Projekt 19011/01

Aufbau einer Fotovoltaikanlage an der Universität Debrecen/Ungarn als Lehr- und Demonstrationsanlage

Projektdurchführung

Bayerisches Zentrum für angewandte Energieforschung e. V. (ZAE Bayern) Abteilung 4: Solarthermie und Biomasse
Walther-Meißner-Str. 11
85748 Garching

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens ist der Aufbau einer Photovoltaikanlage an der Universität Debrecen für Forschungs- und Ausbildungszwecke. Diese PV-Anlage hat in Ungarn Pilotcharakter. Sie ist als zentrales, netzgekoppeltes System mit einer installierten Spitzenleistung von ca. 9 kWp geplant. Die Anlage soll für Studenten die Möglichkeit bieten, ein breites Spektrum an praktischen Erfahrungen für den Einsatz von PV-Anlagen zu sammeln


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUm die Vielfalt der heute verfügbaren Technik zu zeigen, besteht die Anlage aus 3 verschiedenen Feldern, 2,88 kWp CIS-Solarzellen, 2,88 kWp amorphen Si-Zellen und 2,88 kWp polykristallinen Si-Solarzellen. Jedes Feld hat einen eigenen Wechselrichter. Deren Ausgänge werden zusammengefasst an das Netz gekoppelt. Die erzeugte elektrische Energie wird direkt in das am Gelände vorhandene Niederspannungsnetz eingespeist. Leistungselektronik, Anlagensteuerung und die nötigen Informationseinrichtungen sind direkt in dem Gebäude mit der PV-Anlage der Universität Debrecen untergebracht.
Das Vorhaben gliedert sich im Wesentlichen in Planung, Bau und Betrieb der Anlage. Dabei sind die notwendigen Arbeitsschritte in enger Zusammenarbeit zwischen dem ZAE Bayern und der Universität Debrecen erfolgt, um ein Maximum an Know-how-Transfer zu gewährleisten. Die Anlage dient sowohl der Ausbildung von Studenten als auch zur Demonstration photovoltaischer Stromerzeugung. Die Anlage wird seit dem Sommer 2004 detailliert vermessen.
Für Lehrzwecke wird ein Praktikumplatz für Studenten eingerichtet, an dem praktische Übungen durchgeführt werden können. Im Rahmen des Projektes werden die Ausbildungsinhalte sowie Lehr- und Informationsmaterial gemeinsam erarbeitet und zusammengestellt.
Weiterhin ist eine Visualisierung der Messdaten für eine breitere Öffentlichkeit in der Eingangshalle der Universität vorgesehen.


Ergebnisse und Diskussion

Die Gesamtanlage ist in drei unabhängige Teilanlagen gleicher Spitzenleistung (je 2,88 Wp) mit unterschiedlichen Typen von Solarzellen unterteilt. Jede der drei Teilanlagen ist mit einem eigenen String-Wechselrichter ausgerüstet und kann so unabhängig von den anderen betrieben werden. Die Wechselrichter ihrerseits werden über eine intelligente Messdatenerfassungs- und Diagnoseeinheit den Sunny Boy Control Plus angesteuert, mit dem die für Regelaufgaben in den Wechselrichtern erfassten Messwerte ausgelesen und auf einem PC abgespeichert werden. Diese Messdaten werden zusammen mit zusätzlich erfassten Wetterdaten auf dem Rechner ausgewertet und graphisch dargestellt. Die Messdaten lassen verschiedene Detailuntersuchungen, wie z. B. die Temperaturabhängigkeit des Wirkungsgrades, zu.
Wegen der Instrumentierung kann die Anlage hervorragend in der universitären Ausbildung eingesetzt werden. Im Technikraum, in dem sich die Wechselrichter und die Datenerfassung befinden, wurde ein Praktikumplatz eingerichtet, an dem die Studenten eigene Experimente durchführen und vorliegende Messdaten unter verschiedenen Aspekten auswerten können.
Nach Inbetriebnahme der Anlage traten zwar Betriebsstörungen an zwei Wechselrichtern auf, die durch Überspannungen im Universitätsnetz verursacht wurden. Beide Geräte wurden im Rahmen der Gewährleistung ausgetauscht.
Seit September 2004 läuft der eigentliche Messbetrieb ohne Probleme. Die Datenauswertung zeigte bereits deutliche Leistungs- und Ertragsunterschiede bei den verschiedenen Solarzellentypen. Die polykristallinen Kyocera-Module wiesen erwartungsgemäß den höchsten Wirkungsgrad auf. Der Energieertrag der CIS-Module war bei gleicher Peakleistung geringfügig besser als der der Kyocera-Module, während die amorphen Si-Module von Dunasolar fast 30 % schlechter waren. Dies ist auf unterschiedlichen Einfluss der Betriebsbedingungen zurückzuführen.
Die Kyocera-Module mit den polykristallinen Siliziumzellen erreichen, wie erwartet, mit über 12 % die höchsten Wirkungsgrade. An schönen Tagen wurden einzelne Momentanwerte von fast 14 % ermittelt. Dieser Zellentyp reagiert auch relativ unempfindlich auf schlechtes Wetter.
Der Tageswirkungsgrad der CIS-Module ist mit etwa 9 % deutlich niedriger und zeigt zudem eine gewisse Abhängigkeit von den Einstrahlungsbedingungen. An besonders schönen Tagen wurden beim Wirkungsgrad Momentanwerte knapp über 10 % gemessen. In der Schlechtwetterperiode sinkt der Tageswirkungsgrad sogar etwas stärker ab als bei den polykristallinen Modulen.
Die Dunasolar-Module aus amorphem Silizium haben mit etwas über 3 % den niedrigsten Wirkungsgrad. Hier fällt die Abhängigkeit des Wirkungsgrades bei niedrigen Einstrahlungen geringer aus als bei den beiden anderen Zellentypen.
Die eingesetzten Wechselrichter weisen über den gesamten Messzeitraum einen sehr guten Wirkungsgrad von über 93 % auf, dabei sind alle drei Geräte absolut gleichwertig. Aus den Messungen kann zudem ein sehr gutes Teillastverhalten abgeleitet werden. Der Wirkungsgrad des Wechselrichters sinkt erst unter 5 % Volllast merklich ab.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Zur Information einer breiteren Öffentlichkeit wird eine Visualisierung der Daten mit Großdisplays und Schautafeln im Zentralgebäude der Universität erfolgen. Zusätzlich ist eine Darstellung im Internet vorgesehen. Das Projekt wird in Vorträgen bei verschiedenen Veranstaltungen in Ungarn präsentiert. Über die Betriebserfahrungen der ersten Messperiode wird Herr Dr. Grasselli von der Universität Debrecen auf der Otti-Photovoltaiktagung in Staffelstein (2005) einen Vortrag halten.


Fazit

Insgesamt bietet diese Photovoltaikanlage an der Universität Debrecen mit der eingesetzten Messtechnik hervorragende Möglichkeiten, um durch Experimentieren eigene Erfahrungen zu sammeln und die Ausbildung von Studenten praxisnah zu gestalten.