Rooftop Photovoltaik-Kraftwerk

Eine Photovoltaikanlage auf dem Dach oder eine PV-Anlage auf dem Dach ist eine Photovoltaikanlage, bei der die Elektrizität erzeugenden Solarpaneele auf dem Dach eines Wohn- oder Geschäftsgebäudes montiert sind. Die verschiedenen Komponenten eines solchen Systems umfassen Photovoltaikmodule, Montagesysteme, Kabel, Solarinverter und andere elektrische Zubehörteile.

Auf dem Dach montierte Systeme sind klein im Vergleich zu Photovoltaik-Freiflächenkraftwerken mit Kapazitäten im Megawatt-Bereich. PV-Dachanlagen auf Wohngebäuden weisen typischerweise eine Leistung von etwa 5 bis 20 Kilowatt (kW) auf, während solche, die in gewerblichen Gebäuden installiert sind, oft 100 Kilowatt oder mehr erreichen.

Installation
Die städtische Umgebung bietet eine große Menge an leeren Dachflächen und kann inhärent die potenzielle Landnutzung und Umweltprobleme vermeiden. Die Schätzung der solaren Einstrahlung auf dem Dach ist ein vielschichtiger Prozess, da die Einstrahlungswerte in den Dächern von folgenden Faktoren beeinflusst werden:

Zeit des Jahres
Breite
Wetterverhältnisse
Dachneigung
Dach Aspekt
Abschattung von angrenzenden Gebäuden und Vegetation
Es gibt verschiedene Methoden zur Berechnung möglicher PV-Dachsysteme, einschließlich der Verwendung von Lidar- und Orthophotos. Ausgereifte Modelle können sogar Abschattungsverluste über große Flächen für den PV-Einsatz auf Gemeindeebene ermitteln.

Einspeisetarif-Mechanismus
In einem netzgekoppelten photovoltaischen Kraftwerk auf dem Dach kann der erzeugte Strom manchmal an das dienstleistende Stromversorgungsunternehmen verkauft werden, um ihn an anderer Stelle im Netz zu verwenden. Diese Anordnung bietet eine Amortisation für die Investition des Installateurs. Viele Verbraucher aus der ganzen Welt wechseln aufgrund der erzielten Einnahmen zu diesem Mechanismus. Eine öffentliche Versorgungskommission legt normalerweise den Steuersatz fest, den der Energieversorger für diesen Strom zahlt, der zum Einzelhandelspreis oder zum niedrigeren Großhandelspreissatz sein könnte, was sich stark auf die Amortisationszeit und den Installationsbedarf der Solarenergie auswirkt.

Die FIT, wie sie allgemein bekannt ist, hat zu einer weltweiten Expansion der PV-Industrie geführt.Mit dieser Form der Subvention wurden Tausende von Arbeitsplätzen geschaffen. Es kann jedoch einen Blaseneffekt erzeugen, der platzen kann, wenn die FIT entfernt wird. Es hat auch die Fähigkeit für lokalisierte Produktion und eingebettete Erzeugung erhöht, die Übertragungsverluste durch Stromleitungen verringert.

Hybride Systeme
Ein photovoltaisches Kraftwerk auf dem Dach (entweder netzgekoppelt oder netzunabhängig) kann in Verbindung mit anderen Energiekomponenten wie Dieselgeneratoren, Windturbinen, Batterien usw. verwendet werden. Diese Solarhybrid-Energiesysteme können in der Lage sein, eine kontinuierliche Energiequelle bereitzustellen.

Vorteile
Installateure haben das Recht, Solarstrom in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen und erhalten somit einen angemessenen Prämiensatz pro erzeugter kWh, der die Vorteile von Solarstrom widerspiegelt, um die derzeitigen Mehrkosten von PV-Strom zu kompensieren.

Nachteile
Ein Stromversorgungssystem, das einen Beitrag von 10% von PV-Stationen enthält, würde eine Erhöhung der Lastfrequenzsteuerkapazität (LFC) um 2,5% gegenüber einem herkömmlichen System erfordern, dem durch Verwendung von Synchronwandlern in der DC / AC-Schaltung entgegengewirkt werden kann der PV-Anlage. Die kostendeckenden Kosten für die PV-Stromerzeugung wurden 1996 für Beiträge von weniger als 10% als relativ hoch eingestuft. Höhere Anteile der PV-Stromerzeugung führen zu niedrigeren Break-even-Kosten, aber wirtschaftliche und LFC-Überlegungen sahen eine Obergrenze von etwa 10% für PV-Beiträge zu den gesamten Stromversorgungssystemen vor.

Technische Herausforderungen
Die Integration großer Mengen von PV-Dachanlagen in das Stromnetz ist mit zahlreichen technischen Herausforderungen verbunden. Beispielsweise:

Rückflussleistung
Das Stromnetz war nicht für den Zweiwege-Stromfluss auf der Verteilungsebene ausgelegt.Verteilerabzweige sind normalerweise als ein radiales System für einen Einwegleistungsfluss ausgelegt, der über große Entfernungen von großen zentralen Generatoren zu Kundenlasten am Ende des Verteilungsabzweigers übertragen wird. Bei der dezentralen und dezentralen Solar-PV-Erzeugung auf Dächern verursacht der umgekehrte Strom, dass Strom in das Umspannwerk und den Transformator fließt, was zu erheblichen Herausforderungen führt. Dies hat nachteilige Auswirkungen auf die Schutzkoordination und die Spannungsregler.

Anstiegsraten
Rasche Fluktuationen der Erzeugung von PV-Systemen aufgrund intermittierender Wolken verursachen unerwünschte Spannungsschwankungen in der Verteilungszuführung. Bei einer hohen Eindringtiefe von PV auf dem Dach verringert diese Spannungsvariabilität die Stabilität des Netzes aufgrund eines vorübergehenden Ungleichgewichts bei der Last und der Erzeugung und bewirkt, dass Spannung und Frequenz festgelegte Grenzen überschreiten, wenn sie nicht durch Leistungssteuerungen bekämpft werden. Das heißt, die zentralisierten Generatoren können nicht schnell genug hochlaufen, um sich an die Variabilität der PV-Systeme anzupassen, was eine Frequenzfehlanpassung in dem nahegelegenen System verursacht. Dies könnte zu Stromausfällen führen. Dies ist ein Beispiel dafür, wie eine einfache lokalisierte PV-Anlage auf dem Dach das größere Stromnetz beeinflussen kann. Das Problem wird teilweise durch die flächendeckende Verteilung von Solarpaneelen und durch die Erweiterung der Speicherkapazität gemildert.

Kosten
Preise für private PV-Anlagen (2013)

Land Kosten ($ / W)
Australien 1.8
China 1.5
Frankreich 4.1
Deutschland 2.4
Italien 2.8
Japan 4.2
Großbritannien 2.8
Vereinigte Staaten 4.9
Für private PV-Anlagen im Jahr 2013

Kommerzielle PV-Systempreise (2013)

Land Kosten ($ / W)
Australien 1.7
China 1.4
Frankreich 2.7
Deutschland 1.8
Italien 1.9
Japan 3.6
Großbritannien 2.4
Vereinigte Staaten 4.5
Für kommerzielle PV-Systeme im Jahr 2013

Mitte der 2000er Jahre nutzten Solarunternehmen verschiedene Finanzierungspläne für Kunden wie Leasingverträge und Stromabnahmeverträge. Kunden können ihre Solarpanels über einen Zeitraum von Jahren bezahlen und Hilfe bei Zahlungen aus Guthaben aus Net-Metering-Programmen erhalten. Ab Mai 2017 kostet die Installation einer Aufdach-Solaranlage im Durchschnitt 20.000 US-Dollar. In der Vergangenheit war es teurer.

Utility Dive schrieb: “Für die meisten Menschen ist das Hinzufügen eines Sonnensystems zu anderen Rechnungen und Prioritäten ein Luxus” und “Solarunternehmen auf dem Dach versorgen die wohlhabenderen Teile der amerikanischen Bevölkerung im Großen und Ganzen.”

Die meisten Haushalte, die Solaranlagen erhalten, sind “höheres mittleres Einkommen”. Das durchschnittliche Haushaltsgehalt für Solarkunden liegt bei etwa 100.000 US-Dollar.

In einer Studie über Einkommens- und Sonnensystemkäufe erschienen jedoch “überraschend viele einkommensschwache” Kunden. “Basierend auf den Ergebnissen der Studie schätzen die GTM-Forscher, dass die vier Solarmärkte mehr als 100.000 Installationen in einkommensschwachen Immobilien umfassen.”

Ein im Juni 2018 von der Consumer Energy Alliance (CEA) veröffentlichter Bericht, der die US-Solaranreize analysierte, zeigte, dass eine Kombination aus staatlichen, staatlichen und lokalen Anreizen zusammen mit den sinkenden Nettokosten der Installation von PV-Systemen zu einer höheren Nutzung von Dachsolaranlagen geführt hat in der ganzen Nation. Laut Daily Energy Insider: “Im Jahr 2016 stieg die PV-Kapazität für Wohngebäude im Vergleich zum Vorjahr um 20 Prozent. Die durchschnittlichen Installationskosten für Solaranlagen im Wohnbereich gingen im ersten Quartal um 21 Prozent auf 2,84 US-Dollar pro Watt-DC zurück 2017 gegenüber dem ersten Quartal 2015. ” In acht Staaten, die von der Gruppe untersucht wurden, überstiegen die staatlichen Anreize für die Installation einer PV-Anlage auf dem Dach tatsächlich die Kosten dafür.

Zukunftsaussichten
Die nationale Jawaharlal Nehru-Solarmission der indischen Regierung plant die Installation netzgekoppelter Solar-Photovoltaikanlagen, einschließlich Dach-Photovoltaik-Anlagen mit einer Gesamtkapazität von bis zu 100 Gigawatt bis 2022.