Das technische Konzept

Die Anlage auf dem Dach der Schule an der Gilmstraße ist in sieben Modulfelder aufgeteilt. Dabei sind jeweils 2 mal 10 Module auf einen Wechselrichter geschaltet. Für die 138 Module des Herstellers SHARP (165 Wp) werden insgesamt 7 Wechselrichter von der Firma Fronius eingesetzt.

Module

Die Module sind das Herzstück einer Fotovoltaikanlage. Zur Auswahl führten letztendlich zwei Kriterien: Erstens die Größe, mit 130x100 cm konnte die Aufstellfläche optimiert werden. Zweitens das Kosten-Nutzen-Verhältnis, mit wie viel Euro bekommt man welche Modulleistung. Die Auswahl fiel auf SHARP-Module mit einer Nennleistung von 160 W. Dieses Modul weist eine Leistungstoleranz von nur 5% auf, und erfüllt die Schutzklasse II für Anlagen bis 600 V. Ein Durchmessen sämtlicher Module ergab Werte zwischen 165 und 181 Wp. Die Anlage umfasst 138 Module und verfügt damit über eine Gesamtleistung von 22,08 kWp.

Elektrische Verschaltung

Die Anlage auf dem Dach der Schule an der Gilmstraße ist in sieben Modulfelder aufgeteilt. Dabei sind jeweils 2 mal 10 Module auf einen Wechselrichter geschaltet. Für die 138 Module werden insgesamt 7 Wechselrichter von der Firma Fronius eingesetzt.
Die Vorteile dieser Bauweise sind:
  1. Durch Serienschaltung einer entsprechenden Anzahl von Modulen werden hohe Gleichspannungen bis zu 500 V DC erreicht. Durch großzügige Kabelquerschnitte sinken die Verluste in den Zuleitungen von den Modulen zu den Wechselrichtern auf ein Minimum.
  2. Die Wechselrichter suchen sich abhängig von der aktuellen Sonneneinstrahlung jeweils den optimalen Arbeitspunkt zur Umwandlung in Wechselstrom, d.h. zur konstanten Einspeisung ins Netz.
  3. Ein sogenanntes Mismatching (Fehlanpassung) innerhalb des großen Generatorfeldes kann vermieden werden, wenn sich die einzelnen Modulstränge nicht gegenseitig beeinflussen. Die Entkoppelung der Einzelstränge führt zu einer deutlichen Leistungsoptimierung, vor allem auch durch Zusammenfassung von Modulen mit ähnlichen Leistungswerten.
  4. Fällt ein Wechselrichter oder ein Modul aus, ist nicht die gesamte Anlage, sondern lediglich ein kleiner Teil betroffen. Leistungs- und Ertragsausfälle werden somit minimiert.

Wechselrichter

In der Konfiguration einer Fotovoltaik-Anlage stellen neben den verwendeten Modulen die passenden Wechselrichter eine bedeutende Komponente dar. Der Auswahl eines zuverlässigen Gerätetyps kommt daher eine hohe Bedeutung für den Ertrag und die Ausfallsicherheit der Anlage zu. Aus einer Vielzahl von Wechselrichtern fiel in unserem Projekt die Wahl auf die bewährten Produkte der Fa. Fronius. Die Garantiezeit der Wechselrichter beträgt 24 Monate, gegen einen geringen Aufpreis wurde die Garantiezeit auf fünf Jahre verlängert.
Das Herzstück der neuen Wechselrichtergeneration ist ein Leistungsteil, das in Varianten zwischen 1200 bis 2500 W AC Dauerleistung verfügbar ist. Es ist als zweistufiges Konzept mit Hochfrequenz-Trafo ausgelegt. Ein spezielles sogenanntes Phase-Stift-Verfahren sorgt für extrem niedrige Schaltverluste. Daraus resultiert ein europäischer Spitzenwirkungsgrad von 93%, was trotz Trafo vergleichbar mit den besten trafolosen Geräten ist. Weitere Vorteile liegen in der galvanischen Trennung von Solarmodulen und Netz für höchste Personensicherheit, und im kompakten und servicefreundlichen Geräteaufbau.
Zum erfolgreichen Parallelbetrieb wird das komplexe Fronius-Local-Net Protokoll verwandt um Regelvorgänge, wie zum Beispiel den abrupten Wechsel der Sonneneinstrahlung, in Echtzeit an alle Leistungsteile zu kommunizieren. über einen eigenen Datenbus werden bis zu 100 Wechselrichter untereinander und auch mit Zusatzkomponenten (Datenlogger, Sensoren, etc.) vernetzt. über diesen Datenbus ist ebenso die Anbindung von diversen Telekommunikationsmedien möglich (Fax, Modem, SMS, Internet). Weiterhin ermöglicht die neue Slot-Technik mit Steckkarten ein problemloses Austauschen oder Nachrüsten von Geräteteilen und Zusatzkomponenten, auch solchen die erst in der Zukunft entwickelt oder gewünscht werden.

Unterkonstruktion

Zur Aufstellung des Tragegestelles auf dem Flachdach der Schule wurde die vorhandene Kiesschüttung beiseite geräumt, Bauschutzmatten verlegt und die Dreiecksständer auf Blechen befestigt. Nach der Ausrichtung der Reihen wurde die Kiesschüttung als Beschwerung wieder auf die verlegten Bleche gegeben. Auf das Gestell aus Aluminium konnten die Modulrahmen aus Aluminium montiert werden.

Verkabelung

Die Modulverkabelung erfolgt mit der schweren Gummischlauchleitung H07 RN-F, einem doppelt isoliertem Kabel, speziell auch als Solarkabel bezeichnet. Die Verbindung der Kabel erfolgt mit hochwertigen einpoligen gasdichten Steckverbindern (Multi-Contact-Stecker), dies führt zu kürzeren Montagezeiten und vermeidet mögliche Fehlerquellen bei der Verdrahtung.

Netzeinspeisung

Die Netzeinspeisung bei der Schule an der Gilmstraße erfolgt über einen eigenen Anschluss an das öffentliche Versorgungsnetz. Die Anlage arbeitet damit völlig unabhängig vom schulischen Netz. Die Wechselrichter sind auf dem Dach im Freien unter der großen Modulfläche untergebracht, die Kabel werden außen am Gebäude heruntergeführt, die Einspeisung erfolgt im Keller. Die überwachung und ggf. die Abschaltung vom Netzes erfolgt durch mehrere redundante Sicherheitsbaugruppen (sogenannte ENS) im Wechselrichter.
An der Außenfassade des Schulgebäudes wurde eine Anzeigetafel angebracht, die die momentane Leistung, die insgesamt bisher erzeugte Strommenge und die dadurch vermiedene CO2-Emission anzeigt.

Wartung und Überwachung

Es wird eine Wartungsvereinbarung mit dem Münchner Installationsbetrieb getroffen, der zugleich Servicepartner des Wechselrichterherstellers ist. Darüber hinaus gibt es in der Gesellschaft mehrere Solarexperten, die regelmäßig die Anlage inspizieren und eventuell auch reinigen werden. Bei größeren Mängeln wird auf die Rücklagen zurück gegriffen, sofern sie nicht durch Garantieleistungen oder Versicherungsschutz abgedeckt sind.
Per Modem werden die Daten weitergeleitet, so dass ständig die Funktionstüchtigkeit der Anlage überwacht wird und alle relevanten Betriebsdaten aufgezeichnet werden. Im Fehlerfall wird eine Nachricht an ein Fax oder Handy (per SMS) gesendet, längere Ausfallzeiten können damit zuverlässig vermieden werden.
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