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E-Book

Photovoltaikanlagen planen, montieren, prüfen, warten

AutorHans-Joachim Geist
VerlagElektor Verlag GmbH
Erscheinungsjahr2007
Seitenanzahl159 Seiten
ISBN9783895761911
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis16,90 EUR

Dieser Ratgeber wendet sich an alle, die sich für die Technik, Planung, Montage und den Profit von Solarstromanlagen interessieren. Angefangen mit den Grundlagen der solaren Stromerzeugung über die Funktion und Dimensionierung von Leitungen, Wechselrichtern, Ladereglern und Akkus bis hin zu Photovoltaikgeneratoren, die Sie für den Einsatz in netzgekoppelten Anlagen oder Inselanlagen benötigen, enthält dieses Buch viele wichtige und gewinnbringende Informationen. Dem Anfänger sowie dem Elektrotechniker und -meister dient das Buch auch als Leitfaden, der ihn durch die „Technischen Anschlussbedingungen“ und die Richtlinien der Netzbetreiber führt. Weiterhin enthält das Werk Wissenswertes über die Sicherheitsbestimmungen sowie zur Statik und Standsicherheit von Photovoltaikgeneratoren. Der Autor beschreibt sehr detailliert die Planungs- und Montageabläufe mit vielen Bildern und mit verständlich abgefassten Texten, sodass auch der technisch versierte Laie nicht überfordert ist und zusätzlich wertvolle Auskünfte über Förderprogramme, Kosten und den Ertrag von Photovoltaikanlagen erhält. Ein Verzeichnis mit Internetseiten, die kostenlose Software für die Auslegung von netzgekoppelten Photovoltaikanlagen und Photovoltaik-Inselanlagen zum Download bereitstellen rundet den Inhalt des Buches ab und erspart Ihnen den Erwerb von teuren PC-Programmen.

In ca. 30 Jahren sind unsere Erdölquellen versiegt und nur wenige Jahre später ist das Erdgas aufgebraucht. Die Treibstoffpreise für Luft-, Land- und Wasserfahrzeuge sowie die Heizölpreise klettern in absehbarer Zeit in Schwindel erregende Höhen. Aus diesem Grund werden auch Solarstromanlagen durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz mehr denn je gefördert. Das hat dazu geführt, dass viele Hersteller- und Errichterfirmen ihre Umsätze seit 2004 vervielfachen konnten und dass die Nachfrage nach aktueller Fachliteratur zum Thema erneuerbare Energien ständig zunimmt. Um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden, haben wir den Praxisratgeber Photovoltaikanlagen herausgegeben, der Ihnen hilft die Technik zu verstehen und Geld zu verdienen, indem Sie den CO2 Ausstoß mit dem Betrieb Ihrer eigenen Photovoltaikanlage verringern. Mit einer Solarstromanlage leisten Sie einen wertvollen Beitrag für den Klimaschutz, der zugleich Ihre Brieftasche füllt. Eine zehn Kilowatt Photovoltaikanlage erspart der Umwelt ca. 8500 kg CO2 Ausstoß pro Jahr!

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Leseprobe

2. Planung einer Photovoltaik-Inselanlage (S. 34-35)

2.1 Die Solarbatterie

Die Energiespeicherung ist ein wichtiges Thema für Photovoltaik-Inselanlagen, weil die Energiegewinnung und der Energieverbrauch nicht immer gleichzeitig erfolgen. Der tagsüber erzeugte Solarstrom wird oft erst in den Abendstunden zum Beispiel für Beleuchtungszwecke benötigt, so dass eine Zwischenspeicherung der Energie notwendig ist. Darüber hinaus müssen längere Schlechtwetterperioden und Regentage (Autonomiezeit) von der Solarbatterie überbrückt werden.

Anmerkung:
Die Autonomietage sind der Zeitraum, in welchem die Versorgung des Systems komplett vom Akku übernommen wird, ohne dass der Generator Energie zuführt. Die Berücksichtigung von Autonomietagen ist nötig, da sich die Sonneneinstrahlung nicht gleichmäßig über jeden Tag des Monats verteilt und deshalb eine Speicherung der Energie erforderlich ist. Je weiter die Betriebszeit in den Winter hineinreicht und je größer die Versorgungssicherheit sein muss, umso mehr Autonomietage sind einzuplanen. Üblich sind Werte von drei bis sechs Tagen. In Photovoltaik-Inselanlagen kommt in der Regel ein Bleiakkumulator zum Einsatz. Der Bleiakku zeichnet sich durch ein gutes Preisleistungsverhältnis sowie seinem hohen Wirkungsgrad bei großen und kleinen Ladeströmen aus. Er besteht aus mehreren 2-Volt-Zellen, die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, zu 12 Volt- und 24 Volt-Batterien, in Reihe geschaltet sind. Bei größeren Akkus werden wegen des hohen Gewichtes mehrere einzelne 2-Volt-Zellen vor Ort aufgestellt und zusammengeschaltet. Durch Serien- und/oder Parallelschaltung können die Akkus entsprechend der erforderlichen Systemspannung und Kapazität verschaltet werden. Die Serienschaltung zweier Solarbatterien verdoppelt die Spannung und die Parallelschaltung zweier Akkus verdoppelt die Akku-Kapazität. Die Akkukapazität wird angegeben in Ampere/Stunden (Ah) und für den Energieverbrauch verwenden wir die Maßeinheit Watt/Stunden (Wh).

Um einen Bezug vom Energieverbrauch zu der Akkukapazität (Ah) herzustellen, rechnen wir entsprechend der Akkuspannung die Watt/Stunden in Amperestunden um. Zum Beispiel erfordert ein Energiebedarf von 1200 Watt/Stunden bei einer Batteriespannung von 12 Volt eine entnehmbare Akkukapazität von:

1200 Watt/Stunden : 12 Volt = 100 Ampere/Stunden

Um eine lange Akkulebensdauer zu erreichen, dürfen wir entsprechend dem Akkutyp nur mit 20 % bis 70 %, der vom Hersteller angegebenen Akkukapazität rechnen. Es gibt keinen Standard-Akku der für alle Anwendungsfälle gleichermaßen gut geeignet ist. Aus diesem Grund werden Bleiakkus mit unterschiedlichen Eigenschaften angeboten. Damit Sie entscheiden können, welcher Akkutyp für Ihren Anwendungsfall der richtige ist, werden nachfolgend die wichtigsten Eigenschaften von Akkumulatoren beschrieben.

Blei-Solar-Akkus (Bild 2.1.1) mit flüssigem Elektrolyten sind geringfügig abgeänderte K -Starterbatterien mit verstärkten Gitterplatten. Sie zeichnen sich durch eine zwei bis dreimal höhere Zyklenfestigkeit und die damit verbundene höhere Lebensdauer sowie durch eine auf ca. 5 % reduzierte Selbstentladungsrate pro Monat aus.

Diese Akkus liefern bei langsamer Entladung mit kleinen Strömen mehr Energie als bei schneller Entladung mit großen Strömen. Die verfügbare Kapazität hängt also von der Größe des Entladestroms und von der Entladezeit ab. Bei Entnahme der Akkuladung in 10 Stunden fließt zwangsläufig ein wesentlich größerer Entladestrom als bei einer 100-stündigen Entladung. Bei der 10-stündigen Entladung kann dem Akku eine Energie von 80 Ampere/Stunden (Ah) entnommen werden, während bei der 100- stündigen Entladung die entnehmbahre Energie mit 100 Ampere/Stunden, um 20 % größer ist (Bild 2.1.2). Beim Wiederaufladen wird im Akku die chemische Veränderung, die der Entladevorgang verursacht hat, rückgängig gemacht. Dieser Vorgang ist nicht vollständig reversibel. Kleine Mengen von Bleisulfat werden nicht wieder aufgelöst, so dass der Akku durch jede Entladung eine geringfügige Kapazitätsschwächung erleidet. Der Kapazitätsverlust ist umso größer je vollständiger die Entladung war. Das heißt, dass sich die „Lebensdauer" eines Bleiakkus mit flüssigem Elektrolyten erheblich erhöht, wenn der Ladevorgang beginnt, bevor der Akku vollständig entladen ist. Wird dem Akku jeweils 50 % seiner Ladung (Energie) entnommen, so kann er zum Beispiel über 400-mal geladen und entladen werden (400 Zyklen) und bei einer jeweils nur 20-prozentigen Entladung sind über 1000 Zyklen möglich. In der Regel ist die Lebensdauer eines Akkus beendet, wenn er im vollgeladenen Zustand nur noch 80 % seiner ursprünglichen Kapazität aufweist.

Inhaltsverzeichnis
Inhalt4
1. Grundlagen6
1.1 Daten und Fakten zur Photovoltaiktechnik6
1.2 Die Solarzelle9
1.3 Solarmodule13
1.4 Einspeisevergütung nach EEG17
1.5 Kosten für eine PV-Anlage18
1.6 Energieertrag einer Photovoltaikanlage20
1.7 Grundlegendes zu netzgekoppelten-, Insel- und Hybrid-Anlagen30
2. Planung einer Photovoltaik-Inselanlage35
2.1 Die Solarbatterie35
2.2 Der Laderegler40
2.3 Insel-Wechselrichter (Selbstgeführte Wechselrichter)43
2.4 Auslegung einer Photovoltaik-Inselanlage45
2.5 Leitungen und Leiterquerschnitte52
2.6 Strangdioden, Strangsicherungen und Generatoranschlusskasten59
3. Planung einer Photovoltaikanlage zur Netzeinspeisung61
3.1 Netzgeführte Wechselrichter61
3.2 Wechselstromseitige Schutzeinrichtungen67
3.3 Zähler und Messeinrichtungen71
3.4 Anmeldung und Netzanschluss77
3.5 Auslegung einer Photovoltaikanlage zur Netzeinspeisung79
3.6 Ausführungsbeispiel mit Stromlaufplan83
3.7 Dimensionierung der AC- und DC-Leitungen85
3.8 Modulanschlusstechnik96
3.9 Modulverschattung99
3.10 Der Gleichstrom-Hauptschalter104
3.11 Generatoranschlusskasten und Modulkoppler105
3.12 Normen, Regelwerke und baurechtliche Vorschriften109
3.13 Kostenlose Planungssoftware aus dem Internet112
3.14 Statik und Standsicherheit114
4. Ausführung123
4.1 Installationshinweise123
4.2 Sicherheitsbestimmungen bei der Montage126
4.3 Generatormontage auf Satteldächern128
4.4 Generatormontage auf flachen Dächern135
4.5 Generatormontage auf Freiflächen138
5. Prüfung, Betrieb und Wartung141
5.1 Prüfung der Photovoltaikanlage141
5.2 Anlagenbetrieb143
5.3 Wartung und Störungsbeseitigung144
5.4 Betriebsdatenerfassung146
6. Anhang148
6.1 Herstelleradressen148
6.2 Nützliche Internetadressen157

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