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Stromnetz und Wechselrichter
Unser Stromnetz arbeitet größtenteils mit Wechselstrom. Im Gegensatz zum Gleichstrom (z.B. bei Batterien) ändert sich hier regelmäßig die Polarität. Wechselstrom hat den Vorteil, dass er mit Hilfe von Transformatoren auf ein hohes Spannungsniveau gebracht werden kann. Das hohe Spannungsniveau ist für den Stromtransport unerlässlich, um die Verluste in der Stromleitung gering zu halten. Je höher die Spannung, desto geringer die Verluste. Das ist der Grund für die verschiedenen Spannungsebenen unseres Stromnetzes: je größer die transportierte Strommenge und je länger die Leitung, desto höher ist die Spannung. Wir unterscheiden deshalb zwischen der Höchstspannungsebene (220.000 bzw. 380.000 Volt), der Hochspannungsebene (60.000 bis 220.000 Volt), der Mittelspannungsebene (6.000 bis 60.000 Volt) und der Niederspannungsebene (230 bzw. 400 Volt). Unser Wechselstrom wechselt 50-mal pro Sekunde die Polarität, das heißt, er hat also eine Frequenz von 50 Herz. Das Stromnetz ist nur stabil, wenn diese Frequenz eingehalten wird.
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| | | | | | | | | | | Die wichtigste Aufgabe des Wechselrichters ist, den von der PV-Anlage erzeugten Gleichstrom (DC) in im Haushalt nutzbaren Wechselstrom (AC) umzuwandeln. Daneben kann ein Wechselrichter aber noch viel mehr: | | | | | | | | | | | |
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Der Wechselrichter sorgt dafür, dass von der PV-Anlage die optimale Leistung abgegriffen wird. Hier redet man vom Maximum Power Point (MPP). An diesem Punkt sind die Strom- und Spannungswerte optimal und es wird die maximale Leistung erzeugt.
Unser Stromnetz ist ein sensibles System. Strom kann nicht unkoordiniert hinzugefügt werden. So muss auch ein Wechselrichter die Netzparameter Spannung, Frequenz und Impedanz einhalten. Die Netzspannung unserer Haushalte liegt bei 230 V/ 400 V. Die Impedanz ist der Innenwiderstand des Stromnetzes. Man spricht hier auch vom Scheinwiderstand. Der wichtigste Parameter ist jedoch eine konstante Netzfrequenz von 50 Herz. Steigen diese Parameter nun über einen Grenzwert, so muss der Wechselrichter die Anlage vom Stromnetz trennen. Steigt nur die Netzfrequenz leicht an, so reduziert der Wechselrichter die Leistung der Anlage und hilft damit, das Netz zu regeln und stabil zu halten.
- Anlagen- und Ertragsüberwachung
Moderne Wechselrichter verfügen über eine Kommunikationsschnittstelle, mit der die Anlagen- und Ertragswerte überwacht werden können. So ist nicht nur eine Anhebung des Eigenverbrauchs wie z.B. Einschalten von Wärmepumpe, Spül- und Waschmaschine oder eine gezielte Aufladung des E-Autos möglich, auch Störungen können schneller identifiziert und behoben werden. | |
| | | Jeder Wechselrichter erwärmt sich (wie jedes Elektrogerät). Deshalb haben Wechselrichter eine eingebaute Kühlfunktion, die eine Überhitzung verhindert. Zusätzlich verfügt jeder Wechselrichter über eine DC-Trennvorrichtung, um auch unter Last (bei Sonnenschein) Reparaturen vornehmen zu können.
Es gibt drei Wechselrichtertypen: | | | | | | | Beispiel von Stringwechselrichter | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | Stringwechselrichter
Er ist der am häufigsten eingesetzte Wechselrichter. Er bündelt mehrere in Reihe geschaltete Module mit gleicher Ausrichtung, Neigung und Verschattung an einen MPP-Tracker. Einzelne Module können hier nicht berücksichtigt werden. Für gewöhnlich haben Stringwechselrichter nur einen Tracker. Multistringwechselrichter verfügen über mehrere Eingänge und Tracker. So können Module mit unterschiedlicher Ausrichtung an einen Wechselrichter angeschlossen werden. Stringwechselrichter haben einen vergleichsweise höheren Wirkungsgrad und können im Hauswirtschafts-raum untergebracht werden. | | | | | | | Modulwechselrichter
Sie sind direkt am PV-Modul montiert und haben einen geringeren Wirkungsgrad. Ein weiterer Nachteil ist, dass Wartung und Reparatur verhältnismäßig aufwendig und damit teuer ist. Vorteilig ist jedoch, dass sie deutlich schneller auf einen Wechsel von Licht und Schatten reagieren können. Zusätzlich müssen Sie nicht über Gleichstrom verkabelt werden und benötigen nur 50% der Kabelänge im Vergleich zu einer Stringwechselrichteranlage. Modulwechselrichter kommen vor allem bei mobilen Geräten (z.B. Stecker-Solar-Geräten) zum Einsatz. | | | | | | | Zentralwechselrichter
Sie werden vorwiegend bei sehr großen Anlagen (über 30 kWp) mit gleicher Ausrichtung, Neigung und Verschattung installiert. Die Modulstränge werden über einen Generatoranschlusskasten zusammengeführt. Die Wartung ist hier sehr einfach. Der Strom kann direkt in das Mittelspannungsnetz eingespeist werden. | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | Allgemeine Tipps
Wechselrichter sollten ungefähr so groß dimensioniert werden, wie es der Gesamtleistung der angeschlossenen Module entspricht. Wird die Gesamtleistung abgeregelt, sollte auch die Größe des Wechselrichters der abgeregelten Leistung entsprechen.
Nur inselfähige Wechselrichter funktionieren bei Stromausfall. Sie nutzen einen Teil des erzeugten Stroms für den Eigenbetrieb. Alle anderen Wechselrichter benötigen für Ihre Funktion Strom aus dem öffentlichen Netz. Bei Stromausfall kann der PV-Strom nicht zum Eigenverbrauch genutzt werden. | | | | | | | | | | | |
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Die Frage nach dem Brandrisiko einer Photovoltaikanlage ist naheliegend. Schließlich werden die Panels bei Sonneneinstrahlung recht heiß und es können große Mengen Strom entstehen. Dr. Heribert Schmidt, Projektleiter am Fraunhofer ISE, hält fest, dass statistisch gesehen etwa 0,006 Prozent der Photovoltaikanlagen einen Brand mit größerem Schaden verursachen. Gleichzeitig sagt er, dass Photovoltaikanlagen im Vergleich zu anderen technischen Anlagen kein besonders erhöhtes Brandrisiko darstellen. Photovoltaik ist also bei weitem kein häufiger Brandauslöser – da brennt es deutlich häufiger wegen eines vergessenen Bügeleisens oder einer Kerze. | |
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| Brand eines Hauses mit Photovoltaik-Anlage (Bild: B. Wolters/Leer) | |
Die Besonderheit von Photovoltaikanlagen und damit das Kritische ist aber: Sie arbeiten mit Gleichstrom und man kann sie nicht einfach abschalten. Solange Licht auf die Module fällt, produziert die Anlage Strom. Obwohl Brände durch Photovoltaikanlagen selten sind, hat man zu Recht Respekt davor und sollte sich daher vorsorglich um einen guten Brandschutz Gedanken machen.
Risikostellen der Photovoltaikanlage
Nachforschungen ergaben, dass besonders die DC-Stecker vergleichsweise fehleranfällig sind. Diese leiten eine große Strommenge und müssen daher einwandfrei funktionieren. Unterschiedliche Steckertypen, falsche Lötungen, eine lose Schraubklemme… Hier ist es besonders wichtig, dass der Installateur mit großer Sorgfalt arbeitet. Eine weitere mögliche Brandursache sind sogenannte Lichtbögen, welche bei einer Fehlfunktion der Kollektoren punktuell große Hitze erzeugen und so eine mögliche Zündquelle für einen Brand darstellen.
Als häufigste Fehlerquelle wurde jedoch der Mensch erkannt. In 103 Fällen brannte es 39-mal wegen Installationsfehlern und in 36 Fällen aufgrund von Produktfehlern (diese hauptsächlich am Wechselrichter, dessen Verbindungen von Hand hergestellt werden). Dass dies so zutrifft zeigt eine weitere Statistik, in welcher die Schadenshäufigkeit mit den Betriebsjahren verknüpft wurde: Vergleichsweise viele Brände treten innerhalb des ersten Betriebsjahres auf – also bei frisch installierten Photovoltaikanlagen.
Brandverhalten und Löschen
Photovoltaikanlagen bestehen zu einem erheblichen Teil aus Kunststoff – und dieser ist brennbar. Die Zündtemperatur liegt zwar hoch, dafür brennen die Polymere umso heißer. Ist die Photovoltaikanlage erst mal entzündet, brennt sie also auch selbständig weiter – dabei ist es wahrscheinlich, dass brennende Materialien abtropfen. Beim Brand werden größere Mengen CO und CO2 frei. In unmittelbarer Nähe lassen sich außerdem Schwermetalle wie Cadmium und Selen feststellen. Halogenwasserstoffe und Stickoxide ließen sich jedoch nicht nachweisen. Für die Allgemeinheit scheint ein Brand bezüglich seiner Rauchgase also unkritisch.
Und wie löscht die Feuerwehr nun einen Photovoltaik-Brand? Als besonders risikoträchtig sind freilegende Stromleitungen zu sehen oder der Wasserkontakt (zum Beispiel in überfluteten Kellern) zu spannungsführenden Elementen. Testreihen ergaben, dass Löschabstände von fünf Metern bei Vollstrahl und einem Meter bei Sprühstrahl ausreichend sind, um keine gefährlichen Ableitströme über den Menschen entstehen zu lassen. Dabei ist es jedoch wichtig, dass die Einsatzkleidung vollständig und trocken ist, nasse Einsatzkleidung leitet Strom recht gut. Die Schutzstiefel wiederum weisen einen solch hohen Widerstand auf, dass Stromflüsse minimiert werden.
Brandschutz durch Sorgfalt
Brandschutz bei der Photovoltaikanlage beruht auf einer fachgerechten Installation und einer regelmäßigen Wartung, aber auch Vorsorgemaßnahmen für den Brandfall.
Es beginnt mit der Wahl des Installationsunternehmens – die Installateure sollten gut ausgebildet sein und nicht im Akkord arbeiten. Hier gilt es: Lieber ein bisschen mehr Geld in die Hand zu nehmen und eine (weitgehend) sichere Anlagen zu haben. Denn durch fachmännische und qualitätsbewusste Installation der Anlage können viele Gefährdungen von vornherein ausgeschlossen werden. Ebenso wichtig ist eine brandsichere Umgebung. Holz, Stroh und Treibstoffe in der Nähe der Photovoltaik-Anlage sollten tabu sein. Lichtbogendetektoren können solche Ereignisse erkennen und unterbinden.
Sind die Module auf dem Dach und ist alles verkabelt, sollte eine umfangreiche und sorgfältig durchgeführte Abnahme erfolgen. So können eventuelle Mängel und Defizite erkannt und abgestellt werden. Weiterhin sollte man seine Anlage regelmäßig kontrollieren lassen – denn auch die Photovoltaikanlage altert und ist das ganze Jahr über den verschiedensten Witterungen ausgesetzt, das zehrt am Material. Mittels einer Infrarotkamera etwa lassen sich punktuell erhitzte Bereiche ausfindig machen, welche einen potenziellen Brandherd darstellen können.
Informationen erleichtern Löscharbeiten
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| Warnschilder (hein.eu) und Sicherheitsschalter (schueco.com) | |
Für den Ernstfall ist es wichtig, Warnschilder für die Feuerwehr und einen gut verständlichen Feuerwehrplan mit Leistungsverlauf an passender Stelle aufzuhängen. Der gefahrlose Zugang zum Dach sollte durch durchdachte Kabelverlegung gewährleistet sein. Hier gilt: Gut informiert kann die Feuerwehr ohne großes Risiko auch mehr unternehmen. Eine Brandfallabschaltung ermöglicht es außerdem, die meisten oder sogar alle Bauteile der Photovoltaikanlage außer Spannung zu setzen. Es gibt mittlerweile verschiedene Hersteller und Systeme solcher Abschaltungsanlagen. Teilweise werden nur Dach- und Wechselrichter voneinander getrennt, bei anderen wird jedes einzelne PV-Modul an seinen Anschlüssen vom Stromkreislauf getrennt.
Fast vier Jahre lang hat ein Forscherteam aus Deutschland und der Schweiz die Brandrisiken bei Photovoltaik-Anlagen zur Erzeugung von Sonnenenergie untersucht. Die Forscher konnten für die zurückliegenden Jahre rund 210 Fälle ermitteln, in denen Brände durch PV-Anlagen verursacht wurden. Dabei blieb der Schaden in 130 Fällen auf die Anlage begrenzt und in etwa 80 Fällen war das Gebäude betroffen. In Anbetracht der über 1,5 Millionen in Betrieb befindlichen PV-Anlagen in Deutschland ist das eine sehr geringe Zahl, auch wenn mit fortschreitende Alterung der Anlagen mit einem Anstieg in den nächsten Jahren zu rechnen ist.
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Energiegenossenschaften in der Region
Um die Energiewende voranzubringen, ist es mit dem Zubau von Erneuerbaren Energien allein nicht getan. Themen wie der Eigenverbrauch von Strom, Wärmeversorgung oder Elektromobilität rücken heute immer mehr in den Fokus. Darum stellen sich auch Energiegenossenschaften breiter auf und initiieren neue Geschäftsmodelle. Damit garantieren sie auch das lokale Gemeinwohl: die Energieproduktion liegt in Bürger*innenhand, die Gewinne bleiben vor Ort.
In der Region haben wir 4 Energiegenossenschaften:
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| | | | | | | | | | | | | | | | ElektrizitätsWerke Schönau (EWS)
Die größte Energiegenossenschaft in der Region mit mehr als 8 000 Mitglieder und einer der wichtigsten Ökostromlieferanten Deutschlands. Seit 2009 setzt sich die EWS für die Energiewende und eine vollständige und effiziente Energieversorgung auf Basis Erneuerbarer Energien ein. Bürgerliches Engagement, Mitbestimmung und Dezentralisierung gehören dabei zu den Grundpfeilern ihres unternehmerischen Handelns. | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | Bürgerenergie Dreiländereck
Ein besonderes Kommunikationskonzept macht sichtbar, welchen finanziellen Mehrwert die CO2-Einsparung durch eine Mitgliedschaft bei einer Energiegenossenschaft bringt.
Das Ziel ist die Reduktion des CO2-Fußabdrucks von 11 t CO2 pro Person und Jahr.
Mit Sitz in Binzen und 371 Mitgliedern ist die Bürgerenergie Dreiländereck ein sehr wichtiger Akteur in der nachhaltigen lokalen Strom- sowie auch Wärmeproduktion. | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | Energie aus Bürgerhand Hägelberg
Aus einer Interessengemeinschaft heraus wurde 2009 die Genossenschaft „Energie aus Bürgerhand Hägelberg eG“ gegründet, die eine eigene Heizzentrale und das Nahwärmenetz im Ort betreibt. 60 Personen unterstützen bis dato die Dorfgenossenschaft durch ihre Mitgliedschaft. Darüber hinaus haben sie ein pädagogisches Konzept entwickelt und gehen damit in die Schulen, um junge Menschen für die aktive Mitgestaltung einer Zukunft mit regenerativer Energieversorgung zu begeistern. Das Ziel ist es, eine Nachhaltigkeitsorientierung und ein Bewusstsein für Klima- und Umweltschutz zu fördern. | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | BürgerEnergie Bad Säckingen
Die BürgerEnergie initiiert seit 2012 Projekte für Anlagen zur Erzeugung und Speicherung erneuerbarer Energien, sowie zur Steigerung der Energieeffizienz in Bad Säckingen und den zugehörigen Ortsteilen. | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
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Ausblick
Im Juli erwarten Sie weitere spannende Themen rund um das Thema Photovoltaik.
Wir wünschen Ihnen eine sonnige und gesunde Zeit!
Ihre Energieagentur Südwest & Ihr Landkreis Lörrach
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