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Wirtschaftlichkeitsanalyse von Photovoltaikfassaden

Diplomarbeit 2006 86 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Bauingenieurwesen

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Nomenklatur

1. Einleitung

2. Stand der Kenntnisse
2.1 Photovoltaik
2.2 Funktionen von Fassaden
2.3 Gebäudeintegrierte Photovoltaik
2.4 Planungs- und Entwurfsaspekte der PV-Gebäudeintegration
2.5 Internationale Kooperationen und Forschungen
2.6 Die Wirtschaftlichkeit einer Fassade
2.7 Förderung
2.8 Potenzialstudien

3. Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsberechnung
3.1 Definition Wirtschaftlichkeit
3.2 Investitionsrechnungsmethoden
3.3 Kapitalwertmethode
3.4 Annuitätenmethode
3.5 Dynamische Amortisationsrechnung

4. Wirtschaftlichkeitsanalyse von Photovoltaikfassaden

5. Bewertung der Wirtschaftlichkeitsanalyse

6. Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abb. 2-1 : Herstellung der Siliziumscheiben, Quelle: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg

Abb. 2-2 : Herstellung der Solarzellen, Quelle: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg

Abb. 2-3: Der photovoltaische Effekt, Quelle: Molter

Abb. 2-4: Aufbau einer Solarzelle, Quelle: Molter

Abb. 2-5: Strom- und Spannungskennlinie einer Solarzelle, Datenquelle: Der Solarserver

Abb. 2-6: Maximum Power Point, Quelle: Seifert

Abb. 2-7: amorphe, monokristalline und polykristalline Solarzelle, Quelle: Die Landesregierung Nordrhein-Westfalen

Abb. 2-8: Verschaltung von Solarzellen, Quelle: Schneider

Abb. 2-9: Verschaltung von Modulen inkl. Bypassdioden, Quelle: Wahnfried

Abb. 2-10: Wechselrichterkonzepte, Quelle: Bendel

Abb. 2-11: Witterungsschutz einer PV-Fassade, Quelle: Bendel

Abb. 2-12: Wärmedämmung einer PV-Fassade , Quelle: Bendel

Abb. 2-13: Sicherheit einer PV-Fassade, Quelle: Bendel

Abb. 2-14: Schalldämmung einer PV-Fassade, Quelle: Bendel

Abb. 2-15: Elektromagnetische Schirmdämpfung einer PV-Fassade, Quelle: Bendel

Abb. 2-16: Elektromagnetische Energiewandlung einer PV-Fassade, Quelle: Bendel

Abb. 2-17: Verschattung – sommerlicher Wärmeschutz einer PV-Fassade, Quelle: Bendel

Abb. 2-18: Ästhetik und Design einer PV-Fassade, Quelle: Bendel

Abb. 2-19: Thermische Energiewandlung einer PV-Fassade, Quelle: Bendel

Abb. 2-20: Photovoltaische Energiewandlung einer PV-Fassade, Quelle: Bendel

Abb. 2-21: Möglichkeiten der Gebäudeintegration, Quelle: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg

Abb. 2-22: 51 PV-Anlagen mit unterschiedlichen Integrationsmethoden im Vergleich, Datenquelle: Decker et al

Abb. 2-23: Kumulierte Leistung der unterschiedlichen Integrationsmethoden, Datenquelle: Decker et al

Abb. 2-24: Möglichkeiten der Ausrichtung der Module und deren prozentualer Ertrag, Quelle: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg

Abb. 2-25: Einstrahlung auf Dach und Fassade im Jahr, Datenquelle: Decker et al

Abb. 2-26: Reflexionsverluste an Dach und Fassade im Jahr, Datenquelle: Decker et al

Abb. 2-27: Die komplette Fassade ist mit Modulen bestückt und bildet eine Kaltfassade, Quelle: Landesgewerbeamt Baden-Württemberg

Abb. 2-28 : Standardmodule als geschlossene Fassadenfläche, Quelle: Baunetz Online-Dienst

Abb. 2-29: Punkthalterung in der offenen Fuge, Quelle: Bundesverband Solarwirtschaft

Abb. 2-30: Pfosten-Riegel-System, Quelle: Bundesverband Solarwirtschaft

Abb. 2-31: Linien-Halterung, Quelle: Bundesverband Solarwirtschaft

Abb. 2-32: Warmfassaden, Quelle: Landesgewerbeamt Baden-Württemberg

Abb. 2-33: Structural Glazing, Quelle: Bundesverband Solarwirtschaft

Abb. 2-34: Sonnenschutz an einer PV-Fassade, Quelle: Landesgewerbeamt Baden-Württemberg

Abb. 2-35: Kostenanteile der unterschiedlicher Elemente einer PV-Fassade, Datenquelle: Die Landesregierung Nordrhein Westfalen

Abb. 2-36: Kostenvergleich unterschiedlicher Fassadenverkleidungen, Datenquelle: Die Landesregierung Nordrhein Westfalen

Abb. 2-37: Kostenvergleich verschiedener Fassaden, Datenquelle: Gabler

Abb. 2-38: weltweiter Solarumsatz und Kosten, Datenquelle: Die Landesregierung Nordrhein Westfalen

Abb. 2-39: internationale Kostenentwicklung von PV-Anlagen, Datenquelle: Haas et al

Abb. 2-40: Modulkosten, Datenquelle: Haas et al

Abb. 2-41: Nicht-Modul-Komponentenkosten, Datenquelle: Haas et al

Abb. 2-42: erreichbares Niveau der solaren Stromerzeugung durch PV-Fassaden und Dächer im internationalen Vergleich, Datenquelle: Haas et al

Tabellenverzeichnis

Tab. 2-1: Wirkungsgrade von Solarzellen, Datenquelle: Hagemann

Tab. 2-2: Strategievarianten, Datenquelle: Haas et al

Tab. 2-3:Historische Entwicklung von deutschen Förderstrategien, Datenquelle: Haas et al

Tab. 2-4: „Einspeisevergütung gemäß EEG“, Datenquelle: Schüco

Tab. 2-5: Solar-architektonisch nutzbarer Fassadenfläche bei unterschiedlichen Gebäudetypen, Datenquelle: Haas et al

Tab. 2-6: Flächenpotenzial für PV-Fassadenintegration im internationalen Vergleich, Datenquelle: Haas et al

Tab. 2-7: solare Stromertrag und -verbrauch im internationalen Vergleich, Datenquelle: Haas et al

Tab. 3-1: Investitionsrechnungsverfahren, Datenquelle: Däumler

Tab. 4-1: Rechenwerte für die Kapitalwertmethode, Datenquelle: Kerschberger und Ruff

Tab. 4-2: Rechenwerte für die Annuitätenmethode, Datenquelle: Heering

Tab. 4-3: dynamische Amortisationsrechnung zum 3. Beispiel

Tab. 4-4: dynamische Amortisationsrechnung zum 4. Beispiel

Nomenklatur

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

Die Integration von Photovoltaik in Gebäuden findet immer mehr Anwendung begleitet durch den allgemeinen Boom der Solarenergiebranche. Die erneuerbaren Energien sind nicht nur in der Politik ein aktuell diskutiertes Thema und gewinnen stetig an Beliebtheit und Akzeptanz. Es ist allgemein bekannt, dass die fossilen Ressourcen der Erde in absehbarer Zeit aufgebraucht sein werden, womit ein Umschwung zu Alternativen im Laufe der Zeit von ganz alleine kommen wird. Schon heute ist Deutschland eine führende Kraft in der Forschung, Entwicklung und Umsetzung solcher Alternativen, wie etwa die Stromerzeugung durch Photovoltaik. Die Möglichkeiten der Verwendung von Solarzellen zur Stromgewinnung an Gebäuden haben sich stetig weiterentwickelt und verbessert. Die Fassadenintegration wird in unterschiedlichsten Arten in der Baubranche angewandt, führt allerdings oft noch den Ruf mit sich unwirtschaftlich und überteuert zu sein. Worauf diese Behauptungen gründen, wieso sie zustande kommen und wie man sie heute zu bewerten hat, probiere ich in dieser Arbeit zu beantworten.

Die Berechnung der Wirtschaftlichkeit oder Amortisationszeit von PV-Anlagen kann rein finanzmathematisch abgehandelt werden, allerdings können besonders bei großen fassadenintegrierten Anlagen Faktoren auftreten, welche man in keiner Rechung unterbringen kann. Ich werde probieren diese Faktoren darzulegen und zu erklären wie und warum man sie in eine Wirtschaftlichkeitsanalyse einschließen sollte.

Wie man die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikfassaden beschreiben und errechnen kann und welche Probleme dabei auftreten, soll in dieser Diplomarbeit analysiert werden. Um dies sinnvoll tun zu können wird zunächst der Stand der Technik aufgezeigt. Dies beinhaltet die PV-Technik ebenso wie die Fassadentechnik. Anschließend soll anhand einer Literaturstudie geklärt werden, ob und wann es überhaupt Sinn macht Photovoltaik in eine Fassade zu integrieren. Dazu werden Planung- und Entwurfsaspekte durchleuchtet und der Stand der Forschung dargestellt, wobei auch der internationale Vergleich gezogen wird. Weiterführend werden dann die Kosten für die PV-Integration vorgestellt und aufgeschlüsselt. Dafür werden die Angaben mehrerer Autoren entgegengestellt und verglichen. Die gilt auch für den Vergleich unterschiedlicher Fassadenverkleidungen. Auch die Entwicklung der Kosten wird angegeben.

Die Förderung stellt einen ganz wichtigen Faktor bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von PV-Fassaden dar. Die unterschiedliche Methoden werden vorgestellt und ihre Anwendung erklärt. Die folgende Potenzialstudie soll herausstellen, welchen Möglichkeiten und Chancen die Autoren für die PV-Fassadenintegration für die Zukunft sehen.

Erst nach der Behandlung all dieser Themen gehe ich auf die Berechnung der Wirtschaftlichkeit ein. Dazu wird zunächst eine Begriffserklärung durchgeführt um anschließend die wichtigsten Rechenverfahren vorzustellen und zu vergleichen. Jede Rechenmethode wird zusätzlich mit Beispielen verdeutlicht. Die Ergebnisse werden hinterher ausgewertet und beurteilt.

Abschließend wird ein Fazit zur Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikfassaden gezogen und die Ergebnisse der Arbeit als Ganzes dargestellt.

2. Stand der Kenntnisse

2.1 Photovoltaik

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Licht in einer Solarzelle in elektrische Energie. Der physikalische Effekt, der der Photovoltaik zugrunde liegt, wurde bereits 1839 vom Physiker Becquerel entdeckt, doch erst im Zeitalter der Halbleitertechnik wurde die erste Solarzelle im Jahre 1954 in den USA entwickelt.

Zunächst waren das Mono- und polykristallinen Solarzellen, welche üblicherweise aus Siliziumdioxid SiO2, auch Quarzsand genannt, hergestellt werden. Dieser Rohstoff steht praktisch in unbegrenzter Menge zur Verfügung. Diesem Siliziumdioxid muss zunächst der Sauerstoff entzogen werden, um ein Rohsilizium zu erhalten, welches gemäß Bohne 2004 für die Verwendung in der Halbleitertechnik geeignet ist. Um einen hohen Reinigungsgrad zu erreichen, wird das Silizium danach aufwendig gereinigt und dann geschmolzen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-1 : Herstellung der Siliziumscheiben, Quelle: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg 2006

Wie man in Abbildung 2-1 erkennen kann, wird das Silizium in unterschiedlichen Produktionsverfahren zu runden, zylinderförmigen Einkristallen oder polykristallinen Blöcken weiterverarbeitet. Nun kann das Material in sehr dünne Scheiben gesägt bzw. geschnitten werden, den so genannten Wafern. Die Diffusion aus Abbildung 2-2 wird später im Text durch den photovoltaischen Effekt genauer erklärt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-2 : Herstellung der Solarzellen, Quelle: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg 2006

Eine später entwickelte Zellenart sind die Dünnschichtzellen. Zur Herstellung dieses Zellentyps wird eine dünne Siliziumschicht auf ein Trägermaterial, meist Glas oder Metall, mit Hilfe von Plasmaverfahren aufgebracht. Man unterscheidet hauptsächlich zwischen amorphen Siliziumzellen, Kupfer-Indium-Diselenid-Zellen CIS und Cadium-Tellurid-Zellen CdTe. Weitere Arten dieser Technologie sind wegen ihrer sehr hohen Produktionskosten noch nicht weit verbreitet oder befinden sich in der Entwicklung. Die Produktionskosten der Dünnschichtzellenarten sind aufgrund geringerer Materialkosten wesentlich niedriger als bei kristallinen Zellen, weshalb ihnen in Zukunft laut Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg 2006 ein wachsender Marktanteil zugesprochen wird.

Die nanokristalline Dreischichtzellen Technologie ermöglicht den Einsatz von Solarzellen auf fast jeder Konstruktion. Solarlaminate werden zum Beispiel von der Firma Thyssen Krupp 2002 mit einem speziellen Heißklebeverfahren auf kunststoffbeschichtete Stahlblechprofile aufvulkanisiert. Sogar Dachabdichtungsbahnen oder Dachziegel sind schon mit Solarzellen versehen worden, was verdeutlicht, dass immer weitere Einsatzmöglichkeiten der neuen Zellengenerationen geschaffen werden.

Der photovoltaische Effekt schafft die Grundlagen für die Umwandlung von Licht in Strom. Die Wafer bilden die Grundlage zur Herstellung von den meisten Solarzellen. Durch das Einfügen von Fremdatomen, auch Dotierung genannt, wird im Material ein Mangel an Elektronen erzeugt, sodass manche Siliziumatome ein Elektron weniger als in ihrem Grundzustand besitzen. Dies beschreibt das so genannte p-Gebiet. Durch weiteres dotieren wird anschließend auch noch ein n-Gebiet gebildet, in dem ein Elektronenüberschuss herrscht. Im Grenzgebiet diffundieren die Elektronen und es entsteht ein Ladungsaustausch. Dieser wird durch den Aufbau eines elektrischen Gegenfelds stillgelegt, sodass gemäß Hagemann 2002 eine Raumladungszone entsteht, die weitgehend frei von Ladungsträgern ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-3: Der photovoltaische Effekt, Quelle: Molter 2005

Die Photonen treffen auf die Solarzelle und dringen in diese ein. Dies wird in Abbildung 2-3 mit hv bezeichnet. Dadurch werden Elektronen-Loch-Paare gebildet, welche in der Raumladungszone getrennt werden. Dies erzeugt die Photospannung, die genutzt werden kann, wenn eine elektrisch leitfähige Verbindung mit einem Verbraucher an die beiden Schichten angeschlossen wird. Dadurch können die Elektronen als Gleichstrom durch einen geschlossenen Stromkreis fließen. Das Resultat ist eine verschleißlose Erzeugung von elektrischer Energie unter Verwendung von Solarstrahlung. Die Metallkontakte auf Vorder- und Rückseite der Zelle führen die Ladungsträger von der Oberfläche ab und leiten sie zu den externen Verbindungen zurück. Damit der Lichteinfall auf der Vorderseite nicht behindert wird, muss der Kontakt dort als Netz ausgebildet sein. Dies bewirkt der Siebdruck aus Abbildung 2-2. Dort wird auf die Zellen noch eine Antireflexschicht aufgetragen, welche die Reflexionsverluste des ursprünglich stark reflektierenden Siliziums von 31% auf 3% reduziert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-4: Aufbau einer Solarzelle, Quelle: Molter 2005

Die erzeugte Spannung ist unabhängig von der Zellengröße sowie der Bestrahlungsstärke. Das bedeutet, dass selbst bei schlechteren Einstrahlungsverhältnissen, wie zum Beispiel am Abend, trotzdem die größtmögliche Betriebsspannung erreicht wird. Dies gilt nicht analog für die Stromstärke. Diese steigt linear mit der Bestrahlungsstärke und der Zellengröße.

Die Strom- und Spannungskennlinien beschreiben das Verhalten einer Solarzelle in unterschiedlichen Betriebszuständen. So kann man zum Beispiel die Leerlaufspannung U0 ablesen, die erreicht wird, wenn kein Verbraucher angeschlossen ist, also der Strom Null ist und die Spannung maximal. Der Kurzschlussstrom IK beschreibt den Zustand, wenn die maximale Stromstärke erreicht wird und die Spannung Null ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-5: Strom- und Spannungskennlinie einer Solarzelle, Datenquelle: Der Solarserver 2006

Als Maximum Power Point MPP bezeichnet man dann den optimalen Arbeitspunkt der Solarzelle, in dem das Verhältnis zwischen Spannung U und Strom I so eingestellt ist, dass eine maximale Leistung erzielt wird. Der MPP ist abhängig von der Bestrahlungsstärke und dem Zellentyp und wird meist durch einen MPP-Tracker (siehe Wechselrichter) eingestellt, damit die Zelle immer an diesem Wert operiert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-6: Maximum Power Point, Quelle: Seifert 2006

Das Verhältnis zwischen MPP-Leistung Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten und der Leistung die aus dem Produkt von Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung entsteht, bezeichnet man als Füllfaktor FF. Je größer dieser prozentual angegebene Wert ist, desto höher ist die Qualität der Solarzelle.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (2-1)

Die maximal erreichbare Leistung, die so genannte Spitzenleistung einer Solaranlage wird in Watt Peak (WP) angegeben, wenn diese nach bestimmten Standardtestbedingungen STC ermittelt wurde. Deshalb nennt man diese Peak-Leistung auch Nennwert. Die Bedingungen sind gemäß Der Solarserver 2006 erfüllt bei einer Sonneneinstrahlung von 1000 W/m² und einer Zellentemperatur von 25° Celsius.

Um die Effizienz einer Solarzelle benennen zu können, gibt man ihren Wirkungsgrad Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten an, indem man das Verhältnis zwischen abgegebener MPP-Leistung und der auftretenden Strahlungsleistung P0 bildet. Dabei sind die im Labor unter Standardtestbedingungen erreichten Werte natürlich besser als jene, die im tatsächlichen Einsatz entstehen. Die erreichten Wirkungsgrade dienen dem Vergleich der Zellen und werden in der Forschung ständig verbessert, wobei dies meist Kostensteigerungen mit sich führt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (2-2)

Tab. 2-1: Wirkungsgrade von Solarzellen, Datenquelle: Hagemann 2002

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Vor der Entwicklung der Dünnschichttechnologie war man stark an die Formen und Farben gebunden, welche durch die Produktion der kristallinen Zellen entstanden. Monokristalline Zellen waren laut Landesgewerbeamt Baden-Württemberg zunächst rund und mussten an vier Ecken besäumt werden, teilweise bis zu einer quadratischen Form, um sie möglichst kompakt auf einer Fläche verteilen zu können. Polykristalline Zellen ermöglichten durch ihre von Anfang an rechteckige Form eine material- und energiesparende Produktion. Spätestens durch die Dünnschichttechnologie sind der Formgebung und Größe von PV-Zellen eigentlich keine Grenzen mehr gesetzt, da die Zellen auf fast jedes Trägermaterial aufgebracht werden können. Auch das Problem der Zerbrechlichkeit der kristallinen Zellen konnte mit der neuen Technologie überwunden werden und flexible, auf gekrümmten Oberflächen anwendbare Zellen entstanden. Eine Transparenz der Zellen konnte ebenfalls erreicht werden, wodurch besonders gute Einsatzmöglichkeiten in der Gebäudeintegration geschaffen wurden.

Gerade dort wird das Erscheinungsbild der Solarzellen im Besonderen von ihrer Farbe beeinflusst. Kristalline Zellen waren aufgrund der möglichst größten Absorption des Sonnenlichtes meist dunkelblau bis schwarz. Andere Farbtöne konnten allerdings durch Änderungen der Antireflexschicht erreicht werden. Die Leistung wird allerdings beeinträchtigt, so heller der Farbton wird. Dünnschichtzellen sind noch nicht so variabel in der Farbe. Hier werden meist rotbraune, amorphe beziehungsweise schwarze CIS-Zellen hergestellt.

In der folgenden Graphik sind von Link nach Rechts eine amorphe, eine monokristalline und eine polykristalline Solarzelle abgebildet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-7: amorphe, monokristalline und polykristalline Solarzelle, Quelle: Die Landesregierung Nordrhein-Westfalen 2005

Um die Leistung, die Stromstärke und die Spannung zu erhöhen, werden die Zellen miteinander verschaltet und in Modulen zusammengefasst. Unter serieller Verschaltung versteht man eine Verschaltung der Zellen in Reihe. Dadurch können die Teilspannungen summiert werden, der durchfließende Strom aber bleibt gleich. Damit keine Leistungsverluste, auch Mismatch genannt, auftreten, sollten möglichst alle Zellen die hintereinander geschaltet sind dieselben Leistungsmerkmale aufweisen, damit das System sich nicht bei einem Mittelwert der unterschiedlichen Leistungen einstellt.

Die parallele Verschaltung bewirkt, dass durch die verbundenen Zellen der Strom addiert wird und die Spannung gleich bleibt. Zur optimalen Ausnutzung der Eigenschaften dieser Verschaltungstypen werden Zellen zunächst zu Strängen in Reihe verbunden, um diese dann parallel zu verschalten, wobei jeder Strang die gleiche Spannung aufweisen muss.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-8: Verschaltung von Solarzellen, Quelle: Schneider 2006

Die Zellen werden dann gemäß Schneider 2006 in den Modulen verschlossen, um sie vor Umwelteinflüssen zu schützen. Hierzu werden die Zellen luft- und wasserdicht zwischen Glasscheiben in eine Kunststoffmasse eingeschlossen. Die Rückseite kann auch aus Metall oder Kunststoff sein. Ein Aluminiumrahmen umschließt in der Regel das Modul und sorgt neben der Stabilisierung des Moduls auch für bessere Montagemöglichkeiten.

Der Wirkungsgrad eines Moduls ist immer geringer als der Wirkungsgrad der Zellen, die in dem Modul verarbeitet sind, was an der Reflexion der äußeren Modulabdeckung, der nicht kompletten Belegung der Modulflächen mit Solarzellen und internen Leistungsverlusten liegt.

Um einer Unterbrechung des Stromflusses wie etwa durch zerstörte Zellen vorzubeugen setzt man Bypassdioden ein, wie dies in der Abbildung 2-9 als D1 und D2 dargestellt wird. Diese ermöglichen es den Strom umzuleiten, dass selbst bei Ausfall eines kompletten Stranges nicht das ganze System beeinträchtigt wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-9: Verschaltung von Modulen inkl. Bypassdioden, Quelle: Wahnfried 2006

Ähnlich wie bei den Zellen werden die Module letztendlich zu Solargeneratoren zusammengeschlossen. In der Praxis sind dies laut Schneider meist Module mit einer Leistung von circa 50 Watt, in denen 36 Zellen in Reihe geschaltet wurden. Auch bei der Verschaltung der Module werden so genannte Strangdioden eingesetzt, welche Ausgleichsströme zwischen unterschiedlich leistungsstarken Generatorteilen kompensieren. Die Dioden sperren den Stromrückfluss in leistungsschwächere Abschnitte und verhindern somit eine Störung des gesamten Generators.

Unter Performance Ratio PR versteht man laut Hagemann 2002 die Effizienz der Energieumwandlung des gesamten PV-Systems. Dieser Wert gibt also eine Aussage über die Qualität der Anlage und zwar unabhängig von der Einstrahlung an den verschiedenen Standorten, oder dem Wirkungsgrad der verwendeten Zellen. Somit lassen sich verschiedene gebäudeintegrierte Systeme vergleichen. Bisher wurden Performance Ratio Werte von 65 bis 75% ermittelt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten (2-3)

Damit der durch die PV-Anlage erzeugte Gleichstrom genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist werden kann, muss dieser zunächst in Wechselstrom umgewandelt werden. Diese Aufgabe erfüllt der Wechselrichter als Bindeglied zwischen PV-Anlage und Verbraucher. Dabei stellt er sicher, dass weitgehend konstante Spannungen und Stromstärken genutzt werden können, obwohl diese im Tages- und Jahresrhythmus der PV-Anlage stark variieren. Dieser Umwandlungsprozess führt allerdings immer wieder zu internen Verlusten bis zu 40%. Besonders wenn das System nicht unter Volllast beansprucht wird, ist die Qualität des Wechselrichters, also sein Umwandlungswirkungsgrad von großer Bedeutung. Der Wechselrichter steuert des Weiteren den Betriebsablauf des Systems. Dazu gehören ein automatischer Betriebsstart, wenn genügend Leistung für eine Einspeisung erreicht wird und ein Stand-by-Modus. Auch das schon erwähnte MPP-Tracking wird durch den Wechselrichter ausgeführt, um eine automatische Anpassung an den sich ständig verändernden optimalen Betriebspunkt MPP zu gewährleisten. Ein Überlastungsschutz sollte am Besten nicht durch eine Abschaltung des Geräts bei thermischer Überbeanspruchung gegeben sein, sondern durch eine Leistungsbegrenzung. Der Wechselrichter kann die Eingangsleistung begrenzen, wenn ein Überangebot besteht. Besonders wichtig ist auch der Nutzen als Kommunikationsschnittstelle. Die Betriebsdaten werden erfasst und können abgelesen und ausgewertet werden. Somit können der Betriebsstatus, sowie Störungen und Fehlerdiagnosen ständig überwacht werden.

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Details

Seiten
86
Jahr
2006
ISBN (eBook)
9783638528238
ISBN (Buch)
9783656071471
Dateigröße
1.9 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v58696
Institution / Hochschule
Hochschule Bochum – Bauphysik, Baustoffe & Konstruktion
Note
1,3
Schlagworte
Wirtschaftlichkeitsanalyse Photovoltaikfassaden Photovoltaik Wirtschaftlichkeit Solarenergie Bauwesen Fassade

Autor

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Titel: Wirtschaftlichkeitsanalyse von Photovoltaikfassaden