Um Ackerland sowohl für die Stromerzeugung als auch die Landwirtschaft zu nutzen, ist es erforderlich, die PV-Anlagenkonstruktion so auszubilden, dass sich landwirtschaftliche Maschinen ungehindert darunter bewegen können. Aufgrund ihrer erhöhten und damit exponierten Bauweise sind diese PV-Anlagen Blitzeinschlägen ausgesetzt. Für die nachhaltige Verfügbarkeit der Agro-Photovoltaikanlagen ist daher ein geeignetes Blitz- und Überspannungsschutzkonzept notwendig. Dabei ist besondere Sorgfalt bei der Planung von Schutzkonzepten für PV-Anlagen auf Gewächshäusern geboten. Halten sich dort häufiger Menschen auf, so muss auch dies in die Risikobetrachtung für die Planung einfließen.
Arten landwirtschaftlicher PV-Anlagen
Es gibt zwei verschiedene, vielversprechende Konstruktionstypen:
- Der erste Typ ist eine erhöhte Konstruktion (Bild) mit PV-Modulen in einer Höhe von ca. 5 m über den Feldern (ähnliche Konstruktionen für Autobahnen könnten folgen);
- Beim zweiten Konstruktionstyp werden PV-Module auf der Oberseite und/oder auch an den Seiten gewerblich genutzter Gewächshäuser angebracht. Solche Konzepte werden bereits seit einigen Jahren verwendet und erfreuen sich aufgrund des verbesserten Pflanzenwachstums zunehmender Beliebtheit.
Zusätzlich werden in näherer Zukunft neuartige Solarzellentechnologien kommerziell verfügbar sein. In den oben genannten Applikationen werden neue transparente PV-Zellen wie DSC (dye-sensitized cell), organische Zellen und spezielle siliziumbasierte ClearView-Zellen Verwendung finden. Die neue Technologie der transparenten PV-Zellen wird es ermöglichen, dass das gesamte Dach abgedeckt werden kann, was allerdings auch die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein Blitzschlag die PV-Panels direkt trifft. Die Bedeutung des Blitzschutzes wird daher noch steigen. Hierzu zählt z. B. auch der Einsatz von Überspannungsschutzeinrichtungen, da in diesen neuen PV-Modulen sensiblere Komponenten zum Einsatz kommen als beispielsweise in PV-Modulen auf Basis von Silizium.
Hauptmerkmale aufgeständerter PV-Anlagen
Pflanzen benötigen direktes Sonnenlicht, sodass die Modulreihen einen größeren Abstand zueinander haben müssen als in Freiflächenanlagen, bei denen der Abstand zwischen den Reihen normalerweise 2 m beträgt. Dies bedeutet im Vergleich zu den Freiflächenanlagen einen erhöhten Bedarf an Verkabelungsmaterial. Um die Kosten für diese Verkabelung zu senken, ist es von Vorteil, die Systemspannung von DC 1500 V so weit wie möglich zu nutzen, damit weniger Kupfer zur Energieübertragung benötigt wird. Eine geeignete Lösung für eine PV-Systemspannung von DC 1500 V ist die Zentralwechselrichter-Topologie inklusive DC-Generatoranschlusskästen. Um jedoch die möglichen sicherheitsrelevanten Probleme, wie z. B. Brandgefahr durch DC-Lichtbögen in den Griff zu bekommen, sind „smarte“ und gut geschützte Generatoranschlusskästen erforderlich. Solche Anschlusskästen sollten einen integrierten Überspannungsschutz haben und in der Lage sein, DC-Lichtbögen zu erkennen.
Die elektrischen Komponenten für solche PV-Anlagen müssen ebenfalls in ähnlicher Höhe wie die PV-Module angebracht werden, damit diese nicht durch Tiere oder durch den Einsatz von Traktoren und anderer landwirtschaftlicher Geräte beschädigt werden können. Dadurch wird die Zugänglichkeit dieser Komponenten erschwert. Um den Aufwand bei Wartungs- oder Serviceeinsätzen trotzdem gering zu halten, ist es empfehlenswert, die Anzahl dieser elektrischen Komponenten auf ein Minimum zu begrenzen und vor blitzbedingten Überspannungen zu schützen. Werden z. B. Zentralwechselrichter eingesetzt, so sind es lediglich die Generatoranschlusskästen, welche in einer gewissen Höhe montiert werden. Idealerweise sind diese dann noch so ausgeführt, dass ein manueller Eingriff während des Betriebs, z. B. der Austausch einer Sicherung oder eines Überspannungsschutzgerätes (SPD), vermieden werden kann. Somit empfiehlt es sich schon beim Anlagendesign, die später zu erwartenden Betriebskosten zu betrachten.
Autoren: H. Krämer, M. Valand
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14.02.2023, Hamburg:
