Das technische Konzept

Die Module sind das Herzstück einer Fotovoltaikanlage. Zur Auswahl führten letztendlich zwei Kriterien: Erstens die Größe, mit 130x100 cm konnte die Aufstellfläche optimiert werden. Zweitens das Kosten-Nutzen-Verhältnis. Die Auswahl fiel auf SHARP-Module mit einer Nennleistung von 160 W. Dieses Modul weist eine Leistungstoleranz von nur 5% auf, und erfüllt die Schutzklasse II. Die Anlage umfasst 300 Module und verfügt damit über eine Gesamtleistung von 48 kWp.

Die Anlage auf dem Dach der Blumenauer Schule ist modular mit sogenannten trafolosen Strangwechselrichtern aufgebaut. Dabei sind jeweils 15 Module auf einen Wechselrichter geschaltet. Für die 300 Module werden insgesamt 20 Wechselrichter eingesetzt. Gegenüber der herkömmlichen Bauweise mit niedrigen Eingangsspannungen und einem zentralen Wechselrichter hat diese Variante mehrere entscheidende Vorteile:

1. Durch Serienschaltung einer entsprechenden Anzahl von Modulen werden hohe Gleichspannungen bis zu 500 V DC erreicht. Durch großzügige Kabelquerschnitte sinken die Verluste in den Zuleitungen von den Modulen zu den Wechselrichtern auf ein Minimum.
2. Die Wechselrichter suchen sich abhängig von der aktuellen Sonneneinstrahlung jeweils den optimalen Arbeitspunkt zur Umwandlung in Wechselstrom, d.h. zur konstanten Einspeisung ins Netz.
3. Ein sogenanntes Mismatching (Fehlanpassung) innerhalb des großen Generatorfeldes kann vermieden werden, wenn sich die einzelnen Modulstränge nicht gegenseitig beeinflussen. Die Entkoppelung der Einzelstränge führt zu einer deutlichen Leistungsoptimierung, vor allem auch durch Zusammenfassung von Modulen mit ähnlichen Leistungswerten.
4. Fällt ein Wechselrichter oder ein Modul aus, ist nicht die gesamte Anlage, sondern lediglich ein kleiner Teil betroffen. Leistungs- und Ertragsausfälle werden somit minimiert.

In der Konfiguration einer Fotovoltaik-Anlage stellen die Wechselrichter die bedeutendste Komponente dar. Der Auswahl eines zuverlässigen Gerätetyps kommt daher eine hohe Bedeutung für den Ertrag und die Ausfallsicherheit der Anlage zu. Aus einer Vielzahl von Wechselrichtern fiel in diesem Projekt die Wahl auf die bewährten Produkte der Fa. SMA, Die Garantiezeit beträgt 24 Monate, gegen eine geringen Aufpreis wird die Garantiezeit auf zehn Jahre verlängert.
Die Wechselrichter werden untereinander und mit Zusatzkomponenten (Datenlogger, Sensoren, etc.) verbunden. Über diese Datenleitung ist ebenso die Anbindung von diversen Telekommunikationsmedien möglich (Fax, Modem, SMS, Internet). Per Modem werden die Daten weitergeleitet, so dass ständig die Funktionstüchtigkeit der Anlage überwacht wird und alle relevanten Betriebsdaten aufgezeichnet werden. Im Fehlerfall wird eine Nachricht an ein Fax oder Handy (per SMS) gesendet, längere Ausfallzeiten können damit zuverlässig vermieden werden.

Zur Aufstellung des Tragegestells wurde die vorhandene Kiesschüttung beiseite geräumt, Bauschutzmatten verlegt und das Aluminiumgestell auf Trapezblechen befestigt. Nach der Ausrichtung der Reihen wurde der Kies als Beschwerung wieder auf die verlegten Bleche gegeben, und die Module wurden auf das Gestell montiert.

Die Modulverkabelung erfolgte mit einem speziellen Solarkabel, mit hochwertigen einpoligen gasdichten Steckverbindern (Multi-Contact-Stecker), dies ermöglichte kurze Montagezeiten und vermied Fehlerquellen bei der Verbindung.

Die Netzeinspeisung bei der Schule in der Blumenau erfolgt über einen eigenen Anschluss an das öffentliche Versorgungsnetz. Die Anlage arbeitet damit völlig unabhängig vom schulischen Netz. Die Wechselrichter sind auf dem Dach im Freien unter der großen Modulfläche untergebracht, die Kabel werden außen am Gebäude heruntergeführt, die Einspeisung erfolgt im Keller. Die Überwachung und ggf. die Abschaltung vom Netzes erfolgt durch mehrere redundante Sicherheitsbaugruppen (sogenannte ENS) im Wechselrichter.
An der Außenfassade des Schulgebäudes wurde eine Anzeigetafel angebracht, die die momentane Leistung, die insgesamt bisher erzeugte Strommenge und die dadurch vermiedene CO2-Emission anzeigt.

Die Leistungsdaten der Anlage werden von einem Datenlogger aufgezeichnet und können per Modem abgefragt werden. Im Fehlerfall wird eine Nachricht an ein Fax oder Handy (per SMS) gesendet, längere Ausfallzeiten können damit zuverlässig vermieden werden.