Elektrosicherheit

Schutz von Anlagen der Agro-Photovoltaik

Geeignetes Blitz- und Überspannungsschutzkonzept erforderlich

ep7/2020, 3 Seiten

Die Preise für die Hauptkomponenten von PV-Anlagen sind in den letzten Jahren stetig gesunken. Die daraus resultierenden niedrigen Stromgestehungskosten eröffnen der Photovoltaik völlig neue Anwendungsfelder, wie z. B. die Agrophotovoltaik. In verschiedenen Pilotprojekten zeigt es sich bereits, dass die Doppelnutzung von Land für den Anbau von Pflanzen oder die Aufzucht von Tieren einerseits und für die Stromerzeugung andererseits, wirtschaftliche Vorteile bietet. Es ist zu erwarten, dass die Agro-Photovoltaik in naher Zukunft eine starke Verbreitung findet.

Seiten

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 1) mit PV-Modulen in einer Höhe von ca. 5 m über den Feldern (ähnliche Konstruktionen für Autobahnen könnten folgen);
Bild 1: PV-Module, die wie ein Dach

Beim zweiten Konstruktionstyp werden PV-Module auf der Oberseite und/oder auch an den Seiten gewerblich genutzter Gewächshäuser angebracht (Bild 2). Solche Konzepte werden bereits seit einigen Jahren verwendet und erfreuen sich aufgrund des verbesserten Pflanzenwachstums zunehmender Beliebtheit.

Bild 2: PV-Module, die an der Konstruktion von Gew

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.

Seiten