Einleitung
Photovoltaikanlagen nutzen die Kraft der Sonne, um Elektrizität zu erzeugen. Dieser Prozess, bei dem Solarenergie in elektrischen Strom umgewandelt wird, setzt sich aus mehreren Elementen zusammen. Im Folgenden geben wir einen Überblick über die zentralen Bestandteile einer Photovoltaikanlage und erläutern, wie sie zusammenarbeiten.
Komponenten
1. PV-Module
Photovoltaik-Module bestehen aus mehreren Zellen, die in einem Rahmen aus Aluminium sicher eingefasst und miteinander verbunden sind. Diese Verbindung erfolgt üblicherweise über elektrische Leiterbahnen aus Kupfer. Die vorherrschenden Materialien in diesen Zellen sind Silizium und Glas, welche die Sonneneinstrahlung optimal einfangen.
Sonnenlicht trifft auf die Solarzelle: Jede Solarzelle im PV-Modul besteht aus zwei Schichten Silizium.
Aktivierung von Elektronen: Wenn Sonnenlicht auf diese Schichten trifft, gibt es Energie an die Siliziumatome ab. Diese Energie setzt Elektronen frei.
Trennung der Ladungen: Die zwei Siliziumschichten sind unterschiedlich behandelt (die eine ist positiv geladen, die andere negativ). Dies erzeugt ein elektrisches Feld.
Stromfluss entsteht: Die freien Elektronen werden durch das elektrische Feld zwischen den Schichten bewegt, was einen elektrischen Strom erzeugt.
2. DC-Leitungen
Übertragung von Gleichstrom: DC-Leitungen transportieren den in den Modulen erzeugten Gleichstrom zum Wechselrichter.
Optimierung der Leitungsführung: Kurze Wege zum Wechselrichter sind bevorzugt, um Leitungsverluste zu minimieren.
In der Praxis: Leitungen zum Wechselrichter (DC-Leitungen) sind allerdings günstiger, als die Wechselstrom-Leitungen (AC-Leitungen) vom Wechselrichter zum Trafo
Technische Details: meistens ein Querschnitt von 6 mm2, keine Phasen, nur plus und minus
Aufbau der Solarleitungen: pro String (Modul, Kabel, Modul, Kabel, usw.) max 1500 V
3. Wechselrichter
Umwandlung: Wandelt Gleichstrom (DC) aus PV-Modulen in Wechselstrom (AC) mit der Frequenz von 50 Hertz um.
Regeltechnik: Erhält Informationen vom Parkregler in der Übergabestation über Netz-Anforderungen wie Blindleistung, Scheinleistung und den cos(φ), sowie über die erlaubte Einspeise-Kapazität.
Zentraler Bestandteil der Anlage: Der Wechselrichter ist das Herzstück der Photovoltaikanlage, zuständig für die Einhaltung der Netzstandards.
Erste Anlaufstelle bei Fehlern: Bei Problemen in der Anlage wird zuerst der Wechselrichter überprüft, da er eine Schlüsselfunktion in der Energieumwandlung und -regelung innehat.
Spezifikationen: 400 V/ 800 V , je höher die Spannung des Wechselrichters, desto geringer die Querschnitte der Leitungen vom Wechselrichter zum Trafo, kostensparend
4. AC-Leitungen
dreiphasige Leitungen, plus neutral und PE, 5-adrig
Querschnitt kommt auf die Leistung des Wechselrichters und der Leitungslänge an.
5. Transformator-Station (Trafo-Haus)
Kernfunktion: Umwandlung der Spannung
Erstens: im Trafo-Haus pro Wechselrichter 3 Sicherungen (circa 120-160 A), 12 (Anzahl der Wechselrichter) x 3 in Althegnenberg
Zweitens: im Trafo-Haus Schalter, an dem NA-Schutz (Netzanlagenschutz) hängt, der überwacht (Frequenz und Spannung) das Netz auf der Anlage
Drittens: im Trafo-Haus kommt dann der Trafo: Metallkasten, transformiert den Strom von 400 bzw. 800 Volt auf 20 kV (20.000 Volt) bzw. 100 kV (100.000 Volt), macht nur genau das, bildet den Netzmittelpunkt (0-Leiter)
Viertens: im Trafo-Haus Sicherungen (für Trafo) und Schaltanlage (Mittelspannung)
Lage: im Anlagen-Park
Kosten:
6. Mittelspannungsleitungen
drei Phasen in drei Einzel-Adern, jedes Kabel einzeln, da es einen Schutz um jedes Kabel benötigt
gängige Querschnitte: 150 , 240 und 300 mm2
7. Übergabe-Station
Messung und Abrechnung: In der Übergabestation befinden sich die Messgeräte, die die Menge des eingespeisten Stroms genau erfassen. Diese Daten sind grundlegend für die Abrechnung von Einspeisevergütungen.
Schaltanlage: 2 Schalter, 1 Schalter zum Park (Hoheitgebiet Kunde), 1 Schalter zum Netz (Hoheitsgebiet Netzanbieter)
Zwischen den beiden Schaltern befinden sich die Messgeräte
Lage: darf in Bayern maximal 50 Meter, befindet sich nur bei der Anlage, wenn der NVP nah ist
Kosten:
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8. Mittelspannungsleitungen
drei Phasen in drei Einzel-Adern, jedes Kabel einzeln, da es einen Schutz um jedes Kabel benötigt
gängige Querschnitte: 150 , 240 und 300 mm2
9. Einspeisung
Einspeisung in Mittelspannung in das öffentliche Stromnetz
Einspeisung in Hochspannung in das öffentliche Stromnetz: in der Praxis nicht gängig
Selbstverbrauch (mit Generatormessung)
Überschusseinspeisung (ohne Generatormessung)
PPA-Verträge (direkt oder virtuell)