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22.07.2019


Technische Details zur Erstellung einer PV-Anlage

Übersicht:

 

Ausrichtung und Beschattung eines Solardaches

Eigentlich lässt sich die Frage nach einer geeigneten Ausrichtung sehr einfach beantworten: Jedes Dach, das ausreichend von der Sonne beschienen wird, kann auch für eine ertragreiche Photovoltaikanlage genutzt werden.

Der Ertrag ist von der Dachneigung und der Himmelsrichtung abhängig. Dabei spielt eine genaue Südausrichtung keine so entscheidende Rolle wie meist angenommen wird. So kann das Dach eine um 45 Grad nach Südosten oder nach Südwesten verdrehte Achse besitzen und der Ertrag der Anlage liegt immer noch bei ca. 95 % gegenüber der optimal möglichen Ausrichtung.

Die Dachneigung kann zwischen 20 und 50 Grad liegen, dann kann man auch mit einem sehr guten Ertrag rechnen. Die optimalste Dachneigung in unseren Breitengraden liegt bei 30 Grad. Ist das Dach weniger als 15 bis 20 Grad geneigt, können die Module durch den Regen nicht mehr ausreichend gesäubert werden. In diesem Fall kann ggf. auch über eine sogenannte Aufständerung nachgedacht werden.

Beschattung der Photovoltaikanlage

Die Beschattung der PV-Anlage sollte auf jeden Fall vermieden werden. Wenn Module im Tagesverlauf durch Bäume, Kamine, Dachgauben oder andere Objekte beschattet werden, kann dies zu wesentlichen Ertragseinbußen führen. Ein solches Problem muss bei der Planung der Anlage unbedingt berücksichtigt werden.




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Dach-Montagesysteme für Module

Die Unterkonstruktion für die Module spielt eine entscheidende Rolle für die Sicherheit der Module. Hier darf auf keinen Fall gespart werden. Dachhaken die auf den Sparren befestigt werden, bilden die Grundlage für den Montageaufbau auf der Dachhaut. An den Dachhaken werden üblicherweise zwei waagrechten Querträgerprofile befestigt. Mit End- und Mittelklemmen werden die Module schließlich an den Querträgern befestigt. Die Module werden hierbei senkrecht auf das Dach verschraubt. Dachhaken stehen für die meisten Ziegelformen zur Verfügung.

Welldachbefestigungen

Für Eternit- Schiefer- und Welldacheindeckungen werden generell Stockschrauben zur Befestigung für die Unterkonstruktion verwendet. Eine UV-beständige Abdichtung sichert die Dichtheit der Dachhaut.

Blechfalzdächer

Für Blechdächer mit stehenden Blechfalzen werden Blechfalzklemmen verwendet. Die Statik muss hier besonders gut geprüft werden. Die Befestigung muss den auftretenden Windkräften standhalten.

Trapezblechdächer

Für Trapezblechdächer werden formschlüssige Befestigungen für das jeweilige Blechdach angeboten.

Querträgerprofile

Je nach Anforderungen wie z.B. Schnee- oder Windlast werden verschiedene Profilformen eingesetzt. An den Querträgerprofilen werden die Module mit den Klemmsystemen befestigt.

Klemmsysteme

Module werden mit End- und Mittelklemmen mit den Trägerschienen verbunden. Diese Verbindung ist sicher, hat sich über Jahre bewährt.

Sehr häufig haben Dünnschichtmodule keinen Rahmen. Diese rahmenlose Module werden mit speziellen Rahmenklemmen fixiert, so dass diese nicht beschädigt werden.




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Module

Hinweis: Weitere Infos über einzelne Modultypen sind auch im PV-Lexikon zu finden.

Monokristalline Siliziumsolarzelle

Monokristalline Solarzellen haben den höchsten Wirkungsgrad von bis zu 18% und eine sehr hohe Lebensdauer von ca. 25 bis 30 Jahren.

Der Begriff „Mono“ sagt aus, dass die Zelle aus einem einzigen Kristall, einem sogenannten Monokristall, erzeugt wurde. Die Herstellung solcher Zellen ist relativ aufwändig, was sich in einem höheren Preis niederschlägt.

Polykristalline Siliziumsolarzelle

Im Gegensatz zu den monokristallinen Zellen besteht die Materialstuktur bei den polykristallinen Zellen aus vielen Einzelkristallen (griechisch poly = viel) . Die Herstellung ist günstiger, aber auch die Leistung pro Fläche ist etwas geringer.

Polykristalline und monokristalline Solarzellen sind die am häufigsten verbauten Typen. Bei diesen Modulen ist das Preis- Leistungsverhältnis am besten. Die erzielbare Leistung in Watt pro m² wird stetig verbessert, so dass auch bei relativ kleinen Dachflächen ein als Minimum sinnvoller Leistungswert erreicht werden kann.

Dünnschichtsolarzelle

Dünnschichtsolarzellen sind im Gegensatz zu herkömmliche mono- oder polyikristallinen Siliziumsolarzellen um den Faktor 100 dünner.

Als Trägermaterial wird hauptsächlich eine Glasplatte verwendet. Es werden unterschiedliche Halbleitermaterialien verwendet, die auch zu unterschiedlichen industriellen Herstellungsverfahren führen. Dabei kann die Solarzelle auf das Trägermaterial im Hochvakuum aufgedampft oder aufgesprüht werden. Zur Zeit verwendete Materialien sind amorphes Silizium, Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) oder Cadmiumtellurid (CdTe).

Vorteile der Dünnschichtmodule

Die Dünnschichtmodule besitzen ein besseres Schwachlichtverhalten bei Dämmerung (morgens und abends) oder bei Bewölkung. Die Module werden häufig bei geringen Neigungswinkeln und bei nicht optimalen Ausrichtungen eingesetzt.

Nachteile der Dünnschichtmodule
Die benötigte Dachfläche um ein KWp auf dem Dach zu installieren ist im Gegensatz zu den poly- oder monokristallinen Modulen etwa doppelt so hoch. Als Minimum werden 10 bis 20 m² Dachfläche benötigt.




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Wechselrichter

Der Wechselrichter wandelt die von den Modulen erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) um. Hierbei werden die Module üblicherweise elektrisch gesehen „in Reihe“ geschaltet. Erst nach der Umwandlung kann die Einspeisung in das normale, örtliche Stromnetz erfolgen.

Um einen guten Gesamtwirkungsgrad zu erhalten, sollten die Leistungswerte des Wechselrichters möglichst gut an die Größe der Solaranlage angepasst werden. Optimal sollte der Wechselrichter 90% der maximalen Leistung (in kWp) des Solargenerators als Höchstlast verarbeiten können. Bei größeren Anlagen werden die Module in Gruppen (sogenannte Stränge = engl. strings) aufgeteilt, mit jeweils einen eigenen Wechselrichter1. Dies macht auf jeden Fall auch dann Sinn, wenn die einzelnen Module an verschiedenen Flächen mit unterschiedlichen Ausrichtungen befestigt sind, da die Leistung (Wirkungsgrad) eines Strangs von dem einen Modul abhängt, dass den geringsten Strom der Gruppe liefert – sozusagen „dem schwächsten Glied in der Kette“.

Die Wechselrichter haben in der Regel einen Wirkungsgrad von 92 bis 98%, bezogen auf Vollast.

Der Wechselrichter (WR) sollte folgende Eigenschaften haben:

  • Einen hohen Wirkungsgrad auch in den Teillastbereichen.
  • Der WR muss den Maximum Power Point (MPP) schnell finden und halten können. Der MPP ist der Arbeitspunkt bei der elektrischen Anpassung (zwischen Kurzschluss und Leerlauf), bei dem die höchste Leistung übertragen wird, siehe auch Wikipedia: MPP
  • Der WR sollte die PV Anlage detailliert überwachen und eine einfache Diagnose der PV Anlage sollte möglich sein.
  • Höchste Zuverlässigkeit und eine robuste Bauart sind von Vorteil.
  • Der WR sollte für einen großen Temperaturbereich ausgelegt sein.
  • Eine einfache Installation ist von Vorteil.
  • Das Preis-Leistungs-Verhältnis unterscheidet den WR von anderen.

Der Wechselrichter muss folgende Normen erfüllen:

  • Personenschutz nach DIN VDE 0100 und DIN VDE 0105
  • Netzüberwachung nach DIN VDE 0126.1-1
  • Elektromagnetische Verträglichkeit nach EN 61000 -6-1

1 Es gibt auch Wechselrichter, die den erzeugten Strom mehrerer Stränge unabhängig voneinander verarbeiten können.