Projekt Photovoltaik

Die Idee zum Projekt entstand bereits im Jahr 2010. Damals hatten wir eine kleine, nachgeführte Versuchsanlage mit nur zwei PV-Modulen im Kopf. Im Laufe der Zeit entschieden wir uns aber für den Bau einer größeren Anlage.

Letztendlich bauten wir nun eine nachgeführte Photovoltaik Anlage mit einer Spitzenleistung von zwei Kilowatt. Nachfolgend wird kurz der Bauvorgang dokumentiert. Links:

Aufstellungsort: ein Nussbaum musste weichen

Zuerst war ein geeigeneter Aufstellungsort zu suchen. Unser Garten ist recht groß und offen, trotzdem war es nicht einfach einen Platz zu finden an dem die Sonne immer zu sehen ist. Im Endeffekt wurde ein Nussbaum gefällt. An diesem Platz ist eine hervorragende Sonneneinstrahlung jederzeit gewährleistet.

Das Fundament

Ein Minibagger hob die Baugrube aus. Es wurde für ausreichend Bewehrung gesorgt, mehrere Erder zur Blitzableitung eingeschlagen und das Fundament mit insgesamt 4 Kubikmetern Beton gegossen. Ganz oben wurde ein geeigneter Flansch aus massivem Eisen aufgesetzt damit der Mast gut sitzt und befestigt werden kann.

Der Mast

Direkt auf die Metallplatte am Fundament wurde ein Mast aus Edelstahl befestigt. Der Mast kommt günstig vom Schrotthändler. Passende Flansche waren bereits vorhanden. Befestigungen für die Schaltschränke wurden angeschweißt. Die Wandstärke des Mastes beträgt lediglich drei Millimeter, deswegen wurde der Mast zur Sicherheit bis auf etwa zweieinhalb Meter Höhe ausbetoniert.

Das Drehgelenk

Zur Drehung war ein ordentliches Lager nötig. Wir kauften ein sog. Doppelkugellager von SKF welches axiale und radiale Kräfte aufnehmen kann. Immerhin werden einige hundert Kilogramm auf der Konstruktion gelagert. Die Welle mit Flansch stammt aus dem landwirtschaftlichen Bereich, der Zahnkranz ist von einem Schwungrad eines Opel-Automotors. Ein passendes Starterritzel wird die Konstruktion über ein Schneckengetriebe in Drehung versetzen. Der Motor ist ein Gleichstrom-Getriebemotor von Pollin mit ca. 50W Leistung.

Erste Versuche...

Als nächstes wurde eine Testkonstruktion aus Holz angefertigt. Damit konnten die Bewegungsabläufe, Lager und Abmessungen von verschiedenen Einzelteilen getestet werden. Die Lagerwelle zur Neigung hat 40mm Durchmesser. Sie wird von 4 Lagern gehalten. Außerdem wurde mit diesem Prototyp die Steuerung entwickelt und getestet.

Die Steuerung

Die Anlage wird von einem Mikrocontroller angesteuert. Am nachfolgenden Foto sieht man die wesentlichen Komponenten die zur Anwendung kommen:

die Nachführungsmethode

Die Sonnenposition wird mittels Datum/Uhrzeit berechnet (Drehwinkel und Neigungswinkel). Datum/Uhrzeit werden über die Internetverbindung abgeglichen (NTP). OpenMCP bietet hier alle nötigen Funktionen: NTP Client und fertige Clock-Funktionaliät. Die Ist-Positionen werden über Sensoren gemessen: ein Beschleunigungssensor misst die Erdanziehungskraft in zwei Achsen. Daraus lässt sich der aktuelle Neigungswinkel berechnen. Ein Drehsensor misst über einen Permanentmagneten den aktuellen Drehwinkel (Danke an die Fa. LCM!)

der Modulunterbau

Aus 8x8cm Formrohren wurde ein stabiler Unterbau geschweißt welcher die Aluschienen für die PV-Module trägt. Die Schweißarbeiten waren ziemlich aufwendig.

Drehung/Neigung

Hier sieht man nochmal schön wie die Drehung und Neigung funktioniert. Der Neigungswinkel wird mit einer Trapezgewindespindel eingestellt.

Montage der Turmeinheit

Die gesamte Einheit wurde mit Traktor und Frontlader gehoben und auf dem Flansch abgesetzt. Danach wurden die Alu-Profile montiert an welchen die PV-Module mit Schrauben befestigt werden.

Montage der Module

Die Module wurden einzeln ausgerichtet und mit den passenden Schrauben an den Alu-Profilschienen befestigt. Insgesamt wurden 16 Module mi jeweils 120Wp montiert. Die benötigte Fläche beträgt etwa 15 Quadratmeter (ca. 5m x 3m).

eingebaute Steuerung

Die Steuerung wurde im Schaltschrank direkt am Mastfuß eingebaut. Darüber wurde eine DC-Freischaltbox montiert. Hier können die Module direkt abgeschaltet werden falls Wartungsarbeiten nötig sind. Zudem ist in der Freischaltbox ein Überspannungsableiter integriert.

der Wechselrichter

Die Modulkabel wurden über ein eingegrabenes Leerrohr in die etwa 30m entfernte Garage geführt (soweit möglich jeweils mit zwei parallelgeschalteten 6mm2 Kabeln). Dort ist der Wechselrichter montiert (Fronius IG20 mit max. 2kW Leistung).

Inbetriebnahme

Am 29. August 2011 wurde von der EnergieAG der Zähler getauscht. Der alte Ferraris Zähler wurde demontiert und ein neuer Zähler (AMIS) montiert. Gleichzeitig wurde von der Fa. Elektro Wallner die Anlage an das Stromnetz angschlossen. Herzlichen Dank nochmal an die Firma Wallner!

Statistiken

Die Steuerung schickt jede Minute die gesammelten Messdaten an einen Webserver zur Auswertung. Der Webserver archiviert die Daten in einer Mysql Datenbank und präsentiert die Ergebnisse in Form von schönen RRD-Grafiken:

Auswertung und Steuerung mit Mobiltelefon

Zusätzlich zu den Statistiken im Internet habe ich noch eine Anwendung für mein Android Handy programmiert. Damit kann ich die aktuellen Messwerte kontrollieren und manuelle Steuerbefehle absetzen.

Herzlichen Dank an alle Helfer

Ihr habt uns bei entscheidenden Arbeiten weitergeholfen!