Um ein Solardach planen zu können, sollte man sich über folgende Dinge Gedanken machen. Solardächer können an unterschiedlichsten Stellen sinnvoll sein. Laubengänge und überdachte Verbindungsgänge zwischen Gebäuden bieten unter Umständen, Gelegenheit Solarstrom zu erzeugen. Prädestiniert sind auch Parkplätze öder wie in diesem Fall ein Fahrrad Abstellplatz.
1 Aufgabenstellung
Es soll ein transparentes Solardach über den Fahrradabstellplatz eines Schulensembels gebaut werden.
Nachdem mehrere Varianten für die Solarüberdachung gerechnet und verglichen wurden, hat man sich für die optimale Variante in Bezug auf Ertrag und Wartungsfreundlichkeit für das PV-Dach entschieden. Nun gilt es eine baubare Lösung mit auf dem Markt verfügbaren Modulen zu entwickeln. Neben dem elektrischen Anschluss dieser großen PV-Anlage müssen auch die Entwässerung und der Blitzschutz betrachtet werden. Da sich das Solardach im öffentlichen Raum befindet wird zum Schutz der Technik ein kleines Gebäude für die wertvollen Elektrogeräte geplant.
- Inhaltsverzeichnis
6.1 Variante 1 PV in Ost-West-Ausrichtung 2 Module übereinander. 1
6.2 Variante 2 Ost-West ausgerichtete Module 30° 1
6.3 Variante 3 Sägedach PV Pultdächer. 1
6.4 Variante 4 Pultdach fein gerippt 1
9 Wirtschaftlichkeitsvorbetrachtung von großen PV-Anlagen an Schulen.. 1
10 Entwurfsplanung Elektro.. 1
10.1 Indachsolar mit Modulen längs der Dachneigung, Vertikal 1
10.2 Indachsolar mit Modulen Quer zur Dachneigung, Horizontal 1
10.4 Einteilung von Photovoltaik. 1
10.5.1 Schutzeinrichtungen.. 1
10.5.2 Ausstattung / Funktion / Zubehör 1
10.5.3 System Manager-Funktion.. 1
10.6 Strangplanung / Stringplanung.. 1
12 Nutzungskonzept für Solarstrom… 1
14 Maximale Leistung Eigenverbrauch.. 1
15 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von großen PV-Anlagen an Schulen.. 1
15.1 Eigenverbrauchsprognose. 1
17 Kosten für Solardächer mit transparenten PV-Modulen.. 1
4 Einleitung
Das Schulareal der Stadt besteht aus 2 Schulgebäuden, Alt- und Neubau der Schule, aus einer Turnhalle und aus Außensportanlagen.
5 Aufgabenstellung 1
Ziel dieser Gegenüberstellung verschiedenster PV-Überdachungen ist es, den Ertrag und die Eigennutzung von PV-Strom zu optimieren. Folgende Varianten für verschiedene Ausrichtungen und Neigungen von Photovoltaikmodulen wurden verglichen.
6 Randbedingungen
Der Eigenverbrauchte Strom wird mit einem Wert von 40 Cent je Kilowattstunde angenommen. Die Einspeisevergütung wird mit 10 Cent je kWh angenommen.
6.1 Variante 1 PV in Ost-West-Ausrichtung 2 Module übereinander
Abbildung 5 Solardach in Ost/Westausrichtung aus zusammengesetzten Satteldächern 15° geneigt
6.2 Variante 2 Ost-West ausgerichtete Module 30°
Abbildung 6 Solardach in Ost/Westausrichtung aus zusammengesetzten Satteldächern 30° geneigt
6.3 Variante 3 Sägedach PV Pultdächer
Abbildung 7 6m 15° geneigte PV Module in Südausrichtung mit mäßigen Pultabstand
6.4 Variante 4 Pultdach fein gerippt
Abbildung 8 15° geneigtes Solardach Süd mit zwei Modulen in einer Reihe
6.5 Variante 5
Abbildung 9 PV Energieerzeugung bei 15° geneigtem Sägedach mit Südausrichtung
6.6 Variante 6
Abbildung 10 15° Sudausgerichtetes Solar Scheddach oder Sägedach
6.7 Variante 7
Dachneigung 5% oder 2,862 °
Abbildung 11 Flachgeneigtes Pultdach als Solarüberdachung
6.8 Variante 8
Diese Variante stellt das Optimum dar. Der Maximale Sonnenstromertrag wird an der Ostsee mit 40 ° Dachneigung und 2 ° Abweichung zu Süd erreicht. Die Werte sind ohne eigen Verschattung und Bäume.
Abbildung 12 Unverschattete Solaranlage mit optimierter Neigung und Azimut Winkel für die Ostsee
6.9 Variante 9
Wenn mehrere Photovoltaik Recks hintereinander aufgebaut werden verschatten sie sich in den Morgenstunden. Wie groß muss der Abstand zwischen Photovoltaikmodulen sein, damit die vordere südlichere Modulreihe die dahinterliegenden Solarmodule nicht verschattet. Es ist interessant zu sehen das bei 6 m Photovoltaik Paneelen und 6 m Abstand zwischen den Modulen bei 30° Neigung ein Leistungsverlust zwischen den Modulreihen zu verzeichnen ist.
Abbildung 13 30° geneigte 6m lange Solarfelder mit ca. 6m Abstand zueinander
Wird das Solardach für den Fahrradparkplatz gestuft entfällt die Verschattung der modulreihen und 2000 kWh mehr können bei gleicher Fläche Sonnenstrom im Jahr geerntet werden.
Abbildung 14 gestuftes Solardach ohne gegenseitige Verschattung der Module
Abbildung 15 Schnitt gestaffeltes Solardach
7 Auswertung
Vergleichen wir die Varianten, kommen wir auf folgende Ergebnisse ungeachtet der Modulfläche.
| Varian-ten | Ausrichtung Dachneigung | kWh/jahr | Fläche/Kosten [m²] | effizienz [kWh/m²] | kWp | Module Stk |
| 1 | Ost/West 15° | 79686 | 580 | 137 | 80,91 | 497 |
| 2 | Ost/West 30° | 82379 | 647 | 127 | 90,2565 | 555 |
| 3 | Süd 15° | 84779 | 522 | 162 | 72,819 | 447 |
| 4 | Süd 15° | 85701 | 640 | 133 | 89,28 | 549 |
| 5 | Süd 15° | 95814 | 614 | 156 | 85,653 | 526 |
| 6 | Süd 15° | 94076 | 614 | 153 | 85,653 | 526 |
| 7 | Süd 2,1° | 81845 | 561 | 145 | 78,2595 | 481 |
| 8 | Süd 40° theo | 106940 | 522 | 204 | 72,819 | 447 |
| 9 | Süd 30° | 69912 | 388 | 180 | 54,126 | 333 |
7.1 Orientierung
In folgender Grafik ist die Verschattung durch die Bäume im Westen nicht enthalten.
Orientierung. Die Grafik zeit die Solarstrahlung je nach Solarausrichtung.
Abbildung 16 Solarstrahlung Ost- West-Ausrichtung und Südausrichtung über den Tagesverlauf
Betrachtet wird ein Sonniger Märztag bei 15° Dachneigung.
7.2 Empfehlung
Es wird eine Südausrichtung empfohlen. Je größer die Dachfläche, desto weniger eigen Verschattung. Je höher das Dach, desto weniger Verschattung durch die Bäume am Nachmittag. Variante 3 hat die größte Effizienz. Die Turnhalle verschattet die Module nach jetziger Erkenntnis kaum. Variante 2 ist die beste Variante für die Ost West Ausrichtung. Die Kosten könnten durch eine Blindreihe ohne aktive Photozellen im Modul, zu den Bäumen verringert werden. Variante 3 mit Südausrichtung bietet den besten Ertrag bei geringen Kosten und ist daher die beste Variante.
Variante 9 stellt einen zu diskutierenden Vorschlag dar. Variante 9 ist aus technischer Sicht die beste Variante. Sollte 8 m Firsthöhe statisch keinen Sinn machen kann die Dachneigung verringert werden. Variante 9 besteht aus weniger PV Modulen mit einer Spitzenleistung von ca. 55 kWpeak. Die Spitzenlast kann durch den Wechselrichter auf 45 kW gedrosselt werden. Variante 9 kann sowohl an einen neuen Verknüpfungspunkt oder an den Altbau der Schule angeschlossen werden.
Eine geringe Dachneigung erhöht die Lastspitze im Sommerzenit und reduziert den Ertrag im Winter. Außerdem entfällt der selbst-reinigungs-Effekt durch natürliche Niederschläge, wodurch flache PV-Anlagen häufiger gereinigt werden müssen.
Steile Dachflächen oder gar Fassaden Pv gelten deshalb als Winter optimiert.
Diese Aussagen treffen nur auf PV anlagen ohne Speicher zu. Anlagen mit Energiespeichern sollten Ertrags- und nicht Lastspitzen optimiert sein. Es gilt ein gutes Konzept des Eigenverbrauchs zu erstellen, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern.
Maßgeblich über allem gelten auch die Gestalterischen und kostentechnischen Punkte der Architektur und Statik.
8 Randbedingungen
Die Photovoltaikanlage wird eine Gesamtspitzenleistung von 100 kW Peak nicht überschreiten.
Der nächstgelegene Neuanschluss kann nur ca. 55 kWpeak aufnehmen.
Wird das Solardach dort angeschlossen amortisieren sich die PV-Module finanziell nicht. Wie aus dem Kapitel Energieverbräuche hervorgeht, könnte eine Eigennutzung der Photovoltaik Anlage ca. 27.000 € den Bürgern einsparen.
9 Wirtschaftlichkeits-
Vorbetrachtung von großen PV-Anlagen an Schulen
Anbinde Leitungen von PV-Anlagen über Parkplätzen oder Radabstellplätzen bringen kosten mit sich. Wird der erneuerbare Strom vor dem Hausanschlusszähler angeschlossen, kann der Sonnenstrom verbraucht werden, ohne dass der Zähler sich dreht. Die Eigennutzung von PV-Strom stellt den größtmöglichen Gewinn für Immobilienbesitzer und Netzbetreiber dar.
Die Wertschöpfungsketten und Übertragungsverluste sind kurz.
| Stromproduktion Variante 9 kWh | Stromverbrauch kWh | Stromkosten | Einspeisevergütung |
| 69912 | 29.941,02 | 11.976,41 € | 3.997,10 € |
Würden 45 kW PV in den Altbau der Schule angeschlossen, entstünde eine Einsparung von ca. 10.000 € durch Eigenverbrauch und 4.000 € Einspeisevergütung.
Die Anschlussleitung wäre ca. 130 m lang. Es entstünden bei 50 €/m³ Erdarbeiten und 50 €/m Kabel von schätzungsweisen Mehrkosten unter 10.000 € zuzüglich der eventuellen Pflasterarbeiten.
Die Erdarbeiten würden sich vor Ablauf des ersten Betriebsjahres der Photovoltaik-Anlagen rechnen.
Als Direkteinspeisung wird die gleiche PV-Anlage ca. 6.500 € Einspeisevergütung bekommen, bis die Einspeisevergütung ausläuft. Die Einspeisevergütung sink jedes Jahr und läuft nach 20 Jahren aus.
Im Vergleich entstehen bei dem Eigenverbrauch 152.000 € mehr Gewinn als bei der Einspeisung. Dafür könnten nach 20 Jahren für 100.000 € neue PV-Module gekauft werden. Außerdem können die kosten für das PV-Recycling bezahlt werden.
10 Entwurfsplanung Elektro
Die 15 Grad geneigten Dächer werden hintereinander gereiht. Die Dachneigung sorgt für eine Selbstreinigung der Solarmodule. Es wird trotzdem empfohlen die Solarmodule jährlich zu reinigen.
Zwar verschattet bei einem sog. Sägedach, der vorhergehende First die unteren Reihen des folgenden Pultdaches, jedoch bilden die unterste Paneelreihe ohne aktive Photovoltaik-Zellen einen Spielraum für die unterschiedlichen PV-Modulmaße auf dem Markt. Somit können die Arbeiten produktneutral ausgeschrieben werden.
Abbildung 6 Schnitte des Solar-Bikeport (in Anlehnung an Solar-Carport)
Abbildung 7 Visualisierung © Christine Mussmann
10.1 Indachsolar mit Modulen längs der Dachneigung, Vertikal
Klassischerweise werden Indach Solaranlagen längs der Dachneigung verlegt. Schaut man sich die Beipass Dioden von Solarmodulen an und bedenkt eine waagerechte Verschattung, ist zu überlegen ob die Module quer also horizontal verbaut werden.
10.2 Indachsolar mit Modulen Quer zur Dachneigung, Horizontal
| Verschattung der Zellstrings |
Während bei dem vertikal eingebauten Modul links, die Abschattung aller Zellstrings gleichsam schwächt, würden bei dem vertikal verbauten Modul mehr Leistung umgewandelt werden.
Nach Rücksprache mit der lmpegs Innovativer Glasbau und Solarsysteme e.K, die Jahrzehnte Erfahrung mit Indachsolaranlagen sammeln konnte wurde von der Vertikalen Einbauvariante abgeraten. Dreckansammlungen am langen Modulrand könnten zu langjährigen Ertragseinbußen führen. (Ertragseinbußen durch Verschmutzung)
Abbildung 8 Verschattung der Zellstrings, wenn die PV-Module Vertikal- (links) oder Horizontal eingebaut werden
Die erste Reihe Solarmodule wird wegen der Eigenverschattung in jedem Fall mit Blindmodulen oder Leerteilen ausgefüllt werden.
Abbildung 9 Solarsägedach mit einer freien Photovoltaik Modulreihe
Rund 80 m² weniger Photovoltaik, verringern die kosten. Es bleibt die unvermeidliche Verschattung durch die Bäume. Die Energieerträge entstehen durch die Annahme von 80% Flächenbelegung durch aktive PV-Wafern und einem Wirkungsgrad von 16%.
10.3 Wahl der PV-Module
Es wird empfohlen möglichst lokale Photovoltaik Modul Hersteller zu wählen. CS Wismar unweit des Bauorts hat uns hervorragend beraten und ist preislich konkurrenzfähig.
Transparente Photovoltaikmodule für Carports benötigen eine Überkopf Zulassung, damit sichergestellt wird, dass darunter laufende Personen nicht von dem Glas gefährdet werden.
Auf der Fläche des Solardachs wäre Platz für mehr als 100 kW peak PV. Es kommt hier also nicht auf die Spitzenleistung der Module an. Es ist möglich weniger Zellen in ein Modul einzulassen um
- Mehr Licht durch die transparenten Module in das darunter liegende Bauwerk kommen zu lassen
- Geringer Leistungsspitzen auf großen Flächen zu erreichen.
| Transparenz und Leistung von lichtdurchlässigen Photovoltaikmodulen Doppelglas-Modul 2x3mm, rahmenlos, Floatglas, Stecksystem MC4, Zugelassen für Überkopfmontage(nach DIBT) | |||||
| Zelle | Wp | Rückseite | Abmessungen mm | Art.-Nr. | |
| Excellent Glass/Glass 325M60 balance DIBT | mono | 325 | Transparent 10% | 1.693 x 993 x 7.5 | EGF060D325E00T5D |
| Excellent Glass/Glass 290M54 brilliant DIBT | mono | 290 | Transparent 19% | 1.693 x 993 x 7.5 | EGF054D290E00T5D |
| Excellent Glass/Glass 260M48 brilliant DIBT | mono | 260 | Transparent 27% | 1.693 x 993 x 7.5 | EGF048D260E00T5D |
| Excellent Glass/Glass 170M32 brilliant DIBT | mono | 170 | Transparent 51% | 1.693 x 993 x 7.5 | EGF032D170E00T5D |
Im Bezug auf den Randabstand der Zellen zum Glasrand und Ertragseinbußen durch Verschmutzung wurden stichprobenartig zwei Modultypen verglichen.
| Abbildung 10 PV Glas/Glas Module mit unterschiedlicher Transparenz (10% transparenz linkt, 27% recht) |
Es zeigt sich, dass die Randabstände unterschiedlicher Tranzparenzgräder konstant ist. Somit löst sich die Ertragseinbußen durch Verschmutzung am Rand Thematik nicht.
Selbst wenn entsprechend der Abdichtungstechnik von Wasserführenden Solaranlagen eine Horizontale einbauart nichts im Wege steht wird eine Vertikale einbauweise empfohlen.
Abbildung 11 Solarkraftwerk mit horizontal verbauten Modulreihen
Tatsächlich gibt es Solarkraftwerke, die sich für eine Horizontale Ausrichtung der Module entschieden haben. Es ist also möglich, wenn es gewünscht wird. Es handelt sich auf dem Foto um eine nicht wasserführende PV-Freiflächenanlage. Die Abdichtungstechnik ist der entscheidende Unterschied.
Es werden monokristalline Module ähnlicher derer von CS Wismar mit maximal 325 W je Modul gewählt.
| Breite | [mm]: | 993 |
| Höhe | [mm]: | 1693 |
| Dicke | [mm]: | 35 |
| Rahmung: | ||
| Gewicht | (kg) | 20 |
| Leistung | [Watt]: | 325 |
| Zelltyp: | Monokristalline | |
| Temperaturkoeffizient | [%/°C]: | -0,39 |
| Wirkungsgrad | STC: | 0,193 |
| Ausgangsstrom MPP | [A]: | 9,6 |
| Ausgangsspannung MPP | [V]: | 33,85 |
| Kurzschlussstrom | [A]: | 10,31 |
| Leerlaufspannung | (V): | 40,41 |
| Temperaturkoeffizient | [%/K]: | 0,04 |
| Temperaturkoeffizient | [%/K]: | -0,28 |
| Max. | EU: | 1000 |
| Maximaler | [A] | 15 |
10.4 Einteilung von Photovoltaik
Die wenigsten Dächer richten sich nach den PV-Modul Maßen. Daher ist eine Einteilung der Module notwendig.
Wieviel Abstand muss zwischen den Modulen verbleiben, um diese zu befestigen, Platz zur temperaturbedingten Ausdehnung zu bieten und die Regensicherheit herzustellen.
Abbildung 12 Detail der Verlegeabstände von Photovoltaik Modulen
8,5 mm Abstand je Modul oder 17 mm zwischen zwei Solarmodulen insgesamt sollten mindestens Platz gelassen werden. Auf der langen Seite des Moduls sind es 19 mm Abstand.
Bei einer Breite des Solardaches von 32 m können demensprechend 31 Module in eine Reihe passen.
10.5 Wechselrichter
Es werden beispielhaft vier SMA-Wechselrichter mit max. 37 kW Peak herangezogen.
| Technische Daten | Sunny Tripower X 25 |
| Eingang (DC) | |
| Max. PV-Generatorleistung | 37500 Wp STC |
| Max. Eingangsspannung | 1000 V |
| MPP-Spannungsbereich | 430 V bis 800 V |
| Bemessungseingangsspannung | 580 V |
| Min. Eingangsspannung / Start-Eingangsspannung | 150 V / 188 V |
| Max. nutzbarer Eingangsstrom pro MPP-Tracker | 24 A |
| Max. Kurzschlussstrom pro MPP-Tracker | 37,5 A |
| Anzahl der unabhängigen MPP-Tracker / Strings pro MPP-Tracker | 3 / 2 |
| Ausgang (AC) | |
| Bemessungsleistung (bei 230 V, 50 Hz) | 25000 W |
| Bemessungsscheinleistung / Max. Scheinleistung | 25000 VA/25000 VA |
| AC-Nennspannung | 220 V / 380 V; 230 V / 400 V; 240 V / 415 V |
| Spannungsbereich | 176 V bis 275 V / 304 V bis 477 V |
| Netzfrequenz / Bereich | 50 Hz / 44 Hz bis 56 Hz 60 Hz / 54 Hz bis 66 Hz |
| Bemessungsnetzfrequenz / Bemessungsnetzspannung | 50 Hz / 230 V |
| Bemessungsausgangsstrom / Max. Ausgangsstrom | 36,2 A / 36,6 A |
| Einspeisephasen / AC-Anschluss | 3 / 3-(N)-PE |
| Leistungsfaktor bei Bemessungsleistung / Verschiebungsfaktor einstellbar | 1 / 0,0 übererregt bis 0,0 untererregt |
| Harmonische (THD) | < 3 % |
| Wirkungsgrad | |
| Max. Wirkungsgrad / Europ. Wirkungsgrad | 98,2 % / 98,0 % |
10.5.1 Schutzeinrichtungen
| Eingangsseitige Freischaltstelle | ● |
| Erdschlussüberwachung / Netzüberwachung | ● / ● |
| DC-Verpolungsschutz / AC-Kurzschlussfestigkeit | ● / ● |
| Allstromsensitive Fehlerstromüberwachungseinrichtung | ● |
| Schutzklasse (nach IEC 62109-1) / Überspannungskategorie (nach IEC 62109-1) | I / AC: III; DC: II |
| Lichtbogenschutzfunktion (AFCI) / I-V Generatordiagnose | ● / ●1) |
| DC-Überspannungsableiter (Typ 2, Type 1/2) | ○ |
| Allgemeine Daten | |
| Maße (B / H / T) | 728 mm / 762 mm / 266 mm (28,7 in / 30,0 in / 10,5 in) 35 kg (77 lb) |
| Gewicht | |
| Betriebstemperaturbereich | −25 °C bis +60 °C (−13 °F bis +140 °F) |
| Geräuschemission, maximal (1m) | 59 dB(A) |
| Eigenverbrauch (Nacht) | < 5 W |
| Topologie / Kühlprinzip | keine galvanische Trennung / OptiCool |
| Schutzart (nach IEC 60529) / Klimakategorie (nach IEC 60721-3-4) | IP65 / 4K26 |
| Zulässiger Maximalwert für die relative Feuchte (nicht kondensierend) | 100 % |
10.5.2 Ausstattung / Funktion / Zubehör
| DC-Anschluss / AC-Anschluss | SUNCLIX / Federzugklemme |
| LED-Anzeige (Status / Fehler / Kommunikation) | ● |
| Schnittstelle: Ethernet / lokales WLAN / RS485 (client) | ● (2 Ports) / ● / ○1) |
| Datenprotokolle: SMA Modbus / SunSpec Modbus / Speedwire | ● / ●1) / ● |
| Multifunktionsrelais / Steckplatz für Erweiterungsmodul | ● / ● (1 Port) |
| Anzahl digitaler Eingänge | 6 |
| Montageart | Wandmontage |
| SMA ShadeFix / Integrated Plant Control / Q on Demand 24/7 | ● / ● / ● |
| Off-Grid-fähig | ● |
| Garantie: 5 / 10 / 15 / 20 Jahre | ● / ○ / ○ / ○ |
| Zertifikate und Zulassungen (weitere auf Anfrage) | CE, UKCA; EN 50549-1/-2:2018; VDE-AR-N 4105:2018 incl. PAV,E; VDE-AR-N 4110:2018; TOR Erzeuger Typ A:2019-12; C10/C11:2019 & V1:2020 LV&MV; VDE 0126-1-1:2013/ A1:2012; VFR 2019; CEI 0-16/0-21:2019 & V1:2020; UNE 217002:2020; TED/749/2020 inkl. NTS2.1; EREC G99/1-8:2021 Type A; EIFS 2018:2; PSE 2018; NRS 097-2-1:2017; NBR 16149:2013; IEC62109-1/-2; AS4777.2:20201); IEC 617271); IEC621161) |
10.5.3 System Manager-Funktion
| Gesamtzahl der unterstützten Geräte – davon: | 6 | |||
| Maximale Anzahl unterstützter SMA Wechselrichter | 5 | |||
| Maximale Anzahl unterstützter Energiezähler | 1 | |||
| Maximale Anlagenleistung PV-Wechselrichter (AC-Nennleistung) | 135 kVA | |||
| Zentrale Inbetriebnahme aller Geräte im System | ● | |||
| Fernparametrierung von SMA Geräten mit Sunny Portal powered by ennexOS | ● | |||
| Direktvertrieb über SMA SPOT (Deutschland) | ● | |||
| SMA Dynamic Power Control (z.B. Zero Feed in / Q(U)) | ○2) | |||
| Typenbezeichnung | STP 25-50 |
● Serienausstattung ○ Optional — Nicht verfügbar “STC”- Standard-Testbedingungen Angaben bei Nennbedingungen Stand: 02/2023 1) demnächst 2) derzeit kostenfreie Lizenz
10.6 Strangplanung / Stringplanung
Wie viele Module in Reihe geschaltet werden können hängt vom Wechselrichter ab. Bei einer max. Modulspannung von ca. 40 V dürfen die 1000 V Maximalspannung des Systems nicht überschritten werden. Die Leistung der Module bei kälteren Temperaturen, wie den 20 ° Testbedingungen ist höher. Daher sollte eine Reserve gelassen werden. Die Anlage erreicht bei 18 Modulen in Reihe maximal 720 V. Die Wechselrichter können diese Spannung problemlos verarbeiten.
Abbildung 13 Wechselrichter Eingänge für 4 Reihen PV; 30 Stk. pro Reihe
Abbildung 14 Wechselrichter Eingänge für 3 Reihen, 30 Stk. pro Reihe
10.7 Stromanschluss
Es wurde ein neuer Stromanschluss für die PV Anlage beantragt. Der neue Stromanschluss wird in einen Anschlussraum geführt, ähnlich einer „Fertiggarage“ auf dem Parkplatz.
10.8 Internet
Für das Datenmanagement und die Fernwartung brauchen die Wechselrichter Wlan bzw. Internet.
Der Bauherr wünscht einen eigenen Telefonanschluss mit dem Stromanschluss zu verlegen.
10.9 Technikraum
Der Technikraum sollte mindestens 3,5 m lang und 2 m breit sein. Der Technikraum bietet Platz für die Hausanschlusskästen und die Wechselrichter. Ein Batteriebetriebener Rauchmelder dient dem Brandschutz. Der Solarstrom wird in einer 10 mm² gleichstromleitung im Erdreich bis zum Technikraum geführt, wo er von den Wechselrichtern in Wechselstrom umgewandelt wird.
| 125 kW Anschluss |
| Internetzugang |
| Technikraum Draufsicht |
Abbildung 15 Wandansichten des Technikraums für die Photovoltaikeinspeisung und Eigenverbrauch
10.10 Blitzschutz
Abbildung 16 Blitzschutz Solar im öffentlichen Raum
Wie in Abbildung 6 Schnitte des Solar-Bikeport (in Anlehnung an Solar-Carport) dargestellt müssen auf den Dach Fangstangen angebracht werden. 4 Stück je Dachfirst mit 1 m Höhe sollten das Dach vor Blitzschlag schützen.
In den Fundamenten der Stahlkonstruktion sind die Erdungspunkte anzulegen.
11 Entwurfsplanung Sanitär
Ohne das Solardach wird der Parkplatz über Gullys entwässert. Das Pflaster versickert einen Teil des Wassers durch die Fugen. Wenn die Fläche überdacht wird, steigt die zu Entwässernde Wassermenge und eine entsprechende Leitung ist dementsprechend anzuschließen.
Abbildung 17 Sanitärplanung für eine Solare Parkplatzüberdachung
In Schwarz sind die Bestehenden Gullys quantitativ nach Handzeichnungen der Stadt dargestellt.
Die Straßenleuchten müssen rückgebaut werden. Die Anbindeleitung für die Dachflächen muss am Ende ein Durchmesser von DN 250 aufweisen. Jede Dachfläche bekommt 2 100er Fallrohre.
Abbildung 18Regenwasserberechnung
12 Nutzungskonzept für Solarstrom
Ist das Netz überlastet, schaltet der Wechselrichter ab und jeglicher nicht selbst genutzter Strom wird nicht umgewandelt. Zudem sorgt die Diskrepanz zwischen Einspeisevergütung oder Marktpreis für Solarstrom für einen Wirtschaftlichen Nachteil für jede Kilowattstunde, die nicht selbst verbraucht wird.
Daher empfehlen wir zweierlei Maßnahmen.
- Anschluss der Photovoltaikanlage an den Hausanschluss der alten Schule
- Und einen Heizstab für die Sporthalle.
Abbildung 19 Pufferspeicher der Sporthalle mit Duschen, Ergänzung eines Heizstabes möglich
13 Energieverbrauch
Der Altbau hat einen Stromverbrauch von 29.941,020 kWh pro Jahr.
Teilen wir den Stromverbrauch der Altbau Schule durch 365 Tage kommen wir auf einen ungefähren täglichen Bedarf von 82 kWh. Das entspricht 2 Sonnenstunden einer 45 kWpeak PV-Anlage.
14 Maximale Leistung Eigenverbrauch
| I | U | Reserve | Watt |
| 100 | 230 | 0,9 | 35853,4517 |
| 68 | 230 | 0,9 | 24380,3472 |
𝑃 = 𝐼 ∗ √3 ∗ 𝑈 ∗ 0,9
Die Eigenverbrauchsleistung muss dementsprechend auf obenstehende Leistung begrenzt werden.
Abbildung 20 Hausanschluss Schule 3* 100 Ampere
Abbildung 21 Hausanschluss Turnhalle 3*63 Ampere
Abbildung 22 Lastprofil Schule mit Turnhalle
Abbildung 23 Lastprofil Schule ohne Turnhalle
Es wäre sinnvoll die Turnhalle mit in die Eigennutzung des Solarstroms einzubinden, um den Eigenverbrauch zu optimieren.
15 Wirtschaftlichkeits-
berechnung von großen PV-Anlagen an Schulen
Da die südausgerichtete Variante 3 im Vergleich zu den Ost West ausgerichteten Solardächern als die beste Variante hervorgeht, wird in folgendem Abschnitt nur die Version 3 betrachtet.
15.1 Eigenverbrauchsprognose
Ohne Batteriespeicher treffen Strombedarf und Produktion selten aufeinander.
Abbildung 24 ca. 40% des PV-könnte in der Altbau Schule genutzt werden. Im Sommer werden bis zu 150 kWh pro Verbauter Kilowatt Peak PV und Monat verschwendet. 150 kWh/(kWp*m) Überschussstrom Südausrichtung 15° geneigt.
Ein weiterer Anteil des Sonnenstroms kann über den Heizstab an das Duschwasser der Sporthalle abgegeben werden. Dieser Verbraucher lässt sich vom Wechselrichter intelligent ansteuern. Der Heizstab lässt sich problemlos in den Pufferspeicher einschrauben und kostet ca. 2000 €. Es entsteht jedoch eine Einsparung bei dem Gasverbrauch der Turnhalle. In den Sommerferien wird nur sehr wenig Solarstrom in der Schule genutzt. Oft wird der Wechselrichter die Einspeisung abschalten müssen, wenn das Netz gesättigt ist. Der Heizstab könnte wenigstens einen kleinen Teil in nutzbare Energie umwandeln.
Wird der erneuerbare Strom vor dem Hausanschlusszähler angeschlossen, kann der Sonnenstrom verbraucht werden, ohne dass der Zähler sich dreht.
| Eigenverbrauch |
Abbildung 25 Schema PV-Anlage
Abbildung 26 Detail Eigenverbrauchsanschluss der PV-Anlage
Die Eigennutzung von PV-Strom stellt den größtmöglichen Gewinn für Immobilienbesitzer und Netzbetreiber dar. Die Wertschöpfungsketten und Übertragungsverluste sind kurz. Die Amortisationsdauer für die Photovoltaikanlage wäre dann unter 10 Jahren.
| Ohne Batterie | Anteil | Geldwert C/kWh | Gewinn | |
| Netzeinspeisung | 51490 | 61% | 10 | 5.148,99 € |
| Eigenverbrauch | 33269 | 39% | 40 | 13.307,70 € |
| 84759 |
16 Schnelle CO2 Bilanz
| PV-Ertrag | 84779 | kWh/a |
| CO2 äquivalent PV | 50 | g/kWh |
| CO2 äquivalent Strommix | 366 | g/kWh |
| t CO2 Einsparung in 20 Jahren | 536 | t CO2 |
| 9.795.307 | km Zugfahrt | |
| Erdumrundungen Zug | 245 | Stk |
| Flugzeug | 0,113 | kg/(km*P) |
| 4741622 | km Flug | |
| Erdumrundungen Flug | 119 | Stk |
Der selbst verbrauchte Solarstrom würde in 20 Jahren einer CO2 Einsparung von über 100 Erdumrundungen für 1 Passagier mit dem Flugzeug bedeuten.
17 Kosten für Solardächer mit transparenten PV-Modulen
Hier haben wir die Kosten für Solardächer mal ausgerechnet und Schätzkosten für ähnliche PV Projekte ermittelt.
| Kostenberechnung LP 3 | ||||||
| KG | Bezeichnung | Schätzkosten in € netto | 19,0 % MwSt. | Schätzkosten in € brutto | ||
| KG200 | Herrichten und Erschließen | 8.985,00 € | 1.707,15 € | 10.692,15 € | ||
| KG 410 | Abwasser-, Wasser- und Gasanlagen | 3.602,65 € | 684,50 € | 4.287,15 € | ||
| KG 440 | Starkstromanlagen | 178.737,00 € | 33.960,03 € | 212.697,03 € | ||
| KG 450 | Fernmelde- und informationstechnische Anlagen | 1.300,00 € | 247,00 € | 1.547,00 € | ||
| Kosten PV Dach | gesamt | 192.624,65 | 34.891,53 | 218.531,18 | ||
Relativieren wir die Kosten für die Technik einer Solarüberdachung über die Fläche von ca. 500 m², so kostet ein Quadratmeter wasserführendes PV-Dach mit Blitzschutz und Entwässerung ca. 440 €/m². In einer frühen Planungsphase kann eine Stromerzeugende Parkplatzüberdachung für die 400er Kosten also mit ungefähr
500 €/m²
reine Technikkosten Kostengruppe 400
Angenommen werden. Darin nicht enthalten, sind die Kosten für die Konstruktion.
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Verzeichnis
Abbildung 5 Solardach in Ost/Westausrichtung aus zusammengesetzten Satteldächern 15° geneigt 1
Abbildung 6 Solardach in Ost/Westausrichtung aus zusammengesetzten Satteldächern 30° geneigt 1
Abbildung 7 6m 15° geneigte PV Module in Südausrichtung mit mäßigen Pultabstand.. 1
Abbildung 8 15° geneigtes Solardach Süd mit zwei Modulen in einer Reihe. 1
Abbildung 9 PV Energieerzeugung bei 15° geneigtem Sägedach mit Südausrichtung.. 1
Abbildung 10 15° Sudausgerichtetes Solar Scheddach oder Sägedach.. 1
Abbildung 11 Flachgeneigtes Pultdach als Solarüberdachung.. 1
Abbildung 12 Unverschattete Solaranlage mit optimierter Neigung und Azimut Winkel für die Ostsee. 1
Abbildung 13 30° geneigte 6m lange Solarfelder mit ca. 6m Abstand zueinander. 1
Abbildung 14 gestuftes Solardach ohne gegenseitige Verschattung der Module. 1
Abbildung 15 Schnitt gestaffeltes Solardach.. 1
Abbildung 16 Solarstrahlung Ost- West-Ausrichtung und Südausrichtung über den Tagesverlauf 1
Abbildung 6 Schnitte des Solar-Bikeport (in Anlehnung an Solar-Carport) 1
Abbildung 7 Visualisierung © Christine Mussmann.. 1
Abbildung 9 Solarsägedach mit einer freien Photovoltaik Modulreihe. 1
Abbildung 11 Solarkraftwerk mit horizontal verbauten Modulreihen.. 1
Abbildung 12 Detail der Verlegeabstände von Photovoltaik Modulen.. 1
Abbildung 13 Wechselrichter Eingänge für 4 Reihen PV; 30 Stk. pro Reihe. 1
Abbildung 14 Wechselrichter Eingänge für 3 Reihen, 30 Stk. pro Reihe. 1
Abbildung 15 Wandansichten des Technikraums für die Photovoltaikeinspeisung und Eigenverbrauch.. 1
Abbildung 16 Blitzschutz Solar im öffentlichen Raum… 1
Abbildung 17 Sanitärplanung für eine Solare Parkplatzüberdachung.. 1
Abbildung 18Regenwasserberechnung.. 1
Abbildung 19 Pufferspeicher der Sporthalle mit Duschen, Ergänzung eines Heizstabes möglich.. 1
Abbildung 20 Hausanschluss Schule 3* 100 Ampere. 1
Abbildung 21 Hausanschluss Turnhalle 3*63 Ampere. 1
Abbildung 22 Lastprofil Schule mit Turnhalle. 1
Abbildung 23 Lastprofil Schule ohne Turnhalle. 1
Abbildung 25 Schema PV-Anlage. 1
Abbildung 26 Detail Eigenverbrauchsanschluss der PV-Anlage. 1
Kommentare
Eine Antwort zu „Solardach planen“
[…] Das vereinfacht die Technik und die Nebenkosten. Unsere Kollegen in Berlin haben ein solches Solardach geplant und einige Erkenntnisse […]