Solis-Seminar, Folge 36: Der Einfluss des Winters auf den Betrieb von PV-Solaranlagen und damit auf die zusammenhängenden O&M-Überlegungen

Hintergrund

Der Winter ist auf der nördlichen Hemisphäre in vollem Gange. Die Temperaturen beginnen zu fallen und erreichen in einigen Regionen bereits den Gefrierpunkt. Den Prognosen zufolge wird es in Europa zu längeren Perioden mit eisigem und schneereichem Wetter kommen. Was sind nun die spezifischen Auswirkungen des Winters auf den Betrieb einer PV-Anlage, und wie sollten wir einen effektiven Betrieb und eine effektive Wartung (O&M) der PV-Anlage bei kaltem Wetter durchführen?

Dieses Solis-Seminar befasst sich mit den Auswirkungen der kalten Witterung und schlägt vor, wie Sie Ihre Solaranlagen im Winter effektiv betreiben können.

Die wichtigsten Auswirkungen des Winters auf PV-Anlagen

Im Großen und Ganzen ist die Intensität der Sonneneinstrahlung im Winter relativ gering. Betrachtet man die Stromerzeugung einer PV-Anlage in einem Jahr, ist der Sommer die Spitzenzeit der Stromerzeugung und der Winter die Niedrigzeit der Stromerzeugung.

Darüber hinaus wird der Betrieb von Solarkraftwerken im Winter vor allem durch die folgenden Faktoren beeinflusst:

1) Niedrige Temperatur

Bei kalter Witterung sinkt die Umgebungstemperatur in einigen Gebieten oft unter den Gefrierpunkt (0 °C), und in einigen sehr kalten Gebieten kann sie unter -10 °C fallen.

Niedrige Temperaturen beeinträchtigen den Betrieb der Systemausrüstung

Da die Geräte in einer PV-Anlage, wie z. B. Solarmodule, Wechselrichter, Datensammler, Batterien usw., einen bestimmten Betriebstemperaturbereich haben, kann es zu einer Beeinträchtigung des normalen Betriebs kommen, wenn die Temperatur unter der zulässigen Temperatur der Geräte liegt. Dies sollte bei der Wahl des Installationsortes und der Auslegung des Systems berücksichtigt werden.

Empfehlung: Die Geräte sollten in Bereichen aufgestellt werden, in denen die Temperaturen innerhalb der Betriebsgrenzen des Geräts liegen. Geräte wie Energiespeicherbatterien, Haushalts-PV-Wechselrichter, Datensammler usw. können in Innenräumen oder in einer kältesicheren Umgebung installiert werden.

Niedrige Temperaturen beeinträchtigen die Voc-Spannung der PV-Anlage

Die niedrigen Temperaturen führen zu einem Anstieg der Leerlaufspannung (Voc, open circuit voltage) der PV-Strings. Wenn bei der anfänglichen Auslegung des Systems der Einfluss der Temperatur nicht vollständig berücksichtigt wird, kann die String-Voc beim späteren Betrieb des Systems unter niedrigen Temperaturbedingungen die maximal zulässige Eingangsspannung des Wechselrichters überschreiten, was wahrscheinlich zu Schäden führt.

Nehmen wir ein 20kW (maximale DC-Eingangsspannung von 1100V) netzgekoppeltes PV-System als Beispiel, in dem 52 stück 475W PV-Paneele verwendet werden. Unter der Annahme, dass die niedrigste Temperatur im Gebiet während des Tages

-15°C beträgt, ergibt sich die String-Leerlaufspannung (Voc ) aus der folgenden Tabelle:

Anmerkung: Der Temperaturkoeffizient der Leerlaufspannung dieses PV-Panels beträgt -0,28%/℃. Der Wert dieses Koeffizienten ist für verschiedene Marken von PV-Panels unterschiedlich.

Empfehlung: Bei der vorläufigen Planung einer PV-Anlage muss die Leerlaufspannung des PV-Strings bei extrem niedrigen Temperaturen vollständig berücksichtigt werden.  Es sollte ein ausreichender Spielraum vorgesehen werden, um zu verhindern, dass die DC-Überspannung im Winter den Wechselrichter beschädigt. Wenn das System einen „OV-DC"-Alarm hat, muss der DC-Schalter des Wechselrichters sofort ausgeschaltet und die Anzahl der Solarmodule des PV-Strangs reduziert werden.

2) Verschattung

Im Winter ist der Winkel des Sonnenlichts kleiner und die Schatten sind länger. Daher ist die Anordnung der PV-Anlage anfälliger für Abschattungen, was einen großen Einfluss auf die Stromerzeugung der PV-Anlage hat.

Empfehlung: Im Winter sollte die Oberfläche der Solarmodule gereinigt werden, um Schmutzansammlungen zu vermeiden.  Es wird auch empfohlen, überhängende Bäume gut zurückzuschneiden, um die Bildung von Schatten zu verhindern, und schattenverursachende Möbel nach Möglichkeit zu entfernen.

3) Schneedecke

Ein weiteres großes Problem für den Betrieb von PV-Anlagen im Winter ist die Ansammlung von Schnee. Schnee, der die Solarmodule bedeckt, verringert die Sonneneinstrahlung, die von den Solarmodulen empfangen wird, und reduziert direkt die Stromerzeugung. Darüber hinaus kann die langfristige ungleichmäßige Einstrahlung auf die Komponenten aufgrund des Hot-Spot-Effekts auch größere versteckte Gefahren verursachen.

Die Schneedecke stellt aufgrund ihres Gewichts zusätzlich eine große Herausforderung für die Strukturdesign der gesamten PV-Anlage dar. Starke Schneeansammlungen können sogar zum Einsturz der PV-Anlage führen, was zu Anlagenschäden, Personen- und Sachschäden führen kann.

Empfehlung:

1) Schnee von den Modulen rechtzeitig räumen

Wenn sich in einer PV-Anlage Schnee ansammelt, muss dieser rechtzeitig entfernt werden, um zu verhindern, dass sich übermäßige Schneeansammlungen zu Eis formen, das die Anlage schwer und schwierig zu reinigen macht. Bitte verwenden Sie für die Reinigung weiche Gegenstände, zerkratzen Sie das Glas nicht und treten Sie nicht auf das PV-Panel.  

Die Schneeräumung umfasst nicht nur die Räumung für die Solarmodule, sondern auch für die Geräte wie Wechselrichter und Stromverteilerschränke. Wenn Sie zum Beispiel den Kühlluftauslass des Wechselrichters rechtzeitig von Schnee befreien, verhindern Sie, dass die Oberfläche des Wechselrichters und des externen Kühlgebläses vereist.

2) Planung und Installation an die örtlichen Gegebenheiten anpassen

In Gebieten mit häufigem Schneefall müssen wir den Neigungswinkel des Solarmoduls innerhalb des optimalen Neigungsbereichs erhöhen. Innerhalb der Grenzen der effektiven Stromerzeugung ist es auch günstig für den Schnee auf der Oberfläche des Solarmoduls, somit kann er sich herunterrutschen.

Halten Sie bei der Installation einen gewissen Abstand zwischen der Unterseite des Solarmoduls und dem Boden ein, um zu verhindern, dass sich Schnee auf der Unterseite ansammelt. Darüber hinaus wird empfohlen, die Solarmodule in Gebieten, in denen es häufig schneit, horizontal zu installieren. Im Vergleich zu vertikalen Installationen kann mit dieser Lösung sichergestellt werden, dass es zwischen der Unterseite des Solarmoduls und dem Boden genügend Platz gibt, um Schneestapel zu vermeiden. Aufgrund der strukturellen Eigenschaften eines Solarmoduls trägt die horizontale Installation dazu bei, den Verlust bei der Stromerzeugung zu verringern.

Es wird auch empfohlen, den Wechselrichter an einem Ort zu installieren, an dem Schnee vermieden werden kann, z. B. unter der Halterung des Solarmoduls, in Innenräumen usw. Wenn der Wechselrichter auf einer Freifläche installiert wird, empfiehlt es sich, ein Ablenkblech anzubringen, um zu verhindern, dass übermäßiger Schnee die Kühlluftkanäle des Wechselrichters blockiert oder zusätzliches Gewicht den Wechselrichter zu Fall bringt und beschädigt.

3) Online-Betrieb und Wartung

Die strenge Kälte, der Wind und der Schnee im Winter können bei der Wartung einer PV-Anlage große Schwierigkeiten verursachen. Daher wird empfohlen, zusätzlich zu den Betriebs- und Wartungsaktivitäten wie Schneeräumung und Austausch von Geräten die meisten Inspektions-, Betriebs- und Wartungsarbeiten der PV-Anlage aus der Ferne über die intelligente Überwachungsplattform von Solis, also SolisCloud, durchzuführen.

Zusammenfassung

Der Winter steht vor der Tür!  Neben dem ausreichenden Schutz durch Wärme- und Kälteschutzmaßnahmen müssen Sie auch Ihr eigenes Photovoltaik-Kraftwerk warten und die Paneele sauber und frei von Verschattungen halten.  Wenn Schnee fällt, sollten Sie ihn schnell räumen, um mögliche Schäden und Stromausfälle zu vermeiden.  Wenn Sie bei der Planung einer neuen PV-Solaranlage die örtlichen Gegebenheiten und Wettermuster berücksichtigen, können Sie sicherstellen, dass die Stromversorgung auch in strengen Wintern gewährleistet ist.