Photovoltaikanlage

Aus Brand-Feuer.de
Zur Navigation springenZur Suche springen
bei der Errichtung einer Photovoltaikanlage kam es zu einem Flächenbrand.
Foto: Thomania Presse
pvsafety
pvsafety ist eine Informationsplattform rund um Sicherheit im Feuerwehreinsatz und bei Übungen. Schwerpunkt dabei sind die Gefahren durch elektrischen Strom. Informationen über Photovoltaikanlagen und weiteren Komponenten sollen helfen, den Umgang damit für Einsatzkräfte bei Schadensfällen und Bränden sicherer zu machen.


auf großen Dachflächen in der Landwirschaft findet man oft Photovoltaikanlagen. Auch in diesem Bereich kann es zu einem Dachstuhlbrand, nicht nur aufgrund von Marder -und andere Tiere oder eines Kurzschlusses kommen.
Foto: PV
hier brennen die Wechselrichter der Photovoltaikanlage.
Foto: Feuerwehr Holzham / Bayern
Photovoltaikanlagen sollten regelmäßig überprüft werden. Eine Überprüfung dieser Anlage mittels Drohne mit Wärmebildkameraergab, das eine erhöhte Temperaturdifferenz von über 15K vorliegt, man kann von einer Beschädigung in eine Zelle des Moduls ausgehen.
Foto: airfx.de
eine gute effiziente Idee.
Foto: Rainer Schwarz
Brandbekämpfung an einer Photovoltaikanlage
Foto: FW Adelsdorf
neuartige Antriebstechnik auf dem Rudower See mit Solarkraft
Foto: Rainer Schwarz
PV-Anlage auf einer Saline in
Bad Dürkheim
Foto: Rainer Schwarz
Flächen in der Landwirtschaft werden für PV genutzt
Foto: Rainer Schwarz
kleine Anlage außen am Haus angebracht
BR 05 2011
Beleuchtung eines Schildes
Foto: BR
eigene Stromversorgung dieses Wohnmobils, die Leitung Kilowatt peak ist nicht bekannt
Foto: Rainer Schwarz
Geschwingkeitsanzeige ohne Batterie
Foto: BR 05 2011
Photovoltaik auf einem Segelflguzeug
Foto: Rainer Schwarz
Photovoltaik auf dem Mond
hier im Deutschen Museum München
Foto: Rainer Schwarz
auf dem Wasser
Bild: Rainer Schwarz
ein Parkscheinautomat in Soest
BR 5 2011

Eine Photovoltaikanlage, auch PV-Anlage bzw. PVA genannt, ist eine Solaranlage, in der mittels Solarzellen ein Teil der Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird.
Eine größere Solarstromanlage ist ein Solarkraftwerk. Die dabei typische direkte Art der Energiewandlung bezeichnet man als Photovoltaik. Demgegenüber arbeiten andere Sonnenkraftwerke (z. B. solarthermische Kraftwerke) über die Zwischenschritte Wärmeenergie und mechanische Energie.

Siehe auch: Dokumentation Einsatz-PV-Stromspeicher von Ulrich Wolf


Aufbau

Je nach Anlagengröße und -typ werden die einzelnen Solarmodule in Reihenschaltung|Reihe zu sogenannten Strings verschaltet. Dabei addiert sich die Spannung der einzelnen Module. Gegebenenfalls werden mehrere dieser Strings parallel geschaltet. Eine Parallelschaltung der einzelnen Module findet sich vorwiegend im batteriegestützten Inselbetrieb. Die Solarmodule werden in der Regel auf einer Unterkonstruktion befestigt, welche die Module idealerweise so ausrichtet, dass der höchstmögliche oder eine möglichst gleichbleibender Energieertrag über das Jahr gewährleistet wird (z. B. in Deutschland Richtung Süden und auf circa 30° angewinkelt für höchsten Energieertrag bzw. Richtung Süden und auf circa 55° angewinkelt für gleichbleibendsten Energieertrag über das Jahr). Die Unterkonstruktion kann auch der Sonne nachgeführt (astronomisch, sensorisch) sein, um eine höhere Energieausbeute zu erreichen.

Handelt es sich um eine #Netzgekoppelte Anlage|netzgekoppelte Anlage wird mit Hilfe eines Wechselrichters der in den Solarmodul(en) entstehende Gleichstrom in Wechselstrom gewandelt und ins Stromnetz eingespeist. Abgesehen von den Umwandlungsverlusten, geschieht dies in der Regel vollständig, solange das Netz in hinreichender Qualität (Spannung/Frequenz) zur Verfügung steht. Eine bedarfsabhängige Einspeisung (Einspeisemanagement) wurde in Deutschland mit der Neufassung des Erneuerbare-Energien-Gesetz|Einspeisegesetz 2009 verbindlich für Anlagen über 100 kW festgeschrieben.

Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen stellen dem Stromnetz im Normalfall keine Regelleistung zur Verfügung, da grundsätzlich ein Maximum an regenerativer Energie erzeugt werden soll. Allerdings müssen Anlagen ab 100 kW Peakleistung nach §6 EEG in der Lage sein, im Falle von Netzüberlastungen ihre Leistung durch den Netzbetreiber ferngesteuert zu reduzieren. Wechselrichter können bei Bedarf auch Blindleistung in das Netz abgeben bzw. aufnehmen, was von leistungsstärkeren Anlagen, die auf Mittelspannungsebene einspeisen, auch seit Mitte 2010 in der Mittelspannungsrichtlinie gefordert wird. Aufgrund der mittlerweile relevanten Leistung der in Deutschland installierten Photovoltaikanlagen (Stand Anfang 2011: Etwa 17 Gigawatt Peakleistung, was mehr als zehn typischen AKW mit rund 1,5 GW entspricht) wird die Photovoltaik zunehmend stärker in die Netzregelung einbezogen. So ist mit einer entsprechenden Richtlinie für das Niederspannungsnetz noch im Jahr 2011 zu rechnen.

Bei #Netzferne Stromversorgung (Inselsystem, Inselanlage)|netzfernen Anlagen wird die Energie zwischengespeichert, sofern sie nicht dhttp://www.brand-feuer.de/skins/common/images/de/button_bold.pngirekt verwendet wird. Das Speichern in Energiespeichern, meist Bleiakkumulatoren, erfordert die Verwendung eines Ladereglers. Um die gespeicherte Energie für konventionelle Elektrogeräte verwenden zu können, wird sie mit Hilfe eines Inselwechselrichters in Wechselstrom umgewandelt.



Fotos: Rainer Schwarz


Netzferne Stromversorgung (Inselsystem, Inselanlage)

Merkmal einer netzfernen Stromversorgung ist das Fehlen einer Verbindung zu einem übergeordneten Energieverbundnetz (z. B. dem öffentlichen Stromnetz). Die einzelnen Komponenten der Anlage müssen entsprechend dem vorliegenden Lastprofil der elektrischen Verbraucher aufeinander abgestimmt sein, um einen hohen Nutzungsgrad zu gewährleisten.


Geschichte

Raumfahrt

Wesentliche Entwicklungsschübe erhielt die Photovoltaik aus der Raumfahrt. Während die ersten künstlichen Erdsatelliten nur Radionuklidbatterien mitführten, wurden schon bald Solarzellen zur Energieversorgung eingesetzt und stellten mit die ersten Anwendungen der Photovoltaik überhaupt dar. Angesicht mangelnder kostengünstigerer Alternativen bei Raumfahrzeugen negierten sich selbst die immensen Kosten am Anfang der Solarmodulentwicklung. Heutzutage ist die Solarzelle in der Raumfahrt mit großem Abstand die wirtschaftlichste Lösung.

Fast alle Satellit (Raumfahrt)|Satelliten und Raumstationen nutzen Solarzellen für ihre Stromversorgung und für den Betrieb der installierten Instrumente, einzig bei sonnenfernen Missionen werden noch Radionuklidbatterien eingesetzt.

Solarzellen an Raumfahrzeugen sind einer hohen Strahlenbelastung ausgesetzt und erleiden dadurch einen Leistungsverlust (Degradation). Ursache sind die durch hoch-energetische Teilchenstrahlung der Kosmische Strahlung|kosmischen Strahlung hervorgerufenen Gitterfehler|Kristalldefekte.


Telegrafenstation

Eine weitere Triebfeder zur Entwicklung stellt die Telekommunikationsbranche dar. Die ersten elektrischen Relaisstationen (welche sich entlegen zwischen den meist größeren Städten befanden) zur Weiterleitung der Morsenachrichten wurden noch mit Bleibatterien realisiert, die zu 48-V-Gleichspannungssystemen verbunden wurden. Der Austausch der entladenen Batterien erfolgte mit Fuhrwerken, die oft Wochen unterwegs waren. Die ersten Solarmodule wurden entwickelt, um eine 12-V-Bleibatterie selbst bei hohen Außentemperaturen sicher zu laden. So entstand das 36-zellige 12-V-Solarmodul, nachdem man festgestellt hat, dass mit 34-zelligen Modulen die Batterie nicht sicher geladen werden konnte. Zur Ladung der Batteriesysteme in Relaisstationen verwendete man vier in Reihe geschaltete Solarmodule. Dieser historische Grund liefert die Erklärung, warum auch heute noch 48-V-Gleichstromgeräte in der Telekommunikationsindustrie Verwendung finden.


Industrielle Anwendungen

Kennzeichen dieser Anwendungsgruppe von solaren Energieversorgungen ist der sehr genau definierte, oft geringe Energiebedarf.

  • mobile Anwendungen, wie Taschenrechner/Uhr, Handyladegerät, Solarspielzeug, Solarspringbrunnen, leuchtende Wegemarkierungen, …
  • stationäre Anwendungen, wie Parkautomaten, automatische Verkehrsschilder (z. B. auf Autobahnen), solarversorgte Messstellen (Trinkwasser, Abwasser, Hochwasser, Verkehr), Schiebereinrichtungen für Trinkwasser bzw. Abwasser, solare Belüftung, Schifffahrtszeichen, …
  • Anwendungen für die Telekommunikation, wie Empfangsstationen für Mobiltelefone, WLAN-Hotspots, Richtfunkstrecken, Satelliten.

Viele dieser Anwendungen sind auch in Gegenden mit höchster Stromnetzdichte wirtschaftlich, da die Kosten für eine Netzerweiterung/Netzanschluss auch in diesem Fall in keinem Verhältnis zur autarken Versorgung stehen.


SHS (Solar Home System)

ist die Bezeichnung für ein einfaches Photovoltaikinselsystem, dessen Hauptzweck meist nur in der Versorgung von einfachen Hütten mit Licht ist. Typische Anlagengrößen sind 50–130  Watt Peak|Wp, was meist genug ist, um 12-V-Gleichspannungsenergiesparlampen zu betreiben. Oft werden die Anlagen verwendet, um Handys zu laden oder einen kleinen Fernseher/Radio zu betreiben. Manchmal wird ein solches System auch verwendet, um einen 12- bzw. 24-V-Gleichstromkühlschrank zu betreiben.


Solare Pumpenanlagen

sind meistens direkt-betriebene Solaranlagen, was bedeutet, dass auf eine Batterie verzichtet wird. Die Speicherung übernimmt in diesem Fall ein Wasserhochtank, welcher die Versorgung in der Nacht bzw. bei Schlechtwetter gewährleistet. Bei Bewässerungsanlagen kann meist auch auf den Tank verzichtet werden. Anlagen dieses Typs zeichnen sich durch eine extreme Langlebigkeit (> 20 Jahre) aus, da auf eine Batterie verzichtet wird. Die verwendeten Gleichstrom-betriebenen Unterwasserpumpen können Förderhöhen bis 250 m erreichen.


Hybrid/Minigrid

sind meist größere Anlagen, welche die Versorgung von kleinen Dörfern, Schulen, Krankenhäusern/-stationen oder Global System for Mobile Communications|GSM-Stationen sicherstellen. Das Kennzeichen einer Hybridanlage ist das Vorhandensein von mehr als einer Energiequelle (z. B. Photovoltaik und Dieselgenerator). Als Energiequellen stehen Sonne, Wasser, Wind, Biomasse, Diesel, … zur Verfügung. Die Zwischenpufferung der Energie übernehmen in der Regel Akkumulatoren (Kurzzeitspeicherung). Für die mittelfristige Speicherung sind beispielsweise die Redox-Flow-Zelle oder Wasserstoff Lösungsansätze.

Prinzipiell stehen zwei Möglichkeiten der elektrischen Kopplung zur Verfügung.

Erstere besteht aus eine Kopplung auf der Gleichstromseite in die alle Erzeuger ihre Energie liefern. Die Photovoltaikanlage mit Hilfe eines Ladereglers, der Dieselgenerator durch ein Ladegerät. Alle weiteren Energieerzeuger (z. B. Windgenerator, Wasserturbine, …) brauchen ihr eigenes Ladegerät um auf der Gleichstromseite ihre Energie bereitzustellen. Ein großer Inselwechselrichter übernimmt die Bereitstellung von Wechselstrom.

Eine weitere Möglichkeit ist die Kopplung auf der Wechselstromseite. In diesem Fall gibt es nur ein Ladegerät, welches die Ladung der Akkumulatoren verwaltet. Alle Energieerzeuger liefern Wechselspannung, welche entweder direkt verbraucht wird oder durch das Ladegerät im Akkumulator gepuffert wird. Bei einem Mangel von Energie erzeugt ein Inselwechselrichter die fehlende Energie für die Verbraucher. Da diese zweite Version der Kopplung Schwierigkeiten der Synchronisierung/Regelung hervorruft, konnte diese erst mit dem Vorhandensein von schnellen Mikrocontrollern verwirklicht werden. Man kann diese Kopplungsart als zweite Generation der Hybridanlagen bezeichnen.

  • Siehe auch: Hybridkraftwerk Pellworm


Anlagentechnik

Bei Verwendung von Akkumulatoren zur Speicherung der Energie werden Typen verwendet, die eine hohe Zyklenfestigkeit (Ladung und Entladung) aufweisen, sogenannte Solarbatterien. Diese haben einen etwas anderen Aufbau als Starterbatterien, wie Sie in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Im Vergleich zu allen anderen Akkumulatortypen weist der Bleiakkumulator die geringsten Kosten pro gespeicherter Energieeinheit (kWh) auf.

Bei Verwendung von Akkumulatoren zur Speicherung der Sonnenenergie ist ein Laderegler notwendig. Dessen Hauptzweck besteht darin, den Akkumulator vor Tiefentladung (durch Lastabwurf) sowie vor Überladung zu schützen. Eine Tiefentladung stellt eine irreversibel Schädigung am Bleiakkumulator dar.

Zum Betrieb von Wechselstromverbrauchern (z. B. 230-V-Fernseher) wandelt ein Insel-Wechselrichter die Akkuspannung (meist im Bereich 12, 24 oder 48 V Gleichspannung) in Wechselspannung um. Inselwechselrichter gehören zur Gruppe der netzbildenden Anlagen. Das bedeutet, sie erzeugen selbstständig eine Netzspannung (z. B. 230 V, 50 Hz) und stellen Wirk- und Blindleistung zur Verfügung. Netzbildner können nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden werden (Kompetenzverletzung). Zur Netzeinspeisung sind demgegenüber netzgeführte Wechselrichter (Netzfolger) erforderlich (siehe unten).
In Gegenden mit instabiler elektrischer Versorgung durch das öffentliche Netz bietet es sich an, eine normalerweise netzbetriebene Anlage bei Stromausfall mit Solarstrom zu betreiben (als sogenannte Netzersatzanlage – fällt das Netz aus, so wird die Anlage automatisch oder manuell in den Inselbetrieb umgeschaltet. Diese Umschaltung bedeutet einen kurzzeitigen Netzausfall, um dies zu vermeiden kann man eine unterbrechungsfreie Stromversorgung verwenden.


Netzgekoppelte Anlage

Durch die Verbindung zu einem großen Verbundnetz (z. B. das öffentlichen Stromnetz) kann sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt genügend Verbraucher vorhanden sind, die den Solarstrom sofort nutzen können. Eine Zwischenspeicherung, Pufferung ist dabei unnötig. Diese Betriebsart nennt man auch Netzparallelbetrieb.


Formen:

Aufdachanlage

Die häufigste Anlageform ist die Aufdachanlage, bei der das vorhandene Gebäude die Unterkonstruktion für die PV-Anlage trägt. Zugleich kann die Dachneigung eine optimierte Ausrichtung der Anlage ermöglichen, die sonst durch zusätzliche konstruktive Mittel erreicht werden müsste. Auch betrachtet der Gesetzgeber die Dachflächen als bereits vorhandene „natürliche“ Empfangsflächen, ohne zusätzlichen Flächenbedarf.


Gebäudeintegrierte Anlage

Bei dieser Anlagenart ersetzt die Photovoltaikanlage Teile der Gebäudehülle, also der Fassadenverkleidung und/oder der Dacheindeckung. Der Vorteil besteht darin, dass ohnehin benötigte Dach- bzw. Fassadenelemente durch die Photovoltaikanlage ersetzt werden. Zudem werden auch ästhetische Argeumente für diese Bauweise genannt, weil die oft auch farblich an hergebrachte Dacheindeckungen angepassten Elemente optisch weniger stark auffallen als herkömmliche, auf die Dachhaut montierte Anlagen. Gebäudeintegrierte Anlagen sind jedoch meist weniger gut hinterlüftet, was einen verringerten Wirkungsgrad nach sich zieht. Fassadenelemente sind auch nur selten ertragsoptimal zur Sonne ausgerichtet, dafür lassen sich Flächen nutzen, die sonst nicht zur Energieerzeugung bereitstehen. Die Solarmodule müssen den gleichen Anforderung genügen, denen auch andere Teile der Gebäudehülle entsprechen (Dichtigkeit, Bruchsicherheit, Tragfähigkeit usw.). Der Markt bietet eigens zugelassene Module, die über nötigen Zertifikate und Zulassungen verfügen, andernfalls ist ein Einzelnachweis für die geplante Anlage notwendig.


Freilandanlage

In freiem werden Solarmodule entweder in langen Reihen hintereinander mit Hilfe einer geeigneten Unterkonstruktion platziert oder auf Nachführanlagen (Solartracker) befestigt, welche im verschattungsfreien Abstand zueinander stehen. Aus ökonomischen Gründen werden meist Zentralwechselrichter für die Umwandlung des Gleichstromes aus den PV-Modulen in Wechselstrom verwendet. Der erzeugte Wechselstrom wird meist direkt ins Stromnetz#Technik|Mittelspannungsnetz eingespeist, da die Leistung im Niederspannungsnetz nicht mehr aufgenommen werden kann.


Als besonders geeignet werden Flächen angesehen, deren anderweitige Nutzung schwierig ist (Deponieflächen, z. B. Photovoltaikanlage Ringgenbach#Photovoltaikanlage|Photovoltaikanlage auf einer stillgelegten Kreismülldeponie in der Gemarkung von Ringgenbach, verlassene Militärgelände, z. B. Solarpark Waldpolenz, Photovoltaikanlage auf einem ehemaligen Militärflughafen in den Gemeinden Brandis und Bennewitz, Brachland, …), da es die landwirtschaftliche Nutzfläche nicht schmälert. Doch im direkten Vergleich zum Anbau von Energiepflanzen hat die Photovoltaik einen erheblich besseren Flächennutzungsgrad (Energiepflanzen weniger als 10 kWh pro Quadratmeter und Jahr, Photovoltaik ungefähr 100 kWh pro Quadratmeter und Jahr).

Das nötige Investitionskapital wird häufig durch Bürgergesellschaften aufgebracht.

  • siehe auch: Bürgersolaranlage


Anlagentechnik

Für die Einspeisung der Solarenergie in das Stromnetz ist die Wandlung des Gleichstroms in Wechselstrom nötig, sowie eine Synchronisation mit dem vorhandenen Netz, was durch einen Solarwechselrichter bewerkstelligt wird. Diese Wechselrichter nennt man netzgekoppelt.

Einphasige Anlagen dürfen in Deutschland nur bis zu einer maximalen Leistung von 5 kWp (4,6 kW Dauerleistung) in das Stromnetz einspeisen. Anlagen mit Leistungen ab 100 kWp verfügen über die Möglichkeit der Wirkleistungsreduzierung in vier Stufen, deren Steuerung über einen Rundsteuertechnik|Rundsteuerempfänger erfolgt. Anlagen mit einer Spitzenleistung von mehr als 100 kW speisen in das Mittelspannungsnetz ein und müssen zur Sicherung der Netzstabilität die Mittelspannungsrichtlinie erfüllen.

Eine Ausnahme, die keine Wandlung erfordert, stellt die Einspeisung in separate Gleichstrombetriebsnetze dar, zum Beispiel die Direkteinspeisung des Solargenerators in ein Straßenbahnbetriebsnetz. Einige wenige Pilotanlagen für eine solche Anwendung sind seit einigen Jahren in der Erprobung. Als Beispiel sei hier die Anlage auf dem Straßenbahndepot in Hannover-Leinhausen genannt.



Energieertrag einer Solarstromanlage

In Deutschland kann ein mittlerer Energieertrag von etwa 650 bis 1150 Kilowattstunde|kWh pro kWpeak installierter Leistung der Anlage und Jahr erwartet werden. Dies entspricht einer über das Jahr gemittelten Leistung von 7,5% bis 13%, bezogen auf die kWpeak-Angabe.

Fest installierte Anlagen ohne Sonnenstandsnachführung können dort bis zu 8 kWh/kWp an Spitzentagen erzeugen. Das erreichen dieses Wertes wird beeinflusst von folgenden Faktoren:

  • Auslegung
Die in Deutschland übliche leichte Überdimensionierung des PV-Generators, welche über das Jahr gesehen zu einem höheren Ertrag führt, begrenzt umgekehrt die Höhe eines Spitzenertrages im Sommer. Der Wechselrichter fährt an solchen Tagen in die Begrenzung, das heißt Teile des Energieangebots werden nicht genutzt.
  • Ausrichtung und Montage
Für das Erreichen eines Spitzenertrages wäre eine senkrechte Aufstellung zur Sonne im Sommer nötig (ca. 47° Grad Modulneigung), was aber über das Jahr gesehen zu einem Minderertrag führen würde. Auch beeinflusst die Art der Montage den Ertrag; eine bessere Hinterlüftung der Module führt zu einer besseren Kühlung derselbigen und somit zu einer höheren Effizienz.
  • Wetterbedingungen
Zur Erreichung eines Spitzenertrages ist ein wolkenloser, klarer Tag nötig. Ein nächtlicher Regenschauer, der Aerosole aus der Atmosphäre gewaschen hat, trägt zur Erhöhung der Direktstrahlung auf die Modulfläche bei. Letztendlich sorgt ein konstanter Windstrom der zur Kühlung der Module beiträgt, für das erreichen einer Spitzenenergieausbeute.
  • Höhe des Tagesbogen
Die Höhe des Sonnenstand#Täglicher Sonnenstand (Tagbogen)|Tagbogens nimmt im Sommer zu, je näher eine Anlage in Richtung der Pol (Geographie)|Pole installiert ist. Umgekehrt bedeutet dies, dass die Unterschiede der Tageserträge in Richtung Äquator über das Jahr gesehen abnehmen. In Deutschland beträgt der max. Unterschied der Tageslängen 1:23h, gemessen zwischen dem nördlichsten (List (Sylt)|List) und südlichsten (Haldenwanger Eck) Punkt an den Tagen der Sonnenwende#Winterpunkt und Sommerpunkt|Sommersonnenwende und Sonnenwende#Winterpunkt und Sommerpunkt|Wintersonnenwende.

Kilowatt peak beschreibt die Nennleistung der Solarmodule der Anlage bei Watt Peak|definierten Testbedingungen. Sie entsprechen maximaler bzw. idealer Sonneneinstrahlung, die jedoch nur selten erreicht wird. Für 1 kWp sind je nach Art und Wirkungsgrad der Solarzellen 7 bis 10 m² Modulfläche nötig.

Vor allem in den letzten sonnenreichen Jahren gab es in Süddeutschland durchaus Erträge über 1200 kWh pro Jahr und installiertem kWpeak, dies entspricht einer mittleren Leistung von rund 14% bezogen auf die kWpeak Angabe. Betrachtungen zum Flächenbedarf von Photovoltaikanlagen sind im Kapitel „Photovoltaik#Weltweites Potenzial|Potenzial“ des Artikels Photovoltaik zu finden. Insbesondere die höheren Werte sind jedoch nur in guten Lagen (vorwiegend Süddeutschland beziehungsweise Gebirgslagen, sowie auf Rügen) bei Freiflächen- und Dachanlagen zu erzielen. Je nach den lokalen Klimaverhältnissen kann der Wert auch etwas darüber oder darunter liegen und von Jahr zu Jahr abhängig vom Wetter bis zu 20 Prozent von den Vorjahresergebnissen abweichen. Auch eine Verschattung von Modulen oder auch nur Teilen von Modulen zum Beispiel durch Fahnenmasten, Bäume, Nachbarbebauung oder ähnliches kann zu erheblichen Ertragseinbußen führen. Weitere Verluste liegen in der Verkabelung, zu dünne Querschnitte oder lange Kabelstrecken mindern den Ertrag einer Anlage deutlich. Man kann fertig installierte Strings mit Hilfe von sogenannten Kennlinien-Messgeräten oder -Analysatoren (TRI-KA, PVPM) messen. Teilweise sind die Erträge von Anlagen im Internet direkt einzusehen (siehe Weblinks). Des Weiteren gibt es zahlreiche Hersteller von PV-Simulationsprogrammen, die Erträge vor der Anlagenmontage berechnen können.

Der Gesamtwirkungsgrad einer Anlage ist abhängig von den verwendeten Komponenten. Die Kernkomponenten bilden dabei die Solarzellen und die Wechselrichter. Speziell letztere haben mit dem durch staatliche Förderung (Erneuerbare-Energien-Gesetz|EEG) verstärkten Ausbau der Photovoltaik Verbesserungen im Wirkungsgrad und in der Zuverlässigkeit erfahren.


Verschmutzung und Reinigung

Wie auf jeder Oberfläche im Freien (vergleichbar mit Fenstern, Wänden, Dächern, Auto, etc.), können sich auch auf Photovoltaikanlagen unterschiedlichen Stoffe absetzen. Dazu gehören beispielsweise Blätter und Nadeln, klebrige organische Sekrete von Läusen, Pollen und Samen, Ruß aus Heizungen und Motoren, Staub und organische Substanzen aus Stallablüftungen (aus der Landwirtschaft im allgemeinen), Futtermittelstäube aus der Landwirtschaft, Wachstum von Pionierpflanzen wie Flechten, Algen und Moosen sowie Vogelkot. Die „Selbstreinigung“ der Module (durch Regen und Schnee) reicht oftmals nicht aus, um die Anlage über Jahre bzw. Jahrzehnte sauber zu halten. Durch Ablagerung von Schmutz auf der Photovoltaikanlage gelangt weniger Sonnenenergie in das Modul. Die Verschmutzung wirkt wie eine Verschattung und ein Ertragsverlust ist die Folge. Dieser Ertragsverlust kann bei Anlagen mit extremen Verschmutzungen (z. B. Stallabluft) bis zu 30 % und mehr betragen. Im bundesdeutschen Durchschnitt wird von einem schmutzbedingten Ertragsverlust von 6–8 % ausgegangen. Um gleich bleibende Erträge zu sichern, müssten eine Vielzahl von Anlagen regelmäßig auf Verschmutzung hin kontrolliert und, falls notwendig, gereinigt werden. Stand der Technik ist die Verwendung von vollentsalztem Wasser (Demineralisiertes Wasser) um Kalkflecken zu vermeiden. Als weiteres Hilfsmittel kommen bei der Reinigung wasserführende Teleskopstangen zum Einsatz. Die Reinigung sollte schonend durchgeführt werden, um die Moduloberfläche durch etwa die Verwendung von kratzenden Reinigungsgeräten nicht zu beschädigen. Zudem sollten Module überhaupt nicht und Dächer nur unter entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen betreten werden.


Blitzschlag

Eine Photovoltaikanlage muss bei bestehendem Blitzschutz des Gebäudes in die Blitzschutzanlage integriert werden.

Beim Blitzschutz#Äußerer Blitzschutz ist Folgendes zu berücksichtigen:

  • Da Module, Halterung sowie etwaige Kabelrinnen elektrisch leitfähig sind, müssen sie im Trennungsabstand zu den Betriebsmitteln des Blitzschutzes installiert werden.
  • Fangstangen oder Ähnliches können zu Schattenwurf und somit zu Ertragsminderung der PV-Anlage führen. Dies erschwert die Planung eines äußeren Blitzschutzkonzeptes.

Ist die PV-Anlage selbst Teil des Blitzschutzes bzw. die Trennung zum äußeren Blitzschutz lässt sich nicht vermeiden, gilt es folgendes beim Anbringen des inneren Blitzschutzes zu beachten:

  • DC-Leitungen vom PV-Generator, welche die Gebäudehülle durchdringen, benötigen einen gleichstromfähigen Ableiter am Durchdringungspunkt. Da im Auslösefall der PV-Generator unter Spannung stehen kann, würde der Gleichstrom einen stehenbleibenden Lichtbogen in der Funkenstrecke des Ableiter verursachen. Dies kann zu einem Brand führen.

Um einen indirekten Blitzschaden der Anlage zu vermeiden, gilt der Grundsatz der Vermeidung von großen aufgespannten Flächen(siehe Elektromagnetische Induktion#Unterbrochene metallische Leiterschleife). Das heißt die Leitungsführung von plus und minus sollte soweit möglich parallel sein.


Gefahren durch eine Photovoltaikanlage

Wie bei jeder baulichen Anlage bringt der Aufbau, Betrieb sowie der Rückbau Gefahren mit sich. Diese unterscheiden sich aber nicht von denen andere Anlagen des Hoch- bzw. Tiefbaus (z. B. Kabelschächte bei Freilandanlagen).

Eigenheiten sind jedoch bei folgenden Gefahren zu beachten:


Brandgefahr

Durch hohe Übergangswiderstände in Teilen der Photovoltaikanlage (z. B. Module, Steckkontakten, Verteilern, …) kann es zu einem Schwelbrand kommen.
Dabei entstehende Lichtbögen sind durch den Gleichstrom bedingt nicht selbstverlöschend, solange Sonnenlicht auf die Module fällt. Diese Lichtbogenstrecke entzündet umliegendes flammbares Material (z. B. Dachlattung bzw. Schalung). Die Besonderheit bei der Löschung besteht darin, dass die Anlage selbst dann noch unter Strom steht, wenn sie abgeschaltet ist, da ja die Module selbst die Stromquellen sind. Somit stehen beim Einsatz Löschwasser bzw. Löschschaum selbst unter Spannung, sobald sie mit unter Spannung stehenden Anlagenteilen in Berührung kommen. Für die Feuerwehren werden spezielle Schulungen durchgeführt, wie bei Bränden vorzugehen ist.
Infolge der Gefährdung der Feuerwehrleute haben diese sich bereits geweigert, Gebäude mit Solaranlagen zu löschen, weil das Löschwasser unter Strom stehen kann. Auch nach Abschalten des Wechselrichters kann der Gleichstromkreis mit den Solarmodulen weiterhin eine Spannung von bis zu 900 V liefern. Wenn das Dach vollständig mit Photovoltaikzellen bedeckt ist, kann durch das Dach kein Löschversuch unternommen werden. Dann bleibt nur die Möglichkeit, ein Übergreifen auf Nachbarhäuser zu verhindern. 2010 wurden vom Deutschen Feuerwehrverband Handlungsempfehlungen herausgegeben, die speziell auf Photovoltaikanlagen eingehen und die Mindestabstände, wie sie auch bei allen anderen elektrischen Niederspannungsanlagen einzuhalten sind, erläutern. In einem Positionspapier wird zudem eine Brandfallabschaltung_(Photovoltaikanlage) für Photovoltaikanlagen gefordert In einer aktuellen Studie untersuchen der TÜV Rheinland und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem.



Die Bilder wurden vom Fotografen, Herrn Grotzke für den Beitrag: Geld & Leben vom Bayerischen Rundfunk freigegeben.
Abgebildet ist hier eine brennede PV Anlage, ohne auf die Brandursache einzugehen.



In den Fokus rückte die Brandproblematik ab ca. 2003, als von Installateuren immer wieder über verschmorte Anschlussdosen berichtet wurde, ohne dass die Solarindustrie Maßnahmen zur Abstellung dieser Serienfehler ergriffen hätte.

Ein spekatuläres Beispiel ist die Photovoltaikanlage Bürstadt, die am Sonntag, dem 28. Juni 2009 teilweise in Brand geriet.


Stromschlag

Im Zuge des Photovoltaikbooms in Deutschland wurde die Errichtung von PV-Anlagen ein neues Standbein bzw. Unternehmensziel von vielen Elektrofirmen. Diese beschäftigten sich davor meist ausschließlich mit Hausinstallationen, welche in Wechselstromtechnik ausgeführt wurden. Fachwissen über hohe Gleichspannungen in Anlagen (z. B. Batterieanlagen) war dort meist nicht vorhanden.
So gab falsche Überzeugungen, wie etwa „nur Wechselstrom ist gefährlich, Gleichstrom nicht“ (Gleichstrom wurde mit Strom aus einer Autobatterie verglichen, der ja auch nicht gefährlich ist). Auch dachten die Leute, solange die Anlage noch nicht am Netz angeschlossen wäre, kann es ja auch noch keine elektrische Gefährdung geben. Und da Solarmodule bei der Stromerzeugung keine Geräusche erzeugen, fehlt(e) auch die Assoziation (Psychologie) Verbindung von Stromschlaggefahr und eines laufenden elektrischen Generators (z. B. Dieselgenerators).

Grundsätzlich steht ein PV-Generator unter Strom, selbst wenn die Anlage nicht im Betrieb ist. Vergleichbar mit einer Batterieanlage. Eine Elektrofachkraft muss sich der Tatsache bewusst sein, dass die Installation bzw. Wartung einer Solaranlage Arbeiten unter Spannung involvieren kann.

Durch vermehrte Parallelverschaltung der Module im Bereich der Schutzklasse (Elektrotechnik)#Schutzklasse III / Schutzkleinspannung|Schutzkleinspannung zu bleiben, führt aber zu proportional höheren Strömen. Diese Möglichkeit, der Energieübertragung bei den heute üblichen Anlagengrößen zur Netzeinspeisung, würde zu großen Verlusten in den Leitungen bzw. unverhältnismäßig dicken Leitungsquerschnitten führen. Somit kann diese Schutzklasse bei netzgekoppelten PV-Anlagen als realitätsfern betrachtet werden.

Bei kleinen netzfernen PV-Anlagen ist die Schutzkleinspannung eine praktikable Schutzart gegen gefährliche Körperströme.


Normung

Mit zunehmender Verbreitung der Photovoltaik und Einbindung in bestehende Strukturen und Techniken der Energieversorgung und -verteilung verstärkt sich der Bedarf an allgemeinen Normen und Festlegungen für photovoltaische Komponenten und Systeme.

Die Normen werden bei der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (International Electrotechnical Commission|IEC) erarbeitet und vom Europäischen Komitee für Elektrotechnische Normung (CENELEC) als Europäische Norm übernommen. Die Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik|DKE implementiert sie in das Deutsche Normenwerk mit Normprojekten beispielsweise zu: Solarzellen, Solarscheiben, Verifizierung von Simulationsprogrammen (Testdatensätze), Steckverbinder für PV-Systeme, Photovoltaik im Bauwesen, Gesamtwirkungsgrad von Wechselrichtern, Datenblattangaben für Wechselrichter. Außerdem bestehen Normen für die Bereiche: Messverfahren, Anforderungen an die Konstruktion von PV-Produkten, Prüfabläufe für Zulassungsprüfungen, Anforderungen an die elektrische Sicherheit.

Der Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik gibt durch seine Deutsches Institut für Normung|DIN-Normen einzuhaltende Vorschriften für die Errichtung von Photovoltaikanlagen vor.


Rekorde

  • Das Unternehmen Acciona Energy hat ein Solar-Kraftwerk mit einer Photovoltaik-Spitzenleistung von 46 Megawatt (MW) in Amareleja (Moura, Portugal) in Betrieb genommen. In diese Anlage wurden rund 261 Millionen Euro investiert.
  • Im Dezember 2008 wurde eine 40 Megawatt-Photovoltaikanlage im Energiepark Waldpolenz auf einem ehemaligen Militärflughafen in den Gemeinden Bennewitz und Brandis (bei Leipzig) fertig gestellt. Sie war damals die drittgrößte Photovoltaik-Anlage der Welt. Das Investitionsvolumen lag bei etwa 130 Millionen Euro.



siehe auch:


zurück zur Hauptseite




Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Photovoltaikanlage aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
Bilder können unter abweichenden Lizenzen stehen. Der Urheber und die jeweilige Lizenz werden nach einem Klick auf ein Bild angezeigt.