Photovoltaik 1

Beschreibung

Photovoltaikanlage
(6,3 Kilowattpeak)

Diese selbstgebaute Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 6,3 kWp wurde 2006 auf dem Dach einer Garage errichtet. Damals gehörte sie zu den ersten Anlagen in Sand in Taufers (Südtirol). Dank staatlicher und EU-Subventionen folgten in den Jahren danach zahlreiche weitere Installationen. Ende September 2006 begann die Einspeisung der erzeugten Energie ins europäische Verbundsystem (EV).

Da sich die Garage und die Photovoltaikanlage in der Nähe des Flusses Ahr befinden (in einem Wildbachverbauungsgebiet), mussten beim Bau der Garage und der Anlage spezielle Auflagen erfüllt werden, um die Genehmigung zu erhalten. Die Garagen mussten so konstruiert sein, dass sie ein Mindestgewicht von ca. 40 Tonnen tragen können, damit beispielsweise bei Hochwasser Bagger oder Lastwagen darauf fahren können. Auch die Photovoltaikanlage selbst musste mobil sein: Sie kann bis zu drei Meter vor- und zurückbewegt werden, was sich besonders im Winter als vorteilhaft erwies.

Konstruktion

Wechselrichter
(Sternbetrieb)

Die Konstruktion der Anlage basiert auf I-Trägern, die auf drei Fundamenten montiert wurden. Die gesamte Anlage ist auf Kugellagern platziert, wodurch sie beweglich ist. Dies ist im Winter besonders praktisch, da der Schnee nicht vor der Anlage entfernt werden muss. Stattdessen kann sie Stück für Stück zurückgefahren werden, um Schneehaufen zu vermeiden.

Der Bau begann mit dem Aushub der Fundamente, die sofort eingeschalt und am nächsten Tag betoniert wurden. Mithilfe eines Hydraulikkrans wurden die I-Träger auf die Garagen gehoben und auf den Fundamenten montiert. Parallel dazu wurden die tragenden Holzbalken gehobelt, zugeschnitten und für die Montage vorbereitet. Auch diese Balken und die benötigten Bretter wurden mit dem Kran auf das Garagendach gehoben.

Hydraulikkran

Sobald das gesamte Material oben war, wurden die Holzbalken mit Verbindungseisen miteinander verbunden. Danach erfolgte die Montage der Holzbalken, Bretter, Dachpappe und Aluminiumprofile. Am nächsten Tag wurden schließlich die Photovoltaikmodule auf das Dach gehoben und installiert.

Anschließend wurden die drei Wechselrichter und der dazugehörige Schaltschrank installiert. Zum Abschluss verkabelte das örtliche E-Werk die damals benötigten drei Ferraris-Stromzähler und nahm sie in Betrieb. Mittlerweile sind zwei Smartmeter im Einsatz.

Die Zähler wurden wie folgt verwendet:

Zählwerk 1: Erfasst die Produktion der Photovoltaikanlage.
Zählwerk 2: Zeichnet die Einspeisung ins Verbundnetz auf.
Zählwerk 3: Misst den Bezug aus dem Verbundnetz.

Version 1

Wie bereits erwähnt, kann die gesamte Anlage mithilfe von Stahl-I-Trägern um bis zu 3 Meter vor- und zurückgefahren werden. Bereits bei dieser Konstruktion war es möglich, den Winkel der Anlage manuell anzupassen. Dazu wurde die Anlage vorne mit einem Wagenheber angehoben und passende Eisenrohre eingesetzt. Es standen vier Rohre unterschiedlicher Länge zur Verfügung, die je nach Jahreszeit verwendet wurden. Es zeigte sich, dass die manuelle Winkeleinstellung die Stromproduktion erheblich steigerte. Daher wurde entschieden, in Version 2 eine elektrische Winkeleinstellung mit einem Drehstrommotor und einer Wendeschützschaltung umzusetzen.

Fotos

Photovoltaikanlage
Software (2006)
Garagendach
Garagendach
Aushub
Schalung
Fundamente
I-Träger
Hydraulikkran
Hydraulikkran
Holzbalken
Holzbalken
Verbindungseisen
Holzbalken
Winkeleinstellung
Holzträgerbalken
Autoheber (3t)
Eisenrohre
Aufbau
Photovoltaikmodule
Schaltschrank
Ferraris-Stromzähler

Technische Daten

Leistung (Kilowatt Peak)	6,3 kWp
Rekordleistung pro Monat (kWh/kWp)	922 kWh (146 kWh/kWp)
Rekordleistung pro Jahr (kWh/kWp)	7.071 kWh (1.122 kWh/kWp)
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)
Lichtsensoren	B+B Thermo-Technik LIFUE (12V/DC - 24V/DC)
SPS-Steuerung	Moeller easy 820-DC-RC
Software	easySoft-Pro V6.90
Standort	Sand in Taufers (Südtirol / Italien)

Produktionswerte


Monatsaufteilung (2023)


Monatsaufteilung (2024)


Monatsaufteilung (2023)


Monatsaufteilung (2024)

Ohne Speicher


Monatsaufteilung (2021)


Monatsaufteilung (2022)

Mit Speicher


Monatsaufteilung (2023)


Monatsaufteilung (2024)

Version 2

Photovoltaik
(Version 2)

Die Photovoltaikanlage (Version 2) ist eines der größten Projekte der Marke Eigenbau im Technik Wiki. Zuerst wurden die 3 tragenden Elemente der bestehenden Konstruktion (Version 1) demontiert und die gesamte Anlage auf EuropalettenPhotovoltaikanlage (Europaletten) aufgesetzt. 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. 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 SchwenkarmsSchwenkarm (Antrieb) für die Sonnennachführung der Anlage. Der Antrieb erfolgt mit einem Drehstrommotor im Sternbetrieb (max. Spannung der Motorwicklungen = 230V!) und einem SchneckengetriebeSchwenkarm (Schneckengetriebe). Das SchneckengetriebeSchwenkarm (Schneckengetriebe) wurde verwendet, damit keine Motorbremse benötigt wird. Bei einem Stromausfall stoppt die Anlage sofort.

Anschließend wurden die beiden weiteren zwei SchwenkarmeSchwenkarme (Dämpfer) konstruiert. Diese tragen zusätzlich mit den Hydraulikzylindern zur Sicherheit bei bzw. sie dienen auch als DämpferSchwenkarm (Dämpfer). Deshalb sind bei den Hydraulikzylindern der Ausgang sowie der Eingang miteinander verbunden. Auf ein elektrisches Hydraulikventil, dass 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 Schwenkarm (Zahnrad) zerbricht oder die Welle am Schneckengetriebe, fährt die Anlage wegen den zwei HydraulikzylindernSchwenkarme (Hydraulikzylinder) nur langsam zur Ausgangsposition (Nord- bzw. Südseite) zurück. Alle Schwenkarme sind mit einem dickwandigen Rohr verbunden, somit wird die Kraft gleichmäßig auf die drei Schwenkarme aufgeteilt.

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 SchwenkarmSchwenkarm (Drahtseilwinde) eine DrahtseilwindeDrahtseilwinde (3 Drahtseile) 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 vorher gelöst werden, ansonsten ist das Bewegen unmöglich.

Zum Schluss wurde noch die benötigte Elektroinstallation durchgeführt. Bei dem UnterverteilerVerteiler (Drehstrom) wurden 2 RCD-Schutzschalter eingebaut, somit lässt sich die Steuerung der Anlage im Winter komplett abschalten. Die RCD-Schutzschalter haben einen Fehlerstrom von 0,5 Ampere, deshalb können sie in diesem Fall nur als 4 polige Schalter verwendet werden! Nun wurde noch die WendeschützschaltungWendeschützschaltung verkabelt und in dem SchaltschrankSchaltschrank eingebaut.

Version 3

Schulprojekt

Photovoltaik
(Modell)

Bevor mit dem Schulprojekt begonnen wurde, wurden einige Sicherheitsmaßnahmen getroffen. Der Drehstrommotor und das SchneckengetriebeDrehstrommotor mit Schneckengetriebe wurden ausgetauscht, um damit die Geschwindigkeit der Anlage um mehr als die Hälfte zu reduzieren. Auch eine sogenannte SchleifkupplungSchleifkupplung (Eigenbau) wurde eingebaut, damit die Anlage nicht mehr als ca. 150kg Kraft aufwenden kann.

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-SteuerungSchaltschrank (SPS-Steuerung) zur Verfügung gestellt. Die Schüler konnten komplett in die bereits bestehende manuelle SteuerungSteuerung (provisorisch) eingreifen.

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

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

SPS-Steuerung

Schaltschrank
(SPS-Steuerung)

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

Sollte sich die Photovoltaikanlage in 120 Sekunden (Schleifkupplung) nicht der Sonne ausrichten können bzw. sie erreicht keinen der beiden Endschalter (Endschalter-NordseiteEndschalter (Nordseite) oder Endschalter-SüdseiteEndschalter (Südseite)), schaltet sich die SPS-Steuerung automatisch ab. Es könnte passieren, dass eine Leiter vergessen wird. Die Stromproduktion der Anlage wird jedoch nicht unterbrochen.

Die Steuerung erkennt die optimale Ausrichtung dadurch, dass der jeweilige Lichtsensor (SüdseiteBild 68:Lichtsensor (Südseite) und NordseiteBild 69:Lichtsensor (Nordseite)) das gleiche analoge Signal (DC) zurück liefert. Da sich die Anlage nicht permanent bewegen soll wurde eine Hysterese gesetzt und zusätzlich stellt ein Timer sicher, dass eine Nachjustierung nur alle 10 Minuten stattfindet.

Sofern auch der RegensensorRegensensor (Lichtsensor) anschlägt, kann sich die Anlage nicht mehr nach Norden ausrichtenEndschalter (Nordausrichtung). Der Grund dafür ist, dass bei dieser Konstruktion eine Dachpappe anstatt einer Haut verwendet wurde. Da die Dachpappe nur übereinandergelegt ist, kann somit Wasser in die untere Holzkonstruktion eindringen.

Sofern der Lichtsensor (Nummer: 3) die Dunkelheit bestätigt, richtet sich die Anlage nach Süden aus, also bis der Endschalter (Südseite) erreicht wird. Dies kann auch Tagsüber passieren, jedoch nur bei dichter Bewölkung. Dadurch erkennt die Steuerung eine Schlechtwetterfront oder auch Hagelschlag.

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

Version 4

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Am 12.12.2022 begann die Inbetriebnahme des neuen Speichers (22,8 kWh) und Wechselrichters.

Wechselrichter

Fronius Symo GEN24 Plus (10 kW)

Speicher (22,8 kWh)

BYD B-Box Premium HVM 22.1 Batteriespeicher 22,8 kWh

Modell	Battery-Box Premium HVM 22.1
Batteriemodul	HVM (2,76 kWh / 51,2 V / 38 kg)
Anzahl Batteriemodule	8
Nutzbare Kapazität	22,08 kWh
Max. Ausgangsstrom	40 A
Peak Ausgangsstrom	75 A, 3 s
Nennspannung	409 V
Spannungsbereich	320~460 V
Abmessungen (H/W/T)	2160 x 585 x 298 mm
Gewicht	319 kg
Umgebungstemperatur	-10 °C bis +50°C
Zelltechnologie	Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie (Kobaltfrei)
Schnittstellen	CAN/RS485
IP Schutzart	IP55
Batteriewirkungsgrad	≥96%
Zertifizierung	VDE2510-50 / IEC62619 / CEC / CE / UN38.3
Anwendung	ON Grid / ON Grid + Backup / OFF Grid
Garantielaufzeit	10 Jahre

Fotos

Solarweb
(Screenshot)
Demontage
(Wechselrichter)
Motage
(Speicher)
Motage
(Wechselrichter)
Speicher
Wechselrichter
Smartmeter
(Provisorium)
String 1 - 3
Verteiler
Fronius GEN24 Plus
(Wechselrichter)
Battery-Box HVM
(Spreicher)
Wechselrichter
(String 1 - 3)

Fazit

Die Anlage wurde bisher noch nie von einer Fachfirma professionell gereinigt. Seit Inbetriebnahme im September 2006 ist sie im Einsatz, und dennoch konnte am 25. Juli 2018 ein neuer Rekord von 40,2 kWh aufgestellt werden. Von Alterungserscheinungen oder Leistungsverlusten ist bisher keine Spur zu erkennen. Zudem zeichnet sich eine Photovoltaikanlage im Vergleich zu anderen Kraftwerken durch die deutlich geringeren Wartungskosten aus.