BRCASE
STUDIES
Reale Anlagen, reale Erträge
149 Optimierer im Einsatz: Wie knapp 70 kWp trotz komplexer Dachflächen möglich werden
Unterschiedliche Dachausrichtungen, wechselnde Neigungen und zahlreiche Verschattungssituationen stellen die Planung einer Photovoltaikanlage vor besondere Herausforderungen. Bei dieser Anlage kamen zusätzlich vertikale Balkonmodule, gegenüberliegende Dachflächen innerhalb gemeinsamer Strings sowie Module auf Carport, Gartenhaus und Nebengebäuden hinzu.
Das Ziel des Betreibers war dennoch klar: Die vorhandenen Flächen sollten bestmöglich genutzt werden, um eine installierte Gesamtleistung von knapp 70 kWp zu erreichen. Die Anlage sollte nicht nur die beiden Gebäude mit Solarstrom versorgen, sondern auch die Grundlage für zwei Speichersysteme, sechs Ladepunkte, die elektrische Warmwasserunterstützung sowie den geplanten Ausbau mit Wärmepumpen und Klimaanlagen schaffen.
Mithilfe von 149 BRC Power Optimizern M605-M konnten selbst anspruchsvolle Flächen und komplex aufgebaute Strings in das Gesamtkonzept integriert werden.
Die Ausgangssituation
Die Photovoltaikanlage erstreckt sich über zwei Gebäude mit separaten Hausanschlüssen. Insgesamt wurden 161 Solarmodule mit einer Gesamtleistung von 69,83 kWp installiert.
Gesamtanlage
- Installierte Gesamtleistung: 69,83 kWp
- Anzahl der Solarmodule: 161
- Anzahl der BRC Power Optimizer M605-M: 149
- Wechselrichter: 4 Fronius-Wechselrichter
- Speicherkapazität: insgesamt 64 kWh
- Monitoring: 5 BRConnect 2.0
- Netzanschluss: 2 separate Hausanschlüsse
- Ladeinfrastruktur: 6 Anschlüsse mit jeweils 11 kW
Module
- 137 × Trina Solar TSM-NEG9RC.27 mit 430 Wp
- 24 × Trina Solar TSM-NEG9R.28 mit 460 Wp
Wechselrichter
- 2 × Fronius Verto 25
- 2 × Fronius Symo GEN24 12.0 SC
Speichersystem
- 2 × Fronius Reserva Pro mit jeweils 32 kWh
- Ein Speichersystem pro Gebäude
- Gesamtspeicherkapazität: 64 kWh
Monitoring und Datenkommunikation
Für das Monitoring kommen insgesamt fünf BRConnect 2.0 zum Einsatz:
- 3 × BRConnect 2.0 in Gebäude 1
- 2 × BRConnect 2.0 in Gebäude 2
Die besonderen Herausforderungen
Die Planung der PV-Anlage war durch zahlreiche Ausrichtungen, Neigungen und Verschattungssituationen geprägt. Neben klassischen Dachflächen sollten auch ein Carport, ein Gartenhaus sowie vertikal montierte Balkonmodule in das Anlagenkonzept eingebunden werden.
Verschattung an Gebäude 1
An Gebäude 1 führen ein benachbartes Gebäude sowie umliegender Baumbewuchs insbesondere im Frühling, Herbst und Winter zu zeitweisen Verschattungen. Auf der Südwestseite erzeugt zusätzlich ein langer Schornstein einen schmalen Wanderschatten, der im Tagesverlauf über einzelne Module zieht.
Auch das Gartenhaus ist durch den umliegenden Bewuchs und das höher gelegene Carport wechselnden Verschattungen ausgesetzt. Direkt neben dem Carport befindet sich zudem eine hohe Straßenlaterne. Wie stark sich deren Schattenwurf auf den Gesamtertrag des betroffenen Strings auswirken würde, ließ sich vorab nicht eindeutig bestimmen.
Verschattung an Gebäude 2
Das Hauptdach von Gebäude 2 ist größtenteils unverschattet. Eine Satellitenschüssel verursacht jedoch auf der Südwestseite eine punktuelle Teilverschattung.
Hinzu kommt die Position der beiden Gebäude zueinander: Gebäude 1 steht weiter in Richtung Süden und überragt mit seiner Dachkante einen Teil des Daches von Gebäude 2. Dadurch sind einige Module im Randbereich abhängig von Tageszeit und Sonnenstand zeitweise verschattet.
Vertikale Balkonmodule
Eine weitere Besonderheit stellen die vertikal montierten Module an den Balkonen von Gebäude 2 dar. Zwei der südöstlich ausgerichteten Module übernehmen gleichzeitig die Funktion eines architektonischen Sichtschutzes zwischen den Balkonen.
Durch die senkrechte Montage und die bauliche Umgebung sind die Balkonmodule teilweise stark verschattet. Ohne eine Optimierung auf Modulebene hätten sich diese Flächen nur schwer sinnvoll in das Anlagenkonzept integrieren lassen.
Unterschiedliche Ausrichtungen und Neigungen
An den beiden Fronius Verto 25 Wechselrichtern wurden gegenüberliegende Dachhälften mit Südwest- und Nordostausrichtung in gemeinsamen Strings zusammengeführt. Auf der Nordostseite von Gebäude 1 kommen innerhalb derselben Strings zusätzlich zwei verschiedene Dachneigungen vor.
Auch am Carport werden Module mit Neigungen von 3° und 45° innerhalb eines Strings kombiniert. Damit treffen in mehreren Strings Module mit deutlich unterschiedlichen Einstrahlungsbedingungen und Leistungskennlinien aufeinander.
Das Anlagenkonzept
Gebäude 1 inklusive Nebengebäude
Gebäude 1 erreicht eine installierte Gesamtleistung von 35,93 kWp. Es verfügt über einen eigenen Hausanschluss, drei BRConnect 2.0 und einen Fronius Reserva Pro Speicher mit 32 kWh Kapazität.
Fronius Verto 25
Gesamtleistung: 21,93 kWp
- 3 vollständig optimierte Strings
- Je String 17 × Trina Solar Module mit 430 Wp
- Insgesamt 51 Module
- Insgesamt 51 BRC Power Optimizer M605-M
Jeweils ein String erstreckt sich über die gegenüberliegenden Dachhälften mit Südwest- und Nordostausrichtung. Auf der Nordostseite befinden sich innerhalb derselben Strings zusätzlich unterschiedliche Dachneigungen. Auf der Südwestseite sorgt ein langer Schornstein zeitweise für einen wandernden Schatten auf den Modulen.
Fronius Symo GEN24 12.0 SC
Gesamtleistung: 14,00 kWp
String 1 – Carport
Volloptimiert, Gesamtleistung: 6,88 kWp
- 16 Module
- 16 BRC Power Optimizer M605-M
- 12 × 430 Wp, Südostausrichtung, 3° Neigung
- 4 × 430 Wp, Südostausrichtung, 45° Neigung
Die flach montierten Module befinden sich in unmittelbarer Nähe zu einer hohen Straßenlaterne. Gleichzeitig werden innerhalb des Strings zwei deutlich unterschiedliche Modulneigungen miteinander kombiniert.
String 2 – Mix-String
Volloptimiert, Gesamtleistung: 7,12 kWp
- 16 Module
- 16 BRC Power Optimizer M605-M
- 8 × 430 Wp, Südostausrichtung, 30° Neigung am Gartenhaus
- 8 × 460 Wp, Nordostausrichtung, 55° Neigung auf dem Hauptdach
In diesem String werden unterschiedliche Modulleistungen, entgegengesetzte Ausrichtungen und verschiedene Dachneigungen miteinander kombiniert.
Gebäude 2 mit Balkonmodulen
Gebäude 2 erreicht eine installierte Gesamtleistung von 33,90 kWp. Auch dieses Gebäude besitzt einen eigenen Hausanschluss, zwei BRConnect 2.0 und einen Fronius Reserva Pro Speicher mit 32 kWh Kapazität.
Fronius Verto 25
Gesamtleistung: 21,93 kWp
- 3 vollständig optimierte Strings
- Je String 17 × Trina Solar Module mit 430 Wp
- Insgesamt 51 Module
- Insgesamt 51 BRC Power Optimizer M605-M
Der grundsätzliche Aufbau entspricht dem Fronius Verto 25 in Gebäude 1. Einzelne Module im Randbereich sind jedoch von der Dachkante des weiter südlich stehenden und höheren Gebäudes 1 zeitweise verschattet.
Fronius Symo GEN24 12.0 SC
Gesamtleistung: 11,97 kWp
String 1 – Hauptdach
Ohne Optimierer, Gesamtleistung: 5,52 kWp
- 12 × Trina Solar Module mit 460 Wp
- Nordostausrichtung
- 32° Neigung
- Weitgehend unverschatteter Bereich
Da sich die Module in einem überwiegend homogenen und unverschatteten Bereich befinden, wurde dieser String ohne Leistungsoptimierer umgesetzt.
String 2 – Balkonmodule
Volloptimiert, Gesamtleistung: 6,45 kWp
- 15 Module
- 15 BRC Power Optimizer M605-M
- 2 × 430 Wp, Südostausrichtung, 90° Neigung
- 7 × 430 Wp, Südwestausrichtung, 90° Neigung
- 6 × 430 Wp, Nordwestausrichtung, 90° Neigung
Die beiden südöstlich ausgerichteten Module dienen gleichzeitig als Sichtschutz zwischen den Balkonen und sind baulich bedingt stark verschattet. Die sieben Module auf der Südwestseite werden ebenfalls teilweise stark verschattet. Zusätzlich verursacht eine Satellitenschüssel eine punktuelle Teilverschattung. Auch die sechs nordwestlich ausgerichteten Module sind zeitweise von Schatten betroffen.
Die Optimierungsmaßnahme
Um die unterschiedlichen Einstrahlungsbedingungen innerhalb der jeweiligen Strings auszugleichen, wurden insgesamt 149 BRC Power Optimizer M605-M installiert. Mit Ausnahme des weitgehend homogenen und unverschatteten Strings auf dem Hauptdach von Gebäude 2 wurden die beschriebenen Strings vollständig optimiert. Die Optimierung auf Modulebene ermöglicht es, Module mit unterschiedlichen Ausrichtungen, Neigungen und Verschattungssituationen innerhalb eines gemeinsamen Anlagenkonzepts zu betreiben. Dadurch konnten auch Flächen berücksichtigt werden, die ohne gezielte Optimierung nur schwer sinnvoll zu verschalten gewesen wären.
Das betrifft insbesondere:
- die gegenüberliegenden Dachhälften mit Südwest- und Nordostausrichtung,
- die unterschiedlichen Dachneigungen innerhalb gemeinsamer Strings,
- die wechselnden Verschattungen am Gartenhaus,
- den Schattenwurf der Straßenlaterne am Carport,
- den Wanderschatten des Schornsteins,
- die punktuelle Verschattung durch die Satellitenschüssel,
- die Verschattung durch die überragende Dachkante sowie
- die vertikal montierten und teilweise stark verschatteten Balkonmodule.
Auf diese Weise können die einzelnen Module entsprechend ihren jeweiligen Bedingungen arbeiten, ohne dass ein lokal verschattetes oder anders ausgerichtetes Modul die Leistungsentfaltung des gesamten Strings entsprechend stark begrenzt.
Mehr als Stromerzeugung: Grundlage für die Sektorenkopplung
Die Photovoltaikanlage wurde nicht ausschließlich zur Versorgung der beiden Gebäude geplant. Sie bildet zugleich die energetische Grundlage für die Einbindung weiterer Verbrauchsbereiche. Bereits umgesetzt sind:
- zwei Fronius Reserva Pro Speicher mit insgesamt 64 kWh Kapazität,
- sechs Ladeanschlüsse für Elektrofahrzeuge mit jeweils 11 kW,
- Solarthermie zur Warmwasserbereitung,
- elektrische Heizstäbe zur Nutzung von PV-Überschüssen sowie
- dezentrale Durchlauferhitzer.
Darüber hinaus ist der weitere Ausbau des Energiekonzepts bereits vorgesehen. Geplant sind jeweils eine Wärmepumpe pro Gebäude sowie zusätzliche Klimaanlagen für die Wohnungen. Die hohe installierte PV-Leistung schafft damit die Grundlage, künftig einen größeren Anteil des Strom-, Mobilitäts-, Wärme- und Kühlbedarfs direkt mit Solarenergie abzudecken.
Das Fazit des Anlagenbetreibers
„Für uns als Betreiber ermöglichen die BRC M605-M Optimierer die Nutzung von Flächen, die aufgrund von Verschattungen oder unterschiedlichen Ausrichtungen andernfalls schwierig zu verschalten gewesen wären. Das betrifft beispielsweise die als Sichtschutz genutzten Module an den Balkonen, die wechselnden Schatten am Gartenhaus sowie die Strings, die sich über zwei Dachhälften erstrecken und auf einer Seite unterschiedliche Neigungen aufweisen.
Auch externe Faktoren wie der Schattenwurf der Straßenlaterne am Carport, die Satellitenschüssel oder die Verschattung durch die überragende Dachkante werden auf Modulebene ausgeglichen.
Damit ist die Grundlage geschaffen, um die Speichersysteme zu laden, die sechs Ladepunkte zu versorgen und die Heizstäbe für die Warmwasserunterstützung zu betreiben. Auch für den geplanten Ausbau mit zwei Wärmepumpen und den Klimaanlagen ist die energetische Basis vorhanden.
Das Monitoring über die BRConnect 2.0 liefert uns derzeit solide Basisinformationen.“
Fazit
Dieses Praxisbeispiel zeigt, wie sich selbst komplexe und verwinkelte Gebäudestrukturen für die Solarstromerzeugung erschließen lassen. Unterschiedliche Dachausrichtungen, verschiedene Modulneigungen, vertikale Balkonflächen und zahlreiche Verschattungssituationen wurden in einem gemeinsamen Anlagenkonzept zusammengeführt.
Durch den Einsatz von 149 BRC Power Optimizern M605-M konnten auch anspruchsvolle Flächen mit Schornstein-, Gebäude-, Baum- und Objektschatten in die Anlage integriert werden. So entstand über zwei Gebäude hinweg eine Photovoltaikanlage mit 69,83 kWp Gesamtleistung, die 64 kWh Speicherkapazität, sechs Ladeanschlüsse und weitere elektrische Verbraucher versorgen kann.
Ein starkes Beispiel dafür, dass eine anspruchsvolle Dachlandschaft kein Hindernis für eine leistungsstarke Photovoltaikanlage sein muss. Mit der passenden Planung und einer gezielten Optimierung auf Modulebene können auch herausfordernde Flächen sinnvoll genutzt und in ein zukunftsfähiges Energiekonzept eingebunden werden.
