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2011-02: Solarthermie im Megawattsektor

Solarthermie

Am 18. September 2010 eröffnete die Energie AG an der Westautobahn bei Eberstalzell (Bezirk Wels-Land) das größte Sonnenkraftwerk Österreichs. Damit wird die Region endgültig zum Photovoltaik-Zentrum Österreichs. Der "SolarCampus der Energie AG" ist aber weit mehr als ein Kraftwerk - durch die Größe und die Systemvielfalt kann gezielt Anwendungs- und Technikforschung im Bereich Photovoltaik betrieben werden.

1MWp-Sonnenkraftwerk Oberösterreich

Von Heinrich Wilk und Stefan Pointner *

Österreichs größtes Sonnenkraftwerk liefert seit 21. Mai 2010 umweltfreundlichen Strom aus der Sonne. Im Kraftwerk, das mit 1 Megawatt Leistung die bedeutendste Anlage dieser Art in Österreich ist, sind fast 8.000 Quadratmeter Solarmodule installiert. Der SolarCampus hat Signalwirkung weit über Oberösterreichs und Österreichs Grenzen hinaus. Es werden wichtige Impulse für die österreichische Wirtschaft gesetzt und Arbeitsplätze gesichert. Der SolarCampus als Photovoltaik-Leuchtturm passt sich hier perfekt ein und setzt ein deutliches Signal für die konsequente Umsetzung der Energiewende in Oberösterreich. Das Kraftwerk ist auch ein Signal für das kommende solare Zeitalter.
Das Kraftwerk dient der aktiven Anwendungsforschung. Durch die Größe der Anlage wird das Sonnenkraftwerk zur idealen Versuchs- und Forschungsanlage für die Photovoltaik. Verschiedene Paneeltechniken und Wechselrichterkonzepte werden untersucht.
Die Energie AG hat bereits in den vergangenen Jahrzehnten immer wieder Meilensteine bei der Nutzung alternativer Energien gesetzt. Das Sonnenkraftwerk am Loser im Ausseer-Land ist eine der größten Photovoltaik-Anlagen in den Alpen und ging 1989 in Betrieb. In die Fassade des 2008 eröffneten PowerTower, der Konzernzentrale der Energie AG [1], ist das österreichweit größte fassadenintegrierte Photovoltaiksystem integriert.

Projektbeschreibung

Im März 2009 hat der Vorstand der Energie AG den Auftrag erteilt ein Solarkraftwerk mit einer Spitzenleistung von 1 MW zu errichten. Nach der Standortsuche und der technischen Planung wurde das Projekt bei der Behörde eingereicht und genehmigt.

Kenndaten:  
Gesamtleistung: 1 MW
Solarmodule: mono- und poly-Si Zellen, Dünnschichtpaneele
Neigungswinkel: 30°<
Orientierung: Süd
Tracker: 6 verschiedene nachgeführte Einheiten
Wechselrichter: CL48 von Fronius
Einspeisung: 30 kV – Netz

Die Solarpaneele haben wir so ausgewählt dass wir einen möglichst hohen Gewinn an Know-how erzielen können. Neben den klassischen kristallinen Solarzellen von 5 verschiedenen Herstellern wollen wir Erkenntnisse über die neuen Dünnschichttechnologien gewinnen:

  • Amorphes Silizium: Schott (D)
  • Kupfer Indium Selenid: Würth Solar (D), Mia Sole (USA)
  • Cadmium-Tellurid: First Solar (USA, D)

Mit den Bauarbeiten für die Freiflächenanlage wurde nach umfangreichen Vorleistungen im Spätherbst 2009 begonnen. Idealer Standort für die beeindruckende Großanlage ist ein ca. 60.000 Quadratmeter großes Grundstück an der Westautobahn bei Eberstalzell im Bezirk Wels-Land. Der Jahresstromertrag wurde für ein Standardjahr mit knapp 1.000.000 kWh berechnet.

Abbildung 1: Mitarbeiter bei der Modulmontage

Der Forschungscharakter ist ein wesentlicher Teil des Vorhabens. Es wurden Solarmodule verschiedener Technologien und Hersteller installiert: Monokristalline und polykristalline Solarmodule sowie verschiedene Dünnschichttechnologien. Mit der Sonne nachgeführten Solargeneratoren (Tracker) wird der zusätzliche Stromertrag im Vergleich zum finanziellen Mehraufwand analysiert. Ein umfangreiches Monitoringprogramm unterstützt die Visualisierung. Weiters wurde ein Infocenter errichtet das der Unterbringung der technischen Einrichtungen dient sowie für Präsentations- und Informationszwecke verwendet wird.

Zeitplan:  
• Standortsuche Herbst 2008
• Planung Frühling 2009
• Behördeneinreichung 14.4.2009
• Behördenverhandlung 18.5.2009
• Spatenstich: 8. Juli 2009
• Ausschreibungen Sommer 2009
• Baubeginn InfoCenter Dezember 2009
• Montage Solargenerator Frühling 2010
• Inbetriebnahme: 21. Mai 2010

Solargeneratoren

Die Solargeneratoren werden in Reihen angeordnet und sind genau nach Süden ausgerichtet. Die Solarmodule sind zur Horizontalen um 30° geneigt montiert. Der Abstand der Reihen beträgt 11 m. Als Flächennutzungsfaktor ergibt sich bei dieser Reihenanordnung der Wert von 0,27. Ein Ertragsverlust von ca. 1 % wegen gelegentlicher Schneebedeckung ist eingerechnet.
Schaltschema_EnergieAG.ppt
Bild 3: Schaltschema
Die Solarmodule werden in Reihen montiert, es befinden sich immer zwei Paneele hochkant übereinander. Die Stränge wurden so verschaltet, dass jeweils eine obere Reihe bzw. eine untere Reihe einen eigenen Strang bildet. Das hat den Vorteil, dass bei Schneelage durch das Abrutschen bereits die oberen Stränge Strom erzeugen können während die unteren noch schneebedeckt sind. Laut Quaschning [2] ergibt sich durch Abschattung der Reihen untereinander eine Ertragsminderung von ca. 2%. Würde man Module aus der oberen und der unteren Reihe in Serie verschalten, läge der Abschattungsverlust bei 3 %.
Für die Gestelle des Solargenerators wurden Rammfundamente der bayerischen Firma Schletter eingesetzt. Die Gestelle der einzelnen Reihen werden zusätzlich elektrisch leitfähig mehrfach miteinander verbunden um einen guten Potentialausgleich im Solargeneratorfeld zu erzielen. Die Module wurden mit Spezialschrauben montiert, damit ein gewisser Diebstahlschutz erreicht wird.
Die einzelnen Stränge der Solargeneratoren werden überwacht. Fällt ein Strang aus wird dieser Fehler erfasst und es erfolgt die Alarmierung des Betriebspersonals.

Abbildung 2: Schnitt durch das Infocenter

Blitzschutz

Das massive Aluminiumprofil der Querträger (Pfetten) kann im Falle eines Blitzschlages den Blitzstrom über die Rammprofile zur Erde ableiten. Die Modultische werden mit Fangspitzen versehen. Die Einschlaghäufigkeit für einen Quadratkilometer liegt in dieser ebenen Gegend laut ALDIS bei 1,3 Blitzen pro Jahr. Die Anlage umfasst ca. 5 ha, das entspricht 1/20 von 1 km². Daraus folgt, dass wir im Mittel mit einem Blitzeinschlag alle 15,5 Jahre rechnen müssen.

Abbildung 3: Schaltschema

Wechselrichter und Netzanschluss

Nach Abwägung der Vor- und Nachteile haben wir uns für ein zentrales Wechselrichterkonzept entschieden. Die Inverter werden im Erdgeschoss des Infocenters untergebracht. Damit sind sie vor Wind und Wetter geschützt und haben eine längere Lebenserwartung.

Abbildung 4: Anordnung der Solargeneratorreihen

Der Anschluss der Photovoltaikanlage an das Mittelspannungsnetz erfolgt über ein ca. 1 km langes 30 kV - Erdkabel. Die Leistung des neu errichteten Transformators beträgt 1250 kVA.

Betriebsgebäude / Infocenter

Am Anlagenstandort war auch der Bau eines Betriebsgebäudes für die technische Ausstattung des Kraftwerkes notwendig. Die Energie AG nutzte diese Gelegenheit um das Betriebsgebäude zum offenen Kompetenzzentrum für erneuerbare Energien, Energieeffizienz und Innovationen zu erweitern.

Literatur:

  • [1] „66 kWp Photovoltaikfassade des Power Tower, dem Aktiv-Bürohochhaus der Energie AG Oberösterreich“, 25. Symposium Photovoltaische Solarenergie, Bad Staffelstein, März 2010, Dipl.-Ing. Heinrich Wilk, Energie AG Oberösterreich, Kraftwerke GmbH
  • [2] „Höhere Flächenausbeute durch Optimierung bei aufgeständerten Modulen“, 13. Symposium Photovoltaische Solarenergie, Staffelstein, März 1998, Prof. Dr.-Ing. Volker Quaschning, Prof. Dr.-Ing. Rolf Hanitsch, TU-Berlin

*) DI Heinrich Wilk ( This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )ist Projektleiter bei der Energie AG Oberösterreich www.energieag.at [^]

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