Bau einer 100 kWp PV-Anlage auf Firmen Carports mit 60 Stellplätzen

 

Ermittlung des elektrischen Energieertrages von 12 PV-Modultypen, im Vergleich

Projektaufsicht: Stefan Hock – Elektrotechniker
Autor: Dipl. Ing. (FH) Eberhard Zentgraf – Elektroingenieur

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Dimensionierung
2.1. Stringpläne
2.2. Wechselrichter
2.3. Übersichtsschaltplan / Kalkulierter Ertrag
2.4. Anschlussplan ans Wechselstrom-Netz

3. Blitzschutz / Überspannungsschutz / Erdung / Potenzialausgleich
3.1. Äußerer Blitzschutz
3.1.1. Ringerder
3.1.2. Verringerung der Induktionswirkung
3.2. Indirekte Blitzeinwirkungen und innerer Blitzschutz
3.2.1. Kombiableiter

4. Aufbau und Inbetriebnahme der PV-Anlage
4.1. Errichtung des Trägergestells und Montage der PV-Module
4.2. Einspeisung
4.3. Fertigstellung und Inbetriebnahme

5. Technische Daten der Carport PV-Anlage

6. Danksagung

 

1. Einleitung
Mitte des Jahres 2010 erhielt das TEC-Institut für technische Innovationen den Auftrag an Planung und Realisierung einer ca. 100 kWp-PV-Anlage auf Firmen- Carports mitzuwirken. Auftraggeber war die Fa. ANTARIS SOLAR GmbH & Co. KG, welche neue, überdachte Firmen Carports – mit 60 Stellplätzen – mit einer PV-Anlage versehen wollte.

2. Dimensionierung
Die drei Carports haben eine Dachfläche von insgesamt 775 m² (siehe Abb.1)
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Abb. 1: Flächenaufteilung der drei Dächer für die Installation von PV-Anlagen

Unter Berücksichtigung von gleichen Abständen zu den Dachrändern und
verschiedener, notwendiger Dehnungsfugen, ergab sich die Anzahl von 447 zu installierenden PV-Modulen vom Typ „ANTARIS ASP 215 W“, mit einer Leistung von 215 Wp pro Modul.
Daraus ergibt sich die Gesamtleistung von 96,1 kWp der Carport-PV-Anlage. Alle Dächer sind leicht nach Südwesten (Süd +20°) ausgerichtet. Der Neigungswinkel der PV-Module beträgt 7°. Weiterhin werden bei der Dimensionierung die maximale Systemspannung und die Rückstromfestigkeit berücksichtigt. Das tragende Skelett der Carports besteht aus einer Massivholz-Konstruktion, welche mit stabilem Trapezblech überdacht ist. Auf dem Trapezblech wurden 6 mm Profilschienen befestigt, auf welchen wiederum die PV-Module montiert wurden.

2.1 Stringpläne
Die Verlegung und Verschaltung der PV-Module auf den 3 Carport-Dächern ist aus den
Stringplänen Abb. 2 bis Abb. 4 zu erkennen.

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Abb. 2: Stringplan für Carport 1

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Abb. 3: Stringplan für Carport 2
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Abb. 4: Stringplan für Carport 3
Die PV-Module wurden untereinander mit einem Leitungsquerschnitt von 4 mm² verschaltet.
Die Stringleitungen, welche von den jeweiligen Dächern zu den Wechselrichtern in den Technikraum führten, wurden in 6 mm² verlegt.

2.2 Wechselrichter
Wie aus den Stringplänen (Abb. 2 bis Abb. 4) zu ersehen ist, legten wir uns nicht nur auf einen
Wechselrichter-Hersteller fest, sondern es wurden Wechselrichter von zwei namhaften
Herstellern eingesetzt. Dies geschah in der Absicht, dass der Technikraum, welcher zur PVAnlage
gehört, künftig auch als Präsentationsraum für Besucher dienen und eine etwas breitere
Produktpalette gezeigt werden soll. Ansonsten hätte das Auslegen der Wechselrichter einfacher
gestaltet werden können.
Bei den 9 Stück Wechselrichtern handelt es sich um:
• Danfoss,      TLX 12,5                3 Stück
• Danfoss,      TLX 10 K                2 Stück
• Danfoss,      TLX 15                   1 Stück
• SMA,             SMC 9000TL-10   2 Stück
• SMA,             SB 5000-20           1 Stück

2.3 Übersichtsschaltplan / Kalkulierter Ertrag
Einen Übersichts-Schaltplan der kompletten PV-Anlage zeigt Abb. 5

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Abb. 5: Prinzipschaltbild der gesamten PV-Anlage

Eine Ertragsberechnung mit Hilfe der (als „konservativ“ bekannten) Kalkulationssoftware „PV
Sol“ ergab für die Gesamtanlage einen spezifischen Jahresertrag von 834 kWh/kWp.
2.4 Anschlussplan ans Wechselstrom-Netz

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Abb. 6 zeigt die Anschlüsse der Wechselrichter an das Stromnetz.
Hinweis: Für die einphasigen SMA-Wechselrichter (rechts im Bild) wurde nachträglich noch eine
Phasenüberwachung installiert (nicht im Bild zu sehen).

3. Blitzschutz / Überspannungsschutz / Erdung / Potenzialausgleich
Für PV-Anlagen dieser Art ist ein Blitzschutzsystem zwingend vorgeschrieben. Dieses unterteilt
sich in einen äußeren und einen inneren Blitzschutz.
3.1 Äußerer Blitzschutz
Der äußere Blitzschutz umfasst alle Einrichtungen und Maßnahmen zum Auffangen und Ableiten
des Blitzes. Eine Blitzschutzanlage besteht aus einer Fangeinrichtung, der Blitzleitung
(mindestens 16 mm² Kupferleitung) und der Erdungsanlage. Sie muss unter Beachtung der VDE
0185-305 Teil 3 errichtet werden.
3.1.1 Ringerder:
Der Ringerder ist nicht nur Bestandteil der Blitzschutzanlage, sondern erfüllt auch die Aufgabe
der Erdung und des Potenzialausgleiches.
Bei der Verlegung des Ringerders ist darauf zu achten, dass er in einer Tiefe von > 0,5 m und
in einer Entfernung von 1 m zum geschützten Objekt verlegt wird.
Verlegung des Ringerders siehe Abb. 7, 8, 9. Im Zuge von Erdung und Potenzialausgleich müssen alle leitfähigen Teile des Daches, z.B.
Modulrahmung, Montageprofile und auch das Trapezblech mit dem Ringerder verbunden werden.

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Abb. 11: Drei von 10 Blitz-Fangstangen

3.1.2 Verringerung der Induktionswirkung
Eine Verringerung der Induktionswirkung von direkten und nahen Blitzeinschlägen wird durch
eine nicht flächige Leitungsführung der Strings erreicht. Auch die magnetische Wirkung wird mit
Hilfe von Schirmung durch einen metallenen Kabelkanal bzw. ein Kabelrohr vermindert. (Siehe
Abb. 11a und 11b)

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Abb. 11a: Verringerung der Induktionswirkung induktiver Einkopplungen, durch Verkleinerung der Induktionsfläche
(rechts)

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Abb. 11b: Stringkabel werden gebündelt geführt, Verkleinerung der Induktionsfläche.
3.2 Indirekte Blitzeinwirkungen und innerer Blitzschutz
Jeder Blitzeinschlag erzeugt indirekte Wirkungen in seiner Umgebung im Umkreis von ca. 1 km.
Die Wahrscheinlichkeit von indirekten Blitzeinwirkungen auf ein Gebäude ist deshalb viel höher
als die eines direkten Blitzeinschlages in das Gebäude. Der Begriff „Gebäude“ bezieht sich auf
den Technikraum der PV-Anlage.
Die indirekten Blitzwirkungen sind im Wesentlichen induktive, kapazitive und galvanische
Einkopplungen. Diese Einkopplungen erzeugen Überspannungen, vor denen die elektrischen
Anlagen des Gebäudes geschützt werden sollten. Der innere Blitzschutz umschreibt alle
Maßnahmen und Einrichtungen im Gebäude, die sich mit dem Schutz z.B. elektronischer Geräte
vor indirekten Blitzeinwirkungen, aber auch vor den Wirkungen von Schalthandlungen im
öffentlichen Stromnetz befassen.
Voraussetzung für die Funktion des inneren Blitzschutzes ist ein lückenloser Ausgleich nach
VDE 0100, Teil 540 / IEC 364-5-54. Über den Ausgleich werden alle leitfähigen Systeme (z.B.
Wasser-, Heizungs-, Gasleitungen…) mit dem Erder verbunden.

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Abb. 12: Die Hauptpotenzialausgleichs-Schiene im Technik-Gebäude. In der Mitte ist der Ringerder angeschlossen.

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Abb. 13: Zwei weitere Sammelschienen, welche mit der Hauptpotenzialausgleichs-Schiene verbunden sind
3.2.1 Kombiableiter
Als weitere Maßnahme zum Schutz gegen Blitz-Einwirkungen wurden auf der DC-Seite eines
jeden Wechselrichters so genannte Kombiableiter installiert. Wichtig dabei ist, dass pro Tracker
jeweils ein Kombiableiter zur Anwendung kommt, siehe Abb. 14

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Abb. 14: Beispiele für Kombiableiter

 

 

 

4. Aufbau und Inbetriebnahme der PV-Anlage
4.1 Errichtung des Trägergestells und Montage der PV-Module

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Der zur Netz-Einspeisung notwendige Messwandler-Schrank ist aus Abb. 23 ersichtlich

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Abb. 23: Innenansicht des Messwandler-Schrankes
4.3 Fertigstellung und Inbetriebnahme
Am 22.12.2010 war die PV-Anlage fertig gestellt, wurde von einem Mitarbeiter der Firma E.ON –
Bayern in Betrieb genommen und war um ca. 11:30 Uhr voll funktionsfähig am Netz. Per
Monitoring erfolgt eine so genannte Fernüberwachung der PV-Anlage.
Die weiteren Außenarbeiten wie z.B. Pflasterung der Fahrwege und Parkplätze sowie das
Anlegen von Grünflächen mussten wegen des heftigen Wintereinbruchs in das nächste Frühjahr
verlegt werden.

 

 

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6. Danksagung

Für technische Unterstützung und entsprechender Ratschläge möchten wir uns bedanken bei

• Fa. Ulltech AG, 63741 Aschaffenburg, Herrn Brehm
• Fa. Boxit, 63322 Rödermark, Herrn Rittinghaus
• Fa. GP Blitzschutz, 64850 Schaafheim, Herrn Pavlovic
Waldaschaff, 08. Februar 2011

Eberhard Zentgraf
Dipl. Ing. (FH) Elektrotechnik