Netzgekoppelte Photovoltaikanlage

Eine netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage oder netzgekoppelte PV-Anlage ist eine stromerzeugende PV-Anlage, die an das öffentliche Stromnetz angeschlossen ist. Eine netzgekoppelte PV-Anlage besteht aus Solarpanelen, einem oder mehreren Wechselrichtern, einer Energiekonditionierungseinheit und Netzanschlüssen. Sie reichen von kleinen privaten und kommerziellen Aufdachanlagen bis hin zu großen solarthermischen Kraftwerken. Im Gegensatz zu autarken Stromversorgungssystemen enthält ein netzgekoppeltes System selten eine integrierte Batterielösung, da diese immer noch sehr teuer sind. Wenn die Bedingungen stimmen, liefert die netzgekoppelte PV-Anlage den überschüssigen Strom, der über den Verbrauch der angeschlossenen Last hinausgeht, an das öffentliche Stromnetz.

Komponenten einer Solaranlage
Ein Solarstromsystem besteht aus Solarmodulen, einem Montagesystem, Verkabelung, einem Wechselrichter und einer Verbindung zum Stromnetz über einen Kilowattstundenzähler.

Solarplatten
Der sichtbarste Teil einer netzgekoppelten Solaranlage sind die Solarpanels. Diese fangen das Licht ein und wandeln es in Gleichstrom um.

Versammlung
Solarstromanlagen können auf verschiedene Arten montiert werden. Auf schrägen Dächern, auf Flachdächern, auf dem Boden, im Dach oder mit einem Sonnennachführsystem (und so genanntem Tracker). Man muss immer auf die Wind- und Schneelast achten. Wenn diese nicht richtig berechnet werden, kann ein Solarkraftwerk bei starkem Wind oder starkem Schneefall ausfallen oder gar zusammenbrechen. Die meisten Montagesysteme bestehen aus Aluminium.

Bei der Montage auf einem Flachdach wird eine separate Tragkonstruktion angebracht, auf der die Paneele zur Sonne hin montiert sind. Die am häufigsten verwendete Befestigungsform in den Niederlanden und Belgien ist die Montage auf einem Schrägdach. Die Solaranlage wird direkt auf oder im Dach installiert. Bei einer sogenannten “Dachinstallation” werden Dachziegel nicht mehr installiert, sondern die Solarpaneele selbst sind Teil des Daches. Eine solche Konstruktion hat einen höheren ästhetischen Wert, aber Nachteile bestehen darin, dass die Montage auf einem bestehenden Dach arbeitsintensiver ist, dass weniger Kühlluftströmung um die Paneele herum vorhanden ist, so dass der Wirkungsgrad abnimmt und dieser Austausch manchmal ein Problem darstellt, wenn er neuer ist Gegenstände haben unterschiedliche Abmessungen ..

Sonnenkollektoren können auch auf einer unabhängigen Konstruktion direkt auf dem Boden montiert werden. Aufgrund der ungünstigen Steuerregelung und des relativ hohen Grundstückspreises wird diese Form in den Niederlanden nicht häufig verwendet.

In einem Sun-Tracking-System folgen die Sonnenkollektoren dem Lauf der Sonne. Dafür sind die Solarpanels auf einem Gerät montiert, das sie optimal auf die Sonne richtet. Ein solches System hat eine höhere Ausbeute, ist jedoch teurer in der Anschaffung und anfälliger für Fehlfunktionen.

Wandler
Der Wechselrichter wandelt die Gleichspannung der Solarpaneele in Wechselstrom von beispielsweise 230 oder 110 Volt um, der in das Netz eingespeist werden kann.

Betrieb
Haustechnische, netzgekoppelte Dachanlagen mit einer Leistung von mehr als 10 Kilowatt können die Belastung der meisten Verbraucher bewältigen. Sie können überschüssige Energie in das Netz einspeisen, wo sie von anderen Nutzern verbraucht werden. Die Rückmeldung erfolgt über ein Messgerät zur Überwachung der übertragenen Leistung. Die Photovoltaikleistung kann unter dem durchschnittlichen Verbrauch liegen, in diesem Fall wird der Verbraucher weiterhin Strom aus dem Netz beziehen, jedoch weniger als bisher. Wenn die Photovoltaikleistung den Durchschnittsverbrauch wesentlich übersteigt, wird die von den Paneelen erzeugte Energie die Nachfrage deutlich übersteigen. In diesem Fall kann die überschüssige Energie Einnahmen bringen, indem sie an das Netz verkauft wird. Je nach Vereinbarung mit dem örtlichen Energieversorgungsunternehmen muss der Verbraucher lediglich die Kosten für den Stromverbrauch abzüglich des erzeugten Stroms übernehmen. Dies ist eine negative Zahl, wenn mehr Strom erzeugt als verbraucht wird. Zusätzlich werden in einigen Fällen Geldanreize vom Netzbetreiber an den Verbraucher gezahlt.

Der Anschluss der Photovoltaikanlage kann nur durch eine Zusammenschaltungsvereinbarung zwischen dem Verbraucher und dem Versorgungsunternehmen erfolgen. Die Vereinbarung beschreibt die verschiedenen Sicherheitsstandards, die während der Verbindung einzuhalten sind.

Eigenschaften
Sonnenenergie, die von photovoltaischen Solarmodulen gesammelt wird, die für die Lieferung an ein Stromnetz bestimmt sind, muss durch einen netzgekoppelten Wechselrichter konditioniert oder für den Gebrauch aufbereitet werden. Grundsätzlich ändert ein Wechselrichter die DC-Eingangsspannung von der PV- in die AC-Spannung für das Netz. Dieser Wechselrichter befindet sich zwischen der Solaranlage und dem Stromnetz, bezieht Energie von jedem und kann eine große eigenständige Einheit oder eine Sammlung von kleinen Wechselrichtern sein, die jeweils an einzelnen Solarmodulen befestigt sind. Siehe AC-Modul. Der Wechselrichter muss die Netzspannung, die Wellenform und die Frequenz überwachen. Ein Grund für die Überwachung ist, wenn das Netz tot ist oder sich zu weit außerhalb seiner Nenndaten bewegt, der Wechselrichter keine Solarenergie mitführen darf. Ein Wechselrichter, der mit einer fehlerhaften Stromleitung verbunden ist, trennt sich automatisch in Übereinstimmung mit den Sicherheitsregeln, z. B. UL1741, die sich je nach Rechtsprechung unterscheiden. Ein weiterer Grund für die Überwachung des Gitters durch den Wechselrichter besteht darin, dass der Wechselrichter für den normalen Betrieb mit der Gitterwellenform synchronisiert werden muss und eine etwas höhere Spannung als das Gitter selbst erzeugen muss, damit die Energie problemlos von der Solaranlage nach außen fließen kann.

Verbindungsoptionen
Die Produktion kann auf verschiedene Arten genutzt werden:

Total Eigenverbrauch
Die elektrische Produktion wird vor Ort von den in Betrieb befindlichen Geräten verbraucht (Eigenverbrauch). Wenn die momentane Produktion den momentanen Verbrauch übersteigt, wird der Überschuss in das Netzwerk injiziert, ohne gezählt zu werden;

Reversible Zählen
Die elektrische Produktion wird vor Ort von den in Betrieb befindlichen Geräten verbraucht (Eigenverbrauch). Wenn die momentane Produktion den momentanen Verbrauch übersteigt, wird der Überschuss in das Netzwerk injiziert und bewirkt, dass der Stromzähler zurückkehrt (bei den elektromechanischen Zählern umgekehrt). Diese Lösung wird nicht mehr verwendet, da sie mit den neuen elektronischen Zählern nicht kompatibel ist.

Injektion des Überschusses
Die elektrische Produktion, die von den in Betrieb befindlichen Geräten vor Ort verbraucht wird (Eigenverbrauch), wird vom Produktionszähler nicht gezählt, sondern reduziert die Verbrauchszahl.Nur der Überschuss der Produktion im Vergleich zum momentanen Verbrauch wird verkauft;

Injektion der Totalität
Die gesamte Produktion wird in das Netzwerk eingespeist und verkauft. Ein produktionsspezifischer Verzweigungspunkt wird dann vom Netzwerkmanager erstellt. Wie bei allen Gebäuden, die an das Netzwerk angeschlossen sind, wird auch für den Verbrauch der vorhandene Verbrauchszähler verwendet.

Verwaltungsverfahren
Sie sind obligatorisch und müssen die Verbindung zum Netzwerk einer Photovoltaik-Produktionsanlage formalisieren. Die Schwere und die unaufhörliche Veränderung dieser Ansätze sind ein Haupthindernis für die Entwicklung der nationalen Märkte bestimmter Länder (Italien, Frankreich).

Anti-Islanding
Islanding ist der Zustand, in dem ein verteilter Generator weiterhin einen Standort versorgt, obwohl kein Strom aus dem Stromversorgungsnetz mehr vorhanden ist. Insassen können für die Arbeiter des Kraftwerks gefährlich sein, da sie möglicherweise nicht erkennen, dass ein Stromkreis noch immer mit Strom versorgt wird, obwohl das Stromnetz keinen Strom liefert. Aus diesem Grund müssen verteilte Generatoren die Inselbildung erkennen und sofort aufhören, Strom zu erzeugen;Dies wird als Anti-Islanding bezeichnet.

Bei einem Stromausfall in einer netzgekoppelten PV-Anlage liefern die Solarpanels so lange Strom, wie die Sonne scheint. In diesem Fall wird die Versorgungsleitung zu einer “Insel” mit Strom, die von einem “Meer” von nicht mit Strom versorgten Leitungen umgeben ist. Aus diesem Grund müssen Solarwechselrichter, die dafür ausgelegt sind, das Netz mit Strom zu versorgen, im Allgemeinen eine automatische Anti-Islanding-Schaltung aufweisen. Bei absichtlicher Inselbildung trennt sich der Generator vom Netz und zwingt den dezentralen Generator, den lokalen Stromkreis mit Strom zu versorgen. Dies wird oft als Strom-Backup-System für Gebäude verwendet, die normalerweise ihren Strom an das Stromnetz verkaufen.

Es gibt zwei Arten von Anti-Islanding-Kontrolltechniken:

Passiv: Die Spannung und / oder die Frequenzänderung während des Netzfehlers wird gemessen und eine positive Rückkopplungsschleife wird verwendet, um die Spannung und / oder die Frequenz weiter von ihrem Nennwert wegzudrücken. Die Frequenz oder Spannung darf sich nicht ändern, wenn die Last sehr gut mit dem Umrichterausgang übereinstimmt oder die Last einen sehr hohen Qualitätsfaktor hat (reaktiv auf das reale Leistungsverhältnis). Es existiert also eine Nicht-Erkennungszone (NDZ).

Aktiv: Bei dieser Methode wird ein Fehler in der Frequenz oder Spannung eingefügt. Wenn das Gitter ausfällt, akkumuliert der Fehler und drückt die Spannung und / oder Frequenz über den akzeptablen Bereich hinaus.

Technische Aspekte
Der Eigentümer des Systems, zuerst der Stromerzeuger
Elektrizität leiht sich immer bevorzugt den Weg des geringsten elektrischen Widerstandes. Der Eigentümer des Systems, ob es sich um elektrische Geräte im Haushalt oder um seine nächsten Nachbarn handelt, erhält a priori einen signifikanten (aber nicht ausschließlichen) Anteil an der erzeugten Energie, ohne einen signifikanten Einfluss des Vorhandenseins oder Fehlens eines Stromzählers auf den Strom zu haben Weg. Nur der (bescheidene) Widerstand des Zählers greift ein. Auf der anderen Seite greift die Wahl der Injektionsoption im Netzwerk nicht ein.

Installations- und Verbindungsstandards Verschiedenes
Je nach Land existieren mehr oder weniger strenge Standards. Die meisten der in Europa verkauften Wechselrichter sind aufgrund der Entwicklung der vernetzten Photovoltaik in Deutschland so ausgelegt, dass sie den deutschen Normen und Anschlussanforderungen entsprechen. Diese Standards und Anforderungen wurden häufig von den Netzbetreibern anderer europäischer Länder übernommen. Bei netzgekoppelten Photovoltaikanlagen müssen die Wechselrichter der DIN VDE 0126-1.1 (Deutschland, Frankreich …) entsprechen oder von einem zugelassenen Labor (Großbritannien, G77) zertifiziert sein. In Bezug auf Photovoltaik-Module sind in Frankreich die folgenden Normen zu beachten: IEC 61215 (kristalliner Typ) und IEC 61646 (Dünnschichttyp). Für die Dimensionierung der Komponenten ist es notwendig, den kontinuierlichen Teil CC (vor dem Wechselrichter) und die AC-Alternative (nach dem Wechselrichter) zu unterscheiden. Die geltenden Texte sind der Leitfaden der UTE C15-712-1 für den Teil CC und der französischen Norm NF C 15-100 für den Teil CA 2.

Wartung eines mit dem Netzwerk verbundenen Systems
Die netzgekoppelte Photovoltaikanlage ist das System für erneuerbare Energien, das am einfachsten zu betreiben ist, da keine vorbeugende Wartung erforderlich ist. Die Einspeisung des im Netz erzeugten Stroms sowie die Bereitstellung des Verbrauchs des Standortes erfolgt automatisch.Mit Ausnahme eines rauchigen oder staubigen Industriegeländes erfolgt die Reinigung der Sensoren auf natürliche Weise durch Wind und Regen. Eine einfache Überwachung kann mögliche Systemfehler erkennen. Es ist jedoch notwendig, den Austausch des Wechselrichters vorzusehen, der im Durchschnitt eine Nutzungsdauer von 8 bis 12 Jahren hat.

Vorteile
Systeme wie Net Metering und Einspeisetarife, die von einigen Systembetreibern angeboten werden, können die Stromnutzungskosten eines Kunden ausgleichen. An einigen Standorten können Netztechnologien die Einspeisung dezentraler Erzeugung in das Netz jedoch nicht verkraften, so dass der Export von überschüssigem Strom nicht möglich ist und der Überschuss geerdet ist.

Netzgekoppelte PV-Anlagen sind vergleichsweise einfacher zu installieren, da sie kein Batteriesystem benötigen.

Die Netzkopplung von photovoltaischen (PV) Energieerzeugungssystemen hat den Vorteil einer effektiven Nutzung der erzeugten Energie, da keine Speicherverluste auftreten.

Ein photovoltaisches Energiesystem ist während seiner Lebensdauer Kohlenstoff-negativ, da jegliche Energie, die über das hinaus zum Bau des Panels erzeugt wird, anfänglich die Notwendigkeit der Verbrennung fossiler Brennstoffe ausgleicht. Obwohl die Sonne nicht immer scheint, gibt jede Installation eine vernünftig vorhersagbare durchschnittliche Reduzierung des Kohlenstoffverbrauchs.

Nachteile
Netzgekoppelte PV kann Probleme bei der Spannungsregelung verursachen. Das traditionelle Gitter arbeitet unter der Annahme einer einseitigen oder radialen Strömung. Aber Strom, der in das Netz eingespeist wird, erhöht die Spannung und kann Pegel außerhalb der akzeptablen Bandbreite von ± 5% ansteuern.

Netzgekoppelte PV-Anlagen können die Stromqualität beeinträchtigen. PVs intermittierende Natur bedeutet schnelle Spannungsänderungen. Dadurch werden nicht nur Spannungsregler durch häufiges Einstellen verschlissen, sondern es kann auch zu einem Spannungsflimmern kommen.

Die Verbindung mit dem Stromnetz stellt viele schutzbezogene Herausforderungen. Zusätzlich zu dem oben erwähnten Inseleffekt führen zu hohe Niveaus von netzgekoppelten PV zu Problemen wie Relais-Desensibilisierung, Störungsauslösung, Interferenz mit automatischen Wiedereinschaltern und Ferroresonanz.

Wirtschaftliche Aspekte

Kosten von Systemen
Der Gesamtpreis einer Photovoltaikanlage ist abhängig von:

einer möglichen Vorstudie (atypische Rechtsordnung, mittlere oder große Systeme)
Art der Ausrüstung und Installationsbedingungen;
Netzwerkverbindung;
gegebenenfalls Verzinsung.
Der Preis der Ausrüstung hängt hauptsächlich von der Größe des Systems und davon ab, wie es in das Gebäude integriert ist.

Materialpreis und Installation enthalten:

Leistung Boden- oder Dachmontage Dachintegration, einfach Glasintegration, PV-Fliesen …
1 bis 3 kWp 5 bis 7 € / Wc 5 bis 7 € / Wc > 7 € / Wc
3 bis 10 kWp 3,5 bis 5 € / Wc 3,5 bis 5 € / Wc > 5 € / Wc
von 10 kWp bis 36 kWp 3 bis 5 € / Wc 3,5 bis 5 € / Wc <10 € / Wc
von 36 kWp bis zu mehreren MW 2 bis 4 € / Wc 3 bis 4,5 € / Wc <7 € / Wc

Amortisationszeit
Die Gesamtkosten der Sonnenkollektoren bestehen aus dem Kauf, der Abschreibung, den Kreditzinsen, der Platzierung, der Wartung, der Versicherung und eventuell der Lizenz und der Subvention. Die Amortisationszeit hängt von der Lage der Solarmodule, der Art der Montage und der Entwicklung des Strompreises ab. Die Amortisationszeit für Photovoltaik-Solarmodule nimmt allmählich ab. Auf einem Ziegeldach direkt nach Süden montiert, wird 2015 in diesem Jahr rund 7 Jahre zum gleichen Strompreis sein.

Erlauben
Manchmal ist es erforderlich, eine Genehmigung für die Installation von Solarmodulen zu beantragen. Dies ist zum Beispiel bei geschützten Dorf- oder Stadtansichten und / oder Denkmälern der Fall.

Energiepreis
Im Durchschnitt kostet ein Watt Peak (Wp) eines kristallinen Solarpanels etwa 1 Euro (ohne Montage). 100 Wp erzeugen in den Niederlanden etwa 70 bis 90 kWh pro Jahr, je nach Standort, Dachneigung, Schattenhöhe und Art des Solarpanels. Die Berechnung basiert auf der Tatsache, dass die Sonnenkollektoren Energie liefern, die sie nicht beim Elektrizitätsunternehmen kaufen müssen. Elektrizitätsgesellschaft kostet etwa 0,20 bis 0,23 Euro pro kWh (im Jahr 2013). Wenn Sie per Saldo mehr Strom erzeugen, als Sie benötigen, kann dieser für die Einspeisevergütung von ca. 0,05 bis 0,09 Euro pro kWh an das Elektrizitätsunternehmen verkauft werden, was weniger lukrativ ist.

Steuerliche Anreize
Viele europäische Regierungen haben sich entschieden, Solarenergie für Steuerzwecke zu fördern.

MWST auf Sonnenkollektoren
Aufgrund des Urteils Fuchs ist es seit dem 20. Juni 2013 möglich, die von den Steuerbehörden gezahlte Mehrwertsteuer auf Solarpanels zu beantragen.

Energieausgleich
Die Produktion von Solarzellen erfordert auch Energie. Das Maß wird in der Zeit ausgedrückt, in der diese Energie erzeugt wird. Dies wird als Energiebilanz bezeichnet, in Belgien und den Niederlanden zwischen 1 und 2 Jahren.

Vergütung für die Produktion von Strom in die Netze injiziert
Je nach den politischen Entscheidungen der verschiedenen Länder gibt es unterschiedliche Vergütungsformen.

Quoten
“Grüne Zertifikate” und “Herkunftsnachweise”. Die produzierten Kilowattstunden werden durch den Verkauf von “grünen Zertifikaten” oder “Herkunftsnachweisen” an Organisationen, die sie benötigen, bezahlt.

Kaufpreis
(in Englisch Feed-in-Tarif, oder FIT) Kilowattstunden werden durch einen Einkaufstarif bezahlt, dessen Höhe vom Staat oder dem Käufer gemäß den Gesetzen des Landes oder des Staates festgelegt wird. In Frankreich sieht der Erlass vom März 2011 eine vierteljährliche Überprüfung der Einkaufspreise für photovoltaische Energie vor. Diese Tarife werden von der Energy Regulatory Commission (CRE) veröffentlicht, die von der Regierung mit der Beratung der Koeffizienten S und V beauftragt wird, die den Einspeisetarif bestimmen. Seit März 2011 kann sich der Kaufpreis vierteljährlich ändern, insbesondere abhängig von der Anzahl der Netzanfragen. Da diese Preise über den Marktpreisen liegen, werden die der Kaufverpflichtung unterliegenden Betreiber für die zusätzlichen Kosten durch einen Aufschlag auf alle in Rechnung gestellten kWh kompensiert: die CSPE.

Rentabilität der Systeme
Diese Systeme sind auf der Ebene der Gemeinschaft als solche nicht “rentabel”, wenn nur die finanziellen Kosten berücksichtigt werden, da die erzeugte Elektrizität teurer ist als die von anderen Stromerzeugungssystemen (einschließlich erneuerbarer Energie: Wind, Solare Thermodynamik, usw.) wegen der hohen Investitionskosten aufgrund des nach wie vor hohen Preises von Photovoltaikmodulen, aber die derzeitige Förderpolitik ermöglicht es, Kosten zu senken, damit diese saubere Energie gewinnbringend wird (was durch die unvermeidliche Erhöhung von die Kosten fossiler Brennstoffe).

Dank direkter oder indirekter Subventionen kann eine Einrichtung 2010 jedoch für ihren Eigentümer sehr profitabel sein. Eine in den Jahren 2008 und 2009 in Südfrankreich installierte Anlage erzielte eine Rendite von mehr als 12%. So kostete beispielsweise eine Anlage in Südfrankreich bei der im Jahr 1,4 kWh erzeugten Verlegung 7 € pro Wattspitze, 601 € pro kWh (0,58 € / kWh in 2010), fast das Doppelte des deutschen Einkaufspreises , ohne Risiken (die Sonneneinstrahlung variiert wenig, das Material ist sehr zuverlässig und der Kaufpreis ist garantiert).

Perpignan ist im Jahr 2011 die Stadt, die die größte Photovoltaik-Anlage der Welt in Gebäuden integriert (ohne Photovoltaik-Solarkraftwerke); Der Standort Saint-Charles International umfasst 97.000 Photovoltaik-Fliesen auf 68.000 m2 Dachfläche. Es produziert mehr als 9800 MWh pro Jahr (genug, um eine Stadt mit mehr als 8000 Einwohnern mit Strom zu versorgen).