dicke der Zellen (Wafer) ca. 0,0018 0,0022 mm (Faktor 100 zur typischen kristallinen Zelle) Das Zellmaterial ist je nach Hersteller teilweise aus Cadmium-Tellurid??? UMWELTBEWUSSTSEIN??? Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 10
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.1. Aufbau von PV-Systemen Die Leistungsdaten eines Moduls Die oben genannten Werte gelten für eine Einstrahlung von 1.000 W/m², AM 1.5 und eine Zelltemperatur von 25 C (Standard-Testbedingungen). Die oben genannten Werte unterliegen Fertigungstoleranzen. Im konkreten Fall sind die dazugehörigen Messprotokolle erhältlich und zur Anlagenauslegung zu verwenden. Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 11
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.1. Aufbau von PV-Systemen Die Leistungsdaten eines Moduls Die oben genannten Werte gelten für eine Einstrahlung von 1.000 W/m² D.h., dass bei einer anderen Einstrahlungswerten die Leistung auch eine Ander ist!!! AM 1.5 und eine Zelltemperatur von 25 C (Standard-Testbedingungen). AM= Air Mass => die Sonnenstrahlen durchlaufen um das x-fache (hier das 1,5fache) die Atmosphärenhöhe. In Gebieten am Äquator ist der Wert 1! Der Wert liegt im Winter in Deutschland zwischen 4 und 6 Durch eine höhere, bzw. niedrigere Temperatur ändert sich auch die Leistung des Moduls (je Wärmer desto schlechter!) Die oben genannten Werte unterliegen Fertigungstoleranzen. Im konkreten Fall sind die dazugehörigen Messprotokolle erhältlich und zur Anlagenauslegung zu verwenden. Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 12
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.1. Aufbau von PV-Systemen Der Wechselrichter Der Wechselrichter stellt das Bindeglied zwischen den beiden Spannungsarten / -ebenen dar! Die Aufgabe der Umwandlung von Gleichspannung in Wechselspannung ist aber nur ein Teil, weitere Wichtige Aufgaben sind: Steuerung der Umwandlung im Bereich des maximal möglichen Energieertrags zum jeweiligen Zeitpunkt Überwachung des öffentlichen Versorgungsnetzes d.h dass der Wechselrichter die Abschaltung des Versorgungsnetzes erkennen muss und in diesem Fall keine Ausgangsspannung liefern darf! Über zusätzliche Kommunikationsbaugruppen kann die Anlage überwacht werden (Leistungsdaten; Anlagenausfall ) * Maximum Power Point Punkt der maximalen Leistung Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 13
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.1. Aufbau von PV-Systemen Entscheidend für den Ertrag Ausrichtung nach Süden Dadurch wird die (theoretische) Ausnutzung an einem Tag bestimmt! (Süd-Ost) Optimal ist die direkte Ausrichtung auf Süden (0 )! Die Ausrichtung wird bestimmt durch: - Ausrichtung des Gebäudes (Süd-West) - Aufbau der Unterkonstruktion - Flächennutzungsmöglichkeit Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 14
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.1. Aufbau von PV-Systemen Entscheidend für den Ertrag Neigung des PV-Generators Optimal ist ca. 35 (Abhängig vom Standort Abstand zum Äquator) Wird bestimmt durch: - Natürlichen Neigungswinkel des Untergrunds (Dachneigung) - Unterkonstruktion - Nutzung der Fläche (Verschattungproblematik) Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 15
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.1. Aufbau von PV-Systemen Verschattung des PV-Generators Entscheidend für den Ertrag Jeder Schatten auf den PV-Generator, vermindert den Ertrag, daher sind Verschattungen möglichst zu vermeiden! Sind Verschattungen vorhanden, so sind diese genauesten zu Bewerten (z.b. Bäume, Antennen auf Dächern, Blitzschutzbauteile). Verschattungen können die Module schädigen (Langzeitschädigung des einzelnen Moduls) Es reicht aus in einem Generatorzweig ein Teil des Moduls zu verschatten, um den Ertrag des gesamten Zweigs zu mindern (Wasserschlaucheffekt!) Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 16
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.1. Aufbau von PV-Systemen Ertragsberechnung Einspeisevergütung Die Einspeisevergütung ist durch den Gesetzgeber (EEG) gesichert - für einen Zeitraum von 20 Jahre + Inbetriebnahmejahr (!) Errichtungskosten Es sind immer ALLE Kosten für die Errichtung zu berücksichtigen (siehe Angebot) Laufende Kosten Miete Versicherung Kreditzinsen Wartung Betriebsmittelaustausch etc. (ca. 1% der Investitionskosten) Steuer => Steuerberater! Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 17
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.2. Beispiele PV-Systeme Dachanlagen Dachparallel Dachintegriert Flachdachanlagen Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 18
Teil 1: Aufbau von PV-Anlagen 1.2. Beispiele PV-Systeme Freiflächenanlage Fassadenanlagen (BIPV Building-integrated photovoltaics) Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 19
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Teil 2: Bestandteil Planung 2.0. Bestandteile einer fachgerechten Planung Ertragsgutachten / Ertragsprognosen Stimmige Ertragsnachweise Spez. Jahresertrag ist IMMER abhängig von: - Ausrichtung des PV-Generators nach Süden - Neigung des PV-Generators - Standort (Einstrahlung je m²) Bei Großanlagen kann es sinnvoll sein, eine Ertragsprognose in Verbindung mit einem technischen Gutachten ausarbeiten zu lassen! Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 21
Teil 2: Bestandteil Planung 2.0. Bestandteile einer fachgerechten Planung Das Planungskonzept Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 22
Teil 2: Bestandteil Planung 2.0. Bestandteile einer fachgerechten Planung Das Planungskonzept Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 23
Teil 2: Bestandteil Planung 2.0. Bestandteile einer fachgerechten Planung Die Statik Statik des PV-Systems Hält die Unterkonstruktion die PV-Module (Typenstatik) Statik des Gebäudes => Hält die Gebäudekonstruktion Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 24
Teil 2: Bestandteil Planung 2.0. Bestandteile einer fachgerechten Planung Die elektrische Anlage Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 25
Teil 2: Bestandteil Planung 2.0. Bestandteile einer fachgerechten Planung Datenblätter der eingesetzten Hauptkomponenten Modul(e) Wechselrichter Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 26
Teil 2: Bestandteil Planung 2.0. Bestandteile einer fachgerechten Planung Datenblätter der eingesetzten Hauptkomponenten Unterkonstruktion Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 27
Teil 2: Bestandteil Planung 2.0. Bestandteile einer fachgerechten Planung Blitzschutz Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 28
Teil 2: Bestandteil Planung 2.0. Bestandteile einer fachgerechten Planung Genehmigung(en) Nachweis des VNB (Versorgungsnetzbetreiber) Kann die geplante Anlagenleistung in das Netz eingespeist werden? Welche Auflagen sind zu erfüllen? Genehmigung zum Aufbau durch den Objektvermieter Bei einer PV-Anlage, welches auf einem Gast -Gebäude installiert wird, sind die Mietverhältnisse zu betrachten (Mietzeitraum, Mietzins, Auflagen des Vermieters ) Baugenehmigung, baurechtliche Auflagen Ist ein Bauantrag notwendig (siehe Urteil OVG Münster) Sind besondere Landesbauordnungen zu beachten, die einen Mehraufwand bedeuten (Schulen; Krankenhäuser; Versammlungsstätten etc.) Versicherungen Sind durch Versicherungen Auflagen zu beachten Versicherer des PV-Systems UND des Gebäudes! (Beachtung von VdS-Richtlinien!) Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 29
Teil 3: Das Angebot 3.0. Das Angebot (Baukosten) Angebote Die Fachfirma: Elektro GILLIB GMBH Technik für jedes Gebäude Sanitär Heizung Elektrotechnik Energieberatung Beratung - Planung Ausführung - Prüfung Elektroinstallation Solar- und Photovoltaik Blitz- und Überspannungsschutz Heizungssysteme - Sanitärinstallation Energieberatung mit Energiepass Thermographie Wie groß ist diese Firma? Der Name macht es ODER? Weder die Auflistung von Leistungen noch der Unternehmensname spiegelt die Fachkompetenz wieder. Referenzen sind auch schwierig zu bewerten Facharbeiternachweise der Planer, Monteure etc. sind da schon aussagekräftiger! Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 30
Teil 3: Das Angebot 3.0. Das Angebot (Baukosten) Angebote Die Ausschreibung: Die Anlage ist komplett!!!! ODER? Und weiter Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 31
Teil 3: Das Angebot 3.0. Das Angebot (Investitionskosten) Angebote Die Ausschreibung: Das Angebot ist nicht aussagekräftig! Die Kosten können leicht um 500,00 /kwp steigen (oder auch mehr) Bei dem Objekt handelt es sich um eine Schule und es sind viele Punkte nicht berücksichtigt! Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 32
Teil 3: Das Angebot 3.0. Das Angebot (Investitionskosten) Mögliche Kostenpunkte Planungskosten (vor allem bei größeren Anlagen!) Kosten für den Standardaufbau Kosten für die Schaffung des Einspeisepunktes (VNB) Kosten für Statik (& daraus resultierende Maßnahmen) Kosten für Sonderpositionen je nach Standort: Erdarbeiten Blitzschutz / Überspannungsschutz Zus. Aufwand bei besonderen Standorten (z.b. landwirtschaftlicher Betrieb, Schule ) Versicherung Transport Arbeitssicherheit Sicherheitstechnische Einrichtungen durch Auflagen des VNBs Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 33
ENDE! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit André Mölling Vortrag - Einführung in die Photovoltaik 06.2011 André Mölling Seite 34