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:
-
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.
-
Die Wechselrichter
suchen sich abhängig von der aktuellen Sonneneinstrahlung jeweils
den optimalen Arbeitspunkt zur Umwandlung in Wechselstrom, d.h. zur konstanten
Einspeisung ins Netz.
-
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.
-
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.