Photovoltaik 1

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Beschreibung

Photovoltaikanlage

Diese Photovoltaikanlage der Marke Eigenbau wurde im Jahr 2006 auf einem Garagendach (siehe Bild 1siehe Bild 1, siehe Bild 2siehe Bild 2) errichtet. Damals war sie eine der ersten Anlagen in Sand in Taufers, aufgrund der Subventionen vom Staat bzw. von der EU folgten anschließend viele weitere. Ende September 2006 begann die Einspeisung ins Verbundnetz.

Da sich die Garagen und ebenso die Photovoltaikanlage nahe am Fluss Ahr (Wildbachverbauung) befinden, waren beim Bau der Garagen sowie bei der Photovoltaikanlage einige Auflagen zu erfüllen, um die Genehmigung zu erhalten. Die Garagen selbst müssen ein Mindestgewicht von ca. 40 Tonnen aushalten, somit kann z. B. bei Hochwasser ein Bagger oder ein Lastwagen sich darauf bewegen. Auch die gesamte Photovoltaikanlage muss fahrbar sein. Sie lässt sich 3 Meter vor- und zurückbewegen, dies brachte auch einen Vorteil im Winter zu Tage.

Es wurde je ein I-Träger auf den drei Fundamenten montiert und darauf die gesamte Anlage platziert. Mit Hilfe von vielen Kugellagern lässt sich somit die Anlage in Bewegung setzen. Im Winter bei viel Schneefall ist dies optimal, denn der Schnee muss vor der Anlage nicht entfernt werden, sondern sie wird stückweise zurückgefahren.

Begonnen wurde mit dem Aushub der Erde für die drei Fundamente (siehe Bild 3siehe Bild 3, siehe Bild 4siehe Bild 4) und gleich darauf wurde auch die Schalung errichtet (siehe Bild 5siehe Bild 5, siehe Bild 6siehe Bild 6). Am nächsten Tag wurden diese dann gegossen (siehe Bild 7siehe Bild 7, siehe Bild 8siehe Bild 8).

Anschließend wurde mit Hilfe des Hydraulikkrans (siehe Bild 9siehe Bild 9) die I-Träger auf die Garagen gehoben und pro Fundament je einer montiert (siehe Bild 10siehe Bild 10). Parallel dazu wurden die tragenden Holzbalken gehobelt (siehe Bild 11siehe Bild 11), zugeschnitten (siehe Bild 12siehe Bild 12) und für die Montage vorbereitet. Natürlich wurden auch diese Holzbalken (siehe Bild 13siehe Bild 13) sowie die benötigten Bretter (siehe Bild 14siehe Bild 14) mit dem Kran hochgehoben.

Sobald das gesamte Material für die Konstruktion aufs Garagendach hochgehoben wurde, wurde damit begonnen mit den Verbindungseisen (siehe Bild 15siehe Bild 15) die Holzträgerbalken miteinander zu verbinden (siehe Bild 16siehe Bild 16). Danach wurden die Holzbalken (siehe Bild 17siehe Bild 17) sowie die Bretter (siehe Bild 18siehe Bild 18), Dachpappe und die Aluminiumprofile (siehe Bild 19siehe Bild 19) montiert. Am nächsten Tag wurden noch die benötigten Photovoltaikmodule hochgehoben (siehe Bild 20siehe Bild 20) und installiert (siehe Bild 21siehe Bild 21).

Nun wurden noch die drei Wechselrichter (siehe Bild 22siehe Bild 22) und die dazugehörigen Schaltschränke (siehe Bild 23siehe Bild 23, siehe Bild 24siehe Bild 24) montiert. Zum Schluss wurden vom örtlichen E-Werk die damals drei benötigten Ferraris-Zähler (siehe Bild 25siehe Bild 25) verkabelt und in Betrieb genommen.

  • Zählwerk 1: Die Produktion der Photovoltaikanlage.
  • Zählwerk 2: Die Einspeisung ins Verbundnetz.
  • Zählwerk 3: Der Ankauf vom Verbundnetz.

Technische Daten

Leistung (Kilowatt Peak) 6,3 kWp
Leistung pro Monat (Rekord) 922 kWh
Leistung pro Jahr (Rekord) 7.071 kWh
Anzahl der Module 33 Stück
Anzahl der Wechselrichter 3 Stück (Drehstrom - Sternschaltung)
Anzahl der Fundamente 3 Stück
Fundament (Maße) L x B x H / 3m x 1m x 0,5m
Fundament (Gewicht) 3,8 Tonnen (Stahlbeton 1m³ ca. 2,5t)

Produktion (jährlich)

Die jährliche Produktion der Photovoltaikanlage.

Produktion (monatlich)

Die monatliche Produktion der Photovoltaikanlage.

Aufteilung (gesamt)

Die gesamte Aufteilung der Produktion, Verkauf und Ankauf.

Version 1

Wie bereits erwähnt kann die gesamte Anlage mit Hilfe von I-Träger Eisen 3 Meter vor- und zurückgefahren werden (siehe Bild 17siehe Bild 17). Bereits mit der Version 1, könnte man den Winkel der Anlage manuell anpassen (siehe Bild 18siehe Bild 18). Die Anlage wurde mit einem Autoheber (siehe Bild 27siehe Bild 27) vorne hochgehoben und die passenden 3 Röhren eingesetzt (siehe Bild 28siehe Bild 28). Es existierten 4 Stück mit unterschiedlicher Länge für die 4 Jahreszeiten. Es stellte sich heraus, dass durch die manuelle Winkeleinstellung die Stromproduktion um einiges stieg und deshalb wurde beschlossen die Version 2 (elektrische Winkeleinstellung mit einem Drehstrommotor und einer Wendeschützschaltung) umzusetzen.

Version 2

Die Photovoltaikanlage (Version 2) ist eines der größten Projekte der Marke Eigenbau im TechnikWiki. Zuerst wurden die 3 tragenden Elemente der bestehenden Konstruktion (Version 1) demontiert (siehe Bild 31siehe Bild 31) und die gesamte Anlage auf Europaletten aufgesetzt (siehe Bild 32siehe Bild 32). Diese konnten aufgrund von Beschädigungen nicht mehr in der Industrie verwendet werden. Natürlich war derzeit die Anlage trotz des Eigengewichtes zusätzlich mit 3 Stahlträgern am Fundament verankert (z. B. Windböen). Die nicht mehr benötigten Paletten wurden anschließend mit der Palettensäge zu Brennholz verarbeitet.

Dadurch konnte in Ruhe die gesamte Anlage um die elektrische Winkeleinstellung erweitert werden. Begonnen wurde mit der Konstruktion des mechanischen Schwenkarms (siehe Bild 33siehe Bild 33, siehe Bild 34siehe Bild 34) für die Sonnennachführung der Anlage. Der Antrieb erfolgt mit einem Drehstrommotor (siehe Bild 35siehe Bild 35) im Sternbetrieb (max. Spannung der Motorwicklungen = 230V!) und einem Schneckengetriebe (siehe Bild 36siehe Bild 36). Das Schneckengetriebe (siehe Bild 37siehe Bild 37) wurde verwendet, damit keine Motorbremse benötigt wird, somit stoppt die Anlage bei einem Stromausfall sofort.

Anschließend wurden die beiden weiteren zwei Schwenkarme (siehe Bild 38siehe Bild 38, siehe Bild 39siehe Bild 39) konstruiert. Diese tragen zusätzlich mit den Hydraulikzylindern zur Sicherheit bei bzw. sie dienen auch als Dämpfer (siehe Bild 42siehe Bild 42). Deshalb sind bei den Hydraulikzylindern der Ausgang sowie der Eingang miteinander verbunden. Auf ein elektrisches Hydraulikventil das nur öffnet, wenn der Motor läuft wurde verzichtet. Der "Flaschenhals" im geschlossenen Hydrauliksystem reicht vollkommen aus. Sollte dennoch das "worst case" Szenario eintreffen, dass das Zahnrad zerbricht oder die Welle am Schneckengetriebe (siehe Bild 43siehe Bild 43), fährt die Anlage wegen den zwei Hydraulikzylindern (siehe Bild 44siehe Bild 44, siehe Bild 45siehe Bild 45) nur langsam zur Ausgangsposition (Nord- bzw. Südseite) zurück. Alle Schwenkarme sind natürlich mit einem dickwandigen Rohr verbunden, somit wird die Kraft gleichmäßig auf die drei Schwenkarme aufgeteilt (siehe Bild 45siehe Bild 45).

Bei der Version 1 wurden noch mindestens zwei Personen benötigt um die gesamte Anlage zu bewegen. Auch dieses Problem wurde gelöst, indem auf dem mittleren Schwenkarm eine Drahtseilwinde (siehe Bild 46siehe Bild 46, siehe Bild 47siehe Bild 47) für drei einzelne Drahtseile zu je 6mm Stärke montiert wurde. Diese Drahtseile können bei den drei I-Trägern vorne (Anlage fährt vor) oder auch hinten (Anlage fährt zurück) angebracht werden. Dadurch kann die Anlage manuell mit der Drahtseilwinde in Bewegung gesetzt (max. 3 Meter vor bzw. 3 Meter zurück). Die Fixierung mit sechs Inbusschrauben der Konstruktion muss natürlich vorher gelöst werden, ansonsten ist das Bewegen nicht möglich.

Zum Schluss wurde noch die benötigte Elektroinstallation durchgeführt. Bei dem Hauptverteiler wurden 2 FI-Schutzschalter eingebaut, somit lässt sich die Steuerung der Anlage (Drehstrom) z. B. im Winter komplett abschalten. Die FI-Schutzschalter haben einen Fehlerstrom von 0,5 Ampere, deshalb können sie in diesem Fall nur als 4 polige Schalter verwendet werden (siehe Bild 48siehe Bild 48)! Nun wurde noch die Wendeschützschaltung (siehe Bild 49siehe Bild 49) verkabelt und in dem Schaltschrank (siehe Bild 50siehe Bild 50) eingebaut.

Version 3

Schulprojekt

Bevor mit dem Schulprojekt begonnen wurde, wurden einige Sicherheitsmaßnahmen getroffen. Der Antrieb also das Schneckengetriebe und der Drehstrommotor wurden ausgetauscht um damit die Geschwindigkeit der Anlage um mehr als die Hälfte zu reduzieren (siehe Bild 51siehe Bild 51). Auch eine sogenannte Schleifkupplung wurde zwischen dem Drehstrommotor und dem Schneckengetriebe eingebaut, damit die Anlage nicht mehr als ca. 150kg Kraft aufwenden kann (siehe Bild 52siehe Bild 52).

Dadurch ist auch ein Programmierfehler nicht tragisch, denn entweder hätte die Schleifkupplung oder der Motorschutz eingegriffen. Somit könnten die Schüler mit dem Projekt bedenkenlos starten. Ihnen wurde bereits ein zweiter Schaltschrank mit der SPS-Steuerung zur Verfügung gestellt (siehe Bild 53siehe Bild 53). Die Schüler konnten komplett in die bereits bestehende manuelle Steuerung eingreifen (siehe Bild 54siehe Bild 54, siehe Bild 55siehe Bild 55).

Zum Schluss war sowieso geplant, die gesamte Elektroinstallation für die Steuerung der Anlage zu erneuern.

  • Schaltschrank mit der SPS-Steuerung in der Garage.
  • Schaltschrank mit der manuellen Bedienung der Photovoltaikanlage auf dem Garagendach.

SPS-Steuerung

Die Schüler konnten nicht permanent an der Photovoltaikanlage arbeiten, deshalb wurde ein Modell (siehe Bild 58siehe Bild 58) konstruiert, um die SPS-Steuerung (siehe Bild 62siehe Bild 62) im Labor der TFO zu programmieren.

Sollte sich die Photovoltaikanlage in 120 Sekunden (SchleifkupplungSchleifkupplung) nicht der Sonne ausrichten können bzw. sie erreicht keinen der beiden Endschalter (siehe Bild 63siehe Bild 63, siehe Bild 64siehe Bild 64) da z. B. eine Leiter vergessen wurde, schaltet sich die SPS-Steuerung automatisch ab. Die Stromproduktion der Anlage wird natürlich nicht unterbrochen.

Die Steuerung erkennt, ob die Anlage optimal ausgerichtet ist dadurch, dass die beiden Lichtsensoren Südseite (siehe Bild 68siehe Bild 68) und Nordseite (siehe Bild 69siehe Bild 69) das gleiche analoge Signal (DC) zurück liefern. Da sich die Anlage nicht permanent bewegen soll wurde eine Hysterese gesetzt. Zusätzlich stellt ein Timer sicher, dass sich die Anlage minimal nur alle 10 Minuten nachjustiert.

Sofern nur der Regensensor anschlägt, kann sich die Anlage nicht mehr nach Norden ausrichten (siehe Bild 65siehe Bild 65). Der Grund dafür ist, dass bei dieser Konstruktion eine Dachpappe anstatt eine Haut verwendet wurde. Da die Dachpappe nur übereinandergelegt ist, kann somit Wasser in die untere Holzkonstruktion eindringen.

Sofern der Lichtsensor 3 die Dunkelheit bestätigt, richtet sich die Anlage nach Süden aus, also bis der Endschalter 1 erreicht wird. Das passiert auch Tagsüber, jedoch nur wenn es ziemlich dunkel bzw. bewölkt ist und der Regensensor (siehe Bild 70siehe Bild 70) anschlägt. Dadurch soll die Steuerung Hagelschlag erkennen.

Mit dem Automatikmodus wird der Ertrag um ca. 25% Netto gesteigert (5% Stromverbrauch der Steuerung und des Motors).

Fotos

Photovoltaikanlage

Version 1

Version 2

Version 3

Schulprojekt

SPS-Steuerung

Konstruktion

Videos

Photovoltaikanlage (Modell)

Photovoltaikanlage (Slideshow - minütlich)

Photovoltaikanlage (SDF - 2015)

Download

Software: easySoft-Pro V6.90

Siehe auch

Informationen

Autor

Artikeldatum

  • Mai, Juni, August 2017

Konstrukteure

Elektriker

SPS-Programmierer

Konstruktionsdatum

Version 1

  • 2006 (manuelle Winkeleinstellung - Autoheber)

Version 2

  • 2008 (elektrische Winkeleinstellung - Wendeschützschaltung)

Version 3

  • 2015 (automatische Winkeleinstellung - SPS Steuerung)

Schulprojekt: Technologische Fachoberschule (Bruneck)

Kommentare

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Mannie

Super Konstruktion und die eingebetteten dynamischen Grafiken finde ich top!!!

Donnerstag am 2. November 2017 um 11:25  

Oswald

Technik Pioniere...

Dienstag am 22. August 2017 um 15:10  

Steffen

Respekt!

Freitag am 11. August 2017 um 17:15