Videoclip: Simulation des Ertrags einer Photovoltaikanlage - Teil 1: Anlagenkonfiguration und Ertrag ohne Verschattung
Videoclip: Simulation des Ertrags einer Photovoltaikanlage - Teil 2: Variation der topographischen Verschattung
Videoclip: Ertragssimulation einer Photovoltaikanlage - Teil 3: Variation des Wechselrichters
Videoclip: Statik bei Photovoltaikanlagen
  1. Videoclip: Simulation des Ertrags einer Photovoltaikanlage - Teil 1: Anlagenkonfiguration und Ertrag ohne Verschattung

    Länge: 7.31 Min.
    Aufnahmeort: Büro ATB Becker, Absam
    Filmsetting: Erläuterung mit Hilfe einer Simulationssoftware
    Inhalt: Der Ertrag einer Photovoltaikanlage wird mit Hilfe einer Simulationssoftware ermittelt. Für die erste Simulation wird ein Standort in der Wiener Innenstadt ausgewählt. In einer Datenbank sind die entsprechenden klimatischen Daten (insb. Einstrahlungswerte) hinterlegt. Die zu simulierende Anlage hat eine Leistung von 5 kW (20 Module a 250 Watt) und ist auf dem Schrägdach eines Einfamilienhauses montiert. Die Auswahl des Wechselrichters und die Anlagenüberprüfung (d.h., passt der PV-Generator zum Wechselrichter?) werden demonstriert. Die Module dürfen auch bei tiefen Temperaturen, wo die Spannung ansteigt, die maximale Systemspannung des Wechselrichters nicht überschreiten. Dazu wird die sogenannte Leerlaufspannung mit der maximalen Systemspannung des Wechselrichters verglichen. Bei Überschreiten dieser Spannung würde der Wechselrichter beschädigt werden. Weiters muss die MPP-Spannung des PV-Generators im MPP-Trackingbereich des Wechselrichters liegen (MPP=Maximum Power Point). Nach der Anlagenüberprüfung wird der Anlagenertrag ohne Horizontverschattung ermittelt. Auf die Bedeutung des Parameters spezifischer Jahresertrag (Ertrag/Fläche oder Ertrag/Leistung in kWp) wird hingewiesen, um damit Anlagen vergleichen zu können.

  2. Videoclip: Simulation des Ertrags einer Photovoltaikanlage - Teil 2: Variation der topographischen Verschattung

    Länge: 7.27 Min.
    Aufnahmeort: Büro ATB Becker, Absam
    Filmsetting: Erläuterung mit Hilfe einer Simulationssoftware
    Inhalt: Vier Varianten, bei denen die Standortbedingungen variiert werden, werden hinsichtlich des Ertrags verglichen:
    1. Standort in Wien, keine topographische Verschattung (= ohne Horizontverschattung, Annahme eines Null-Grad Horizonts)
    2. Standort in Wien, mit topographischer Verschattung
    3. Standort in Wien (hinsichtlich der Klimadaten), aber topographische Verschattung eines Standorts in Innsbruck
    4. Standort in Innsbruck (Klimadaten und topographische Verschattung von Innsbruck)
    Beim Vergleich von Variante 2 zu Variante 1 sinkt der Ertrag nur geringfügig (um 0,2%), was auf die geringe Horizontverschattung im Fall von Wien zurückzuführen ist. Um einen signifikanten Einfluss der topographischen Verschattung (bzw. Horizontverschattung) zu demonstrieren, wird in der dritten Variante der Ertrag eines Standorts in Innsbruck simuliert, allerdings noch mit den gleichen Klimadaten wie im Fall des Wiener Standorts, um den alleinigen Einfluss der topographischen Verschattung darzustellen. Die gebirgige Umgebung von Innsbruck sorgt für einen Rückgang des jährlichen Anlagenertrags um 2,5 %. Wenn aber nun die Klimadaten von Innsbruck in die Simulation einfließen (Variante 4), ist der Anlagenertrag um 9,1% höher als in Variante 1. Dies ist auf die höhere solare Einstrahlung bzw. die höhere Anzahl von Sonnenstunden (im Laufe eines Jahres) im Fall von Innsbruck zurückzuführen. Der Rückgang des Ertrags aufgrund der höheren topographischen Verschattung wird also deutlich durch die höhere solare Einstrahlung kompensiert. Um die Daten für die Horizontverschattung des jeweiligen Standorts zu erhalten, werden zuerst mit Hilfe von Google Earth die geographischen Koordinaten ermittelt, welche in PVGIS (frei verfügbare Software) eingegeben werden. In PVGIS ist ein dreidimensionales Modell der Erdoberfläche hinterlegt. Die aus PVGIS extrahierten Daten werden noch mit einem Tabellenkalkulationsprogramm umgeformt und dann in die Simulationssoftware übertragen.

  3. Videoclip: Ertragssimulation einer Photovoltaikanlage - Teil 3: Variation des Wechselrichters

    Länge: 7.27 Min.
    Aufnahmeort: Büro ATB Becker, Absam
    Filmsetting: Erläuterung mit Hilfe einer Simulationssoftware
    Inhalt: Ein anderer Wechselrichter wird ausgewählt und der Anlagenertrag simuliert. Mit diesem Wechselrichter steigt der Anlagenertrag um 2,9%. Beide Wechselrichter kosten etwa gleich viel. Allein durch den Einsatz des leistungsfähigeren Wechselrichters ergibt sich eine finanzielle Einsparung über die Laufzeit des Wechselrichters (Annahme: 13 Jahre) von über 300 Euro (Annahme: Einspeisetarif von 0,15 Euro). Die Datenblätter der beiden Wechselrichter werden verglichen. Der erste Wechselrichter hat einen maximalen Wirkungsgrad von 96,2%, während der zweite einen maximalen Wirkungsgrad von 98% aufweist. Für Wechselrichter sind in der Simulationssoftware Wirkungsgradkennlinien hinterlegt. Im Bereich bis zu 10% der Nennleistung des Wechselrichters steigt der Wirkungsgrad des Wechselrichters rasch an (steile Flanke), dann folgt ein weitgehend linearer Bereich (von 10% bis 100% der Nennleistung des Wechselrichters).

  4. Videoclip: Statik bei Photovoltaikanlagen

    Länge: 10.22 Min.
    Aufnahmeort: Büro ATB Becker, Absam
    Filmsetting: Interview, Erläuterung anhand von Bildern
    Bezug auf den Gewerkeraster: Kap. 3.4.1
    Inhalt: Der schwierigste Bereich bei der Auslegung einer Photovoltaikanlage ist der statische Bereich. Anhand einer Prinzipskizze werden die Lasten, die auf eine Photovoltaikanlage wirken, erklärt. Die auftretenden Lasten sind die Schneelast, das Eigengewicht der Anlage und die Windlast. Für die Planung ist die ungünstigste Kombination der verschiedenen Lasten relevant. Die Schnee- und Windlasten des jeweiligen Standorts sind anzusetzen, wofür die Schnee- und Windlastnormen heranzuziehen sind. In der Schneelastnorm ÖNORM B 1991-1-3 werden vier Schneelastzonen unterschieden:
    1. Schneelastzone 1: geringe Schneelast, im Osten Österreichs, hier ist Wind für die statische Auslegung bedeutsamer.
    2. Schneelastzone 2: zieht sich in zwei Zonen von Ost nach West durch Österreich durch; abhängig von der Seehöhe kann es hier schon schwierig werden, PV-Anlagen statisch auszulegen.
    3. Schneelastzone 3: Nördliche Teile von Ober- und Niederösterreich, entlang des Alpenhauptkamms, Südstaulagen. Hier kann die statische Auslegung einer PV-Anlage bereits eine große Herausforderung darstellen.
    4. Schneelastzone 4: Nördliches Waldviertel, Karpaten, Alpenhauptkamm, Bregenzerwald. Hier gibt es Gegenden, wo die Montage einer PV-Anlage nicht mehr möglich ist.
    Die statische Berechnung ergibt einen Belastungswert in kN (Kilonewton). Dieser Belastungswert bestimmt die Auslegung der Unterkonstruktion und die Auswahl der Module. Zu hohe Schneelasten können zur Beschädigung von Photovoltaik-Modulen führen. Glas-Folien Module können bereits bei Belastungen ab 3 kN Schäden zeigen, Glas-Glas Module halten höhere Belastungen aus. In Gebieten mit sehr hohen Schneelasten sind Fassadenanlagen zu empfehlen: hohe Schneelasten gehen mit langen Perioden einer Schneebedeckung der Module und daher ohne Ertrag einher, weiters wirkt sich die Reflexion der umgebenden Schneedecke günstig auf den Ertrag einer Fassadenanlage aus. Bei einer gängigen Schrägdachanlage, die aus Modulen, Schienen und Dachanbindungselementen besteht, ist das Eigengewicht der Anlage gering. Bei großen Anlagen auf Flachdächern, wo schwere Ballastierung eingesetzt wird, kann der zulässige statische Grenzwert für das jeweilige Dach überschreiten. Viele Gebäude im Bestand entsprechen nicht mehr der aktuellen Schneelastnorm, auf diesen Dächern können ohne Verstärkungsmaßnahmen keine Photovoltaikanlagen montiert werden. Zur Vorgangsweise bei der Planung: Hinsichtlich der Aufnahme von Details der Dachkonstruktion gibt es Checklisten der Systemhersteller, diese sind sorgfältig durchzugehen. Bei Zweifel hinsichtlich der Dachstatik ist eine entsprechende Fachkraft (Zimmermann, Holzbauer, Dachdecker, Bauingenieur, Statiker) hinzuzuziehen.