Die Erstinbetriebnahme von Photovoltaikanlagen

Viele Photovoltaikanlagen die uns in unserer täglichen Arbeit begegnen bleiben deutlich unter ihren Möglichkeiten in Bezug auf Stromertrag und Ausfallsicherheit. Teilweise bleiben einfache Fehler schon vom ersten Betriebstag an Jahre lang unerkannt und führen so zu dauerhaften Mindererträgen, die man leicht hätte vermeiden können. Grund genug einmal einen Artikel zu diesem Thema zu schreiben, der sich ausdrücklich an Betreiber von PV-Anlagen wendet und das sonst übliche Fachchinesisch hier im Blog zu vermeiden versucht.

 

pvCheck an einer PV-Anlage im Saarland
pvCheck an einer PV-Anlage im Saarland

Was macht der Netzbetreiber

Nachdem eine Photovoltaikanlage fertig installiert wurde, wird diese irgendwann in Betrieb genommen. Meist macht der Installateur schon einige Tage vor dem offiziellen Abnahmetermin mit dem zuständigen Betreiber des Stromnetzes einen Probebetrieb. Wenn dann alles einwandfrei funktioniert, wird ein Abnahmetermin vereinbart und der Netzbetreiber schickt einen Mitarbeiter zur Abnahme der PV-Anlage. Diese „Abnahme“ betrifft allerdings lediglich eine Prüfung, ob die Solarstromanlage alle gültigen Regeln in Bezug auf den Netzparallelbetrieb mit dem Stromnetz des Netzbetreibers erfüllt. Er prüft daher ob die lokal geltenden technischen Anschlussbedingungen (TAB) eingehalten wurden. Diese Regeln bauen auf allgemein geltenden Regeln auf, die in sogenannten Anwendungsregeln des VDE (Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik) festgehalten sind. Eine Anwendungsregel ist eine abgespeckte Variante einer Norm. Der VDE definiert wie folgt: „VDE-Anwendungsregeln sind Handlungsempfehlungen, die den Stand der Technik und ein Mindestniveau an Sicherheit definieren und helfen, die europäische und internationale Normungsarbeit vorzubereiten“. Für den Netzparallelbetrieb von Photovoltaikanlagen sind hier zwei Anwendungsregeln zu beachten.

Anwendungsregeln für den Netzparallelbetrieb von Photovoltaikanlagen.

Für PV-Anlagen die direkt an das Niederspannungsnetz angeschlossen werden (400V Ebene) gilt die VDE AR-N 4105 und für Mittelspannungsanlagen (20kV Ebene) gilt die VDE AR-N 4110. Als Mittelspannungsanlagen gelten alle Anlagen, die über einen eigenen Transformator verfügen und direkt in die Mittelspannungsebene einspeisen. Größere Gewerbekunden, die einen eigenen Trafo haben und eine größere PV-Anlage auf Ihrem Dach betreiben werden auch oft nach der VDE AR-N4110 angeschlossen. Welche Regel angewandt wird obliegt den Vorgaben des jeweiligen Netzbetreibers. Ich möchte allerdings in diesem Artikel nicht im Detail auf den Inhalt dieser Regeln eingehen. Ich möchte nur klarstellen, dass die Abnahme des Netzbetreibers sich lediglich darauf bezieht, dass sich die PV-Anlage „netzkonform“ verhält. Eine Prüfung der Anlage selbst wird vom Netzbetreiber nicht durchgeführt. Alles was vor dem Wechselrichter (auf DC-Ebene) passiert, um es mal salopp zu formulieren, ist dem Netzbetreiber egal.

Was macht der Installateur

Ein sorgfältig arbeitender Installateur führt über die Abnahme des Netzbetreibers hinaus eine sogenannte Erstprüfung der Photovoltaikanlage gemäß der Norm DIN EN 62446 durch. In dieser Norm, die übrigens europaweit gilt, ist genau geregelt welche Dokumentationsunterlagen zu erbringen sind und welche Messungen bei der Erstinbetriebnahme durchzuführen und vor allem auch zu dokumentieren sind.
Ob all die in der genannten Norm aufgeführten Dokumentationsunterlagen auch tatsächlich erbracht werden und ob alle Messungen auch gemacht wurden, wird dann in aller Regel nicht mehr überprüft. Dies müsste ja der Betreiber der Anlage selbst machen und der kennt sich sehr oft nicht wirklich mit all den technischen Details aus.

Häufig vorkommende Mängel

So kommt es leider sehr häufig vor, dass man nach Jahren zur Überprüfung einer Anlage kommt, von der es keine oder nur eine sehr unzureichende Dokumentation gibt. Ganz oft sind darüber hinaus ganz einfache Regeln nicht eingehalten worden. Ein typisches Beispiel ist die Beschriftung der einzelnen Betriebsmittel, die nicht dauerhaft lesbar ausgeführt wurde. Beschriftungen der einzelnen Modulstränge, wenn sie denn überhaupt beschriftet wurden, sind ganz oft schon nach wenigen Jahren unleserlich.

Die Beschriftung der DC Stränge ist oft unleserlich ausgeführt und kann schon nach ein paar Jahren nicht mehr identifiziert werden.
Die Beschriftung der DC Stränge ist oft unleserlich ausgeführt und kann schon nach ein paar Jahren nicht mehr identifiziert werden.

Das führt bei der Fehlersuche dann dazu, dass man selbst bei einem vorhandenen Plan daran scheitert, nicht zu wissen wo welches der am Wechselrichter ankommenden Kabel im Feld bzw. auf dem Dach endet. Eine Fehlersuche, die bei guter Dokumentationslage in kurzer Zeit beendet wäre, muss dann zunächst mal mit einer sauberen Nachdokumentation der Anlage beginnen. Wie man Modulstränge findet, die nicht beschriftet wurden, wurde in anderen Artikeln in diesem Blog schon mehrfach beschrieben.

DC Leitungen müssen erd- und kurzschlusssicher verlegt werden.
DC Leitungen müssen erd- und kurzschlusssicher verlegt werden.

Es kommt allerdings auch immer wieder vor, dass wir auf Anlagen treffen, die gute Dokumentationsunterlagen aufweisen, die sich dann bei näherer Betrachtung allerdings als fehlerhaft erweisen. So musste z.B., wegen eines in der Planungsphase unberücksichtigt oder von anderen Gewerken beim Neubau nachträglich errichteten Dachaufbaus (was sehr häufig vorkommt), plötzlich ein ganzes Modulfeld versetzt und gänzlich anders als auf dem Plan verzeichnet, angeordnet werden. Der Plan wurde dann aber nach Fertigstellung der Anlage nicht mehr angepasst und hat mit der vorgefundenen Realität nichts mehr zu tun. Wenn der Betreiber solche Sachverhalte bei der Inbetriebnahme nicht zumindest in Stichproben überprüfen lässt bleiben solche Fehler im Plan über Jahre unerkannt.

Die Verklemmung von Aluminiumkabeln erfordert besondere Aufmerksamkeit, da Alukabel am Luftsauerstoff eine nichtleitende Oberflächenschicht bilden, die nichtleitend ist.
Die Verklemmung von Aluminiumkabeln erfordert besondere Aufmerksamkeit, da Alukabel am Luftsauerstoff eine nichtleitende Oberflächenschicht bilden. Solche Mängel können im schlimmsten Fall zu Bränden führen.

Neben den Fehlern im Plan kommt es sehr häufig auch zu einfachen Verkabelungsfehlern die unerkannt bleiben. So haben wir schon Anlagen vorgefunden, bei denen bei Wechselrichtern mit vielen parallel geschalteten Modulsträngen unterschiedliche Stranglängen vorhanden waren. Als Erklärung für den technischen Laien sei gesagt, dass man Modulstränge (also die Reihenschaltung vieler Solarmodule) nur dann parallel schalten darf, wenn sie gleich viele Module enthalten.
Sehr oft kommt es auch vor, dass östlich und westlich ausgerichtete Modulstränge auf einen Wechselrichtereingang geklemmt werden oder – noch schlimmer – dass östlich und westlich ausgerichtete Solarmodule in einem Strang verschaltet werden. Dies führt zu erheblichen Mindererträgen des betroffenen Modulstranges.

Bei Anlagen mit zwei Modulausrichtungen muss es exakt zwei Tagesverlaufskurven geben. Taucht eine dritte Kurve auf, so wurde ein Verkabelungsfehler gemacht.
Bei Anlagen mit zwei Modulausrichtungen muss es exakt zwei Tagesverlaufskurven geben. Taucht eine dritte Kurve auf, so wurde ein Verkabelungsfehler gemacht. (rote Pfeile)

All die beschriebenen Fälle bleiben zunächst unerkannt. Der Wechselrichter läuft trotzdem und speist Strom ins Netz ein. Er liefert nur halt erheblich weniger, als er eigentlich hätte liefern können wenn alles richtig gemacht worden wäre.

Datenüberwachung und Fehlersuche

Sie fragen sich jetzt womöglich, ob man solche Minderleistungen nicht sofort an der Datenüberwachung erkennen würde, die bei größeren PV-Anlagen ja zum Glück mittlerweile zum Standard geworden ist ?
Die Antwort lautet: Im Prinzip ja. Die Praxis zeigt allerdings, dass sehr oft die Firmen die die Anlage gebaut haben anschließend auch mit dem Monitoring, also der Datenüberwachung der Anlage beauftragt werden. Derjenige, der also beim Bau eventuell einen Fehler gemacht hat oder im Eifer des Gefechts versäumt hat, die Doku auf den neusten Stand zu bringen, kontrolliert sich nun selbst und soll eigene Fehler aufdecken ?

Ich möchte an dieser Stelle ausdrücklich darauf hinweisen, dass es nicht unser Selbstverständnis ist mit dem Finger auf Installateure zu zeigen und ihnen potenziell schlechte Arbeit zu unterstellen. Viele Installateure machen einen sehr guten Job und auch ich selbst habe früher installiert und auch ich habe ab und zu Fehler gemacht (deshalb finde ich sie heute auch recht schnell 😉 ). Es gibt hier einfach einen natürlichen Interessenkonflikt. Der Betreiber einer PV-Anlage möchte die Erträge maximieren und der Installateur muss den Aufwand für Wartung und Monitoring in einem vertretbaren Rahmen halten. An welcher Stelle sich hier ein Schnittpunkt bildet, ist meistens nicht ganz klar.

Um den Aufwand der Fehlersuche für den Installateur so gering wie irgend möglich zu halten, veranstalten wir übrigens seit Jahren zweimal im Jahr unsere „Seminare zur systematischen Fehlersuche an Solarstromanlagen“.

Kleinere Fehler, wie ausgefallene Strangsicherungen bleiben oft über einen langen Zeitraum unentdeckt.
Kleinere Fehler, wie ausgefallene Strangsicherungen bleiben oft über einen langen Zeitraum unentdeckt (Der rote Pfeil markiert den Zeitpunkt des Ausfalls).

Das Monitoring sollte also sinnvollerweise von einem unabhängigen Dritten durchgeführt werden. Doch das Monitoring kann nur dann seinen vollen Nutzen entfalten, wenn die virtuell abgebildete Anlage mit der physisch vorhandenen Anlage auch übereinstimmt. Leider finden wir in der Praxis auch hier oft große Unterschiede zwischen Anspruch und Wirklichkeit.
Mit einem guten Monitoring kann man heutzutage die Stecknadel im Heuhaufen finden. Man kann sehr gut Ausfallzeiten dokumentieren, man kann schleichend einsetzende Fehler frühzeitig erkennen und Gegenmaßnahmen treffen, solange es noch nicht zu sehr ins Geld geht.

Isolationsfehler kündigen sich oft schon sehr lange vor einem Anlagenausfall, durch verspätetes Einschalten einzelner Wechselrichter, an.
Isolationsfehler kündigen sich oft schon sehr lange vor einem Anlagenausfall, durch verspätetes Einschalten einzelner Wechselrichter, an.

Doch all das ist nur möglich, wenn bei der Erstinbetriebnahme nicht geschludert wurde und wenn sämtliche Daten sauber am Online Portal eingepflegt wurden. Moderne Portale eigenen sich übrigens hervorragend dazu, dort auch sämtliche Dokumentationunterlagen und alle Wartungsberichte zu hinterlegen, so dass auch nach Jahren noch alle Unterlagen sofort zur Hand sind und man nicht stundenlang alte Aktenordner durchsuchen muss um die passenden Pläne zu finden.

angebotene Dienstleistung

Aus den oben genannten Gründen haben wir uns mittlerweile auf die Erstinbetriebnahme-Prüfungen von Photovoltaikanlagen spezialisiert. Unser pvInbetriebnahmecheck zielt darauf ab, PV-Anlagen schon ab den ersten Betriebsstunden mit der vollen Leistungsfähigkeit zu betreiben. Unsere Fehlersuche die ich hier im Blog schon in vielen Details beschrieben habe, ist mittlerweile soweit fortgeschritten, dass wir die sprichwörtliche „Stecknadel im Heuhaufen“ finden können. Findet man die Fehler erst nach vielen Betriebsjahren, hat man viel Stromertrag verschenkt. Außerdem kommt es oft vor, dass man einen Fehler findet aber der Garantiegeber sich mittlerweile in die Insolvenz verabschiedet hat. All diese Erfahrungen haben dazu geführt, dass wir unsere Anstrengungen zukünftig verstärkt auf Neuanlagen legen und unsere Rolle in der eines „Geburtshelfers für hoch performante Solarstromanlagen“ sehen.

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