• Hohe solare Einstrahlung auf geneigte Fläche von ca. 1.900 kWh/m², (Breite 40º N).
• vorhandene 15 kV - Netzanbindung
• verfügbare Fläche von ca 30.000 m² in der Nähe zu einem Wasserkraftwerk am Fluß Tajo
• gute Infrastruktur und Zugang über Verkehrswege.

Für die Auswahl des Standortes sprachen die Nähe zu Madrid, die unmittelbare Verfügbarkeit sowie gute Verkehrsanbindungen und günstige Betriebs- und Wartungsbedingungen für eine Demonstrationsanlage von 1 MW. Durch die besonderen Umgebungsbedingungen der Photovoltaik-Anlage (ein Stausee für landwirtschaftliche Zwecke im heissen und trockenen Klima des Landesinnern) ist eine einmalige Fauna und Flora entstanden. Wandervögel nutzen den Stausee als Überwinterungsstation und saisonbedingtes Habitat. Andere Vögel und wasserabhängige Tiere leben das ganze Jahr in der Gegend. In Nähe der künstlich angelegten Kanäle wachsen Pflanzen wie Thymian, Ginster und Lavendel. Auf dem Standort befanden sich früher die Baustelleneinrichtungen für den Bau des benachbarten Wasserkraftwerkes. Sie wurden für den Bau der Anlage abgeräumt.

Das dritte Feld arbeitet mit Saturn LGBC Hochleistungs-Zellen und ist mit einem einachsigen Nachführsystem mit Ausgang zu Sammelschienen von 200 V ausgerüstet. Im Laufe des Tages wird die Ausrichtung von Osten (am Morgen) nach Westen (abends) gesteuert. Dieses Feld ist mit einem selbstkommutierten 100 kW-IGBT Wechselrichter ausgerüstet. Der Solargenerator besteht aus vier 2,5 m breiten und 80 m langen Einheiten, die mit ihrer beweglichen Längsachse Nord-Süd ausgerichtet sind. Ein Abstandfühler ist für die präzise Ausmessung der Position jeder Reihe verantwortlich. Bei einer Abweichung von mehr als 1º zur korrekten Ausrichtung wird der optimale Einstellungswinkel bestimmt und von den Motoren nachgerichtet. Jede der vier Reihen ist mit einem Elektromotor ausgerüstet. Das System hat einen Energieverbrauch von 700 Wh pro Tag, und ist somit <0,2% der Energieerzeugung des Systems.

Der Nachläufer arbeitet in drei rechnergesteuerten Betriebsarten: ideale Nachführung, Retronachführung und Festposition. Im allgemeinen arbeitet er im Retronachführbetrieb. Aus Gründen des Schattenwurfs verläuft der Nachlaufwinkel 60º zur Horizontalen. Der einhergehende Energiegewinnungsverlust liegt bei unter 3% im Vergleich zur vollständigen Nachführung. Der Energieverbrauch des Systems beträgt mit 700 Wh/Tag weniger als 0,2% der Energiegewinnung des Systems. Ein zusätzlicher Sicherheitsschalter begrenzt die Bewegung.

Die Netzkopplung der Photovoltaikanlage stellte eine Schwierigkeit dar, da das 15 kV-Netz am Standort mit einer Kurzschlussleistung von 6 MVA sehr schwach ist. Ziel war es, eine kostengünstige und effiziente Lösung zu finden, die gleichzeitig eine hohe Qualität des Ausgangstromes beinhaltet.

Jedes der drei Felder ist mit einen Wechselrichter an das Wechselstromsystem angekoppelt. Bei den zwei Hauptfeldern mit 456 bzw. 423 kW Leistung wird ein netzgeschalteter Doppelwechselrichter mit 6 Impulsen, Thyristoren und 450 kVA Nennleistung eingesetzt.

Der 12-puls-Betrieb wird für jedes Feld durch Anschluss beider Wechselrichter jedes Feldes an die beiden NS-Wicklungen des Unterfeld-Aufwärtstransformators mit einer Phasenverschiebung durch Stern- bzw. Dreieckschaltung erreicht.

Dadurch wird mi wesentlichen die 5º- und 7º Harmonische des erzeugten Wechselstromes unterdrückt.

Ein 100 kW-Wechselrichter mit IGBT übernimmt die Umwandlung der Gleichstromleistung des Trackingsystems. Die Schaltseinheit besteht aus drei palallelgeschalteten Brücken, die bei einer Frequenz von 2'500 Hz schalten. Die Wahl dieser relativ niedrigen Frequenz erfolgte angesichts der geringen Schaltverluste, hohen Leistungskoeffizienten und geringen Grundwellen+. Der Leistungsfaktor und Oberwellengehalt ist deutlich höher als bei den netzgeschalteten Wechselrichtern, weist allerdings einen leicht geringeren Wirkungsgrad auf.

Die Auslegung des Datenerfassungssystems erfolgte für einen vollständig automatischen Betrieb. Das System wurde im Mai 1994 installiert und ist einsatzbereit. Das Betriebssystem ist ein vollständig hierarchisiertes Mehrzwecksystem von 32 bits mit Kapazität für den Echtzeitbetrieb. Das Datenerfassungssystem steuert 128 gemessene und 14 berechnete Kanäle. Die erfassten Parameter werden folgendermassen eingeteilt:

• meteorologische Angaben
• elektrische Angaben (Eigenschaften von WS und GS). Messung der Energie (WS- und GS-Energiewerte)
• Störfall-Verzeichnis (fehlende Erdung, Erhitzung Wechselrichter, Zustand, usw.).

Neben dem System für die Datenerfassung ist ein unabhängiges Mebsystem für die Erfassung der Einstrahlung, des Gleichstroms in jedem Feld und des Wechselstroms in 15 kV vorhanden. Die Angaben werden auf elektromechanischen Zählern mit acht Stellen angezeichnet.

Das Hauptsteuerungsprogramm ist mit Microsoft Visual C++ und LabVIEW für Windows NT entwickelt worden. Für die Abfrage der tatsächlichen Leistung in Echtzeit setzt der Rechner den ADM Kontroller (Direktzugriff auf den Speicher) ein. Das Hauptsteuerungsprogramm erfasst die Daten der 128 Kanäle, unter Einsatz von Doppeltrennung, wandelt sie in physische Einheiten, analysiert sie, verarbeitet 41 berechnete Kanäle, präsentiert sie in Echtzeit und speichert ab. Die Daten werden im 10-Sekunden-Intervall erfasst und in einer stündlich gebildeten Datei gespeichert. Vier Hauptrechner kommunizieren per Modem, haben Zugriff auf die gebildeten Dateien und können die Daten in Echtzeit anzeigen. Das Programm hat sechs Bildschirme für die Anzeige der Daten in Echtzeit. Die festgestellten digitalen Signale zeigen die Betriebsprozesse des Systems an. Auf den nachstehend aufgeführten Bildschirmen wird auch der Energiefluss angezeigt:

• allgemeine Leistungsdaten der Anlage
• meteorologische Daten
• Nukem-Daten Gleichstrom und Wechselstrom
• BP Solar-Daten Gleichstrom und Wechselstrom
• BP-Daten Nachführung Gleichstrom und Wechselstrom
• Daten der vom Benutzer angewählten Kanäle (graphische Darstellung).

In Madrid befinden sich drei Hauptrechner (bei Ciemat, Endesa und Unión Fenosa). In Essen, bei RWE, ist ein weiterer Rechner vorhanden. Die Software ermöglicht die Bewertung der Kraftwerksleistung und die Bestimmung des Wartungsbedarfs. Die Leistungsanalyse des Kraftwerks wird auf einer Datenbank in Echtzeit erstellt

KOSTEN

Ursprünglich wurden die Kosten auf 10.342.000 ECU geschätzt. Die tatsächlichen Installationskosten fielen mit 9.880.029 ECU allerdings 4% geringer aus. Dieser Differenzbetrag ist hauptsächlich auf die günstigeren Preise der Baugruppen und den Währungskurs (Schwankung der Peseta zum ECU) zurückzuführen.

Projektkosten insgesamt

Die Jahresleistung der Anlage wird auf 1,200 MWh geschätzt. Umgebungsbedingte Verschmutzung der Solarzellen ist Ursache für einen saisonbedingten Leistungsverlust von 2 bis 8% je nach Jahreszeit, landwirtschaftlichem Anbauzyklus und Wetterbedingungen.

Im folgenden werden die registrierten Eigenleistungen der Photovoltaik-Umwandlung aufgeführt:

• Referenzleistung jedes Feldes, Messung der auf jedem Feld eingefangenen Strahlungsenergie (reference yield)
• Leistung der Photovoltaik-Baugruppen auf der Basis der erzeugten Gleichstromenergie (array yield)
• globale Leistung jedes Feldes und der Anlage, Indikator für die erzeugte Wechselstromenergie (final yield)

Die Werte für die Jahre 1997 und 1998 werden auf den nachstehenden Tabellen aufgeführt:

Alle Werte beziehen sich auf installierte Spitzenleistung der Anlage gemäss Messungen durch CIEMAT in KWh/Tag/KWp.

• Das Kraftwerk arbeitet seit Juni 1994 ununterbrochen im Automatikbetrieb. Die von Juli 1994 bis Februar 1998 (Abschluss des Projekts) ins Netz eingespeiste Energie betrug 1'915, 1'803 bzw. 447 MWh für die drei Felder, d.h. insgesamt 4'165 MWh.
  
  Zum 31. Dezember 1998 wurden insgesamt 5.244 MWh erzeugt.
  
  
• Die deutsch-spanische Zusammenarbeit war sehr erfolgreich.
  
  
• Die grossen netzgeführten Wechselrichter mit je 450 kVA lassen sich bei sorgfältiger Abstimmung der Regelkreise und entsprechendem Systemdesign auch an schwachen Netzpunkten betreiben.
  
  
• Der 100 kVA-IGBT-Wechselrichter benötigte eine wesentlich kürzere Inbetriebnahmezeit mi Vergleich zu netzgeführten Systemen.
  
  
• Grosse Photovoltaik-Anlagen haben mi Vergleich zu kleinen Photovoltaik-Anlagen wesentlich geringere Investitionskosten.
  
  
• Hochleistungssolarzellen reduzieren die Abmessungen der Konstruktion und belegten Oberfläche.
  
  
• Die geringe Netzqualität machte die Änderung der Wechselrichter-Steuerung und einhergehenden Kompensationseinheiten erforderlich.
  
  
• Die Beauftragung von großen Stückzahlen an Photovoltaikmodulen senkt die Kosten.
  
  
• Die Kosten für Errichtung und Betrieb grosser Anlagen können ebenfalls erheblich gesenkt werden.
  

In Erfüllung der grundlegenden Projektziele werden langfristige Verfügbarkeit und Stabilität aller Komponenten bestimmt. Ein detaillierter Vergleich der Kosten der festausgerichteten mit dem nachgeführten System sowie die genaue Ermittlung der Kosten der unterschiedlichen Systeme bringt Hinweise für das zukünftige Design von Photovoltaikanlagen.

Ein Programm für die Fehlerdiagnose als Unterstützung für das Bedienungspersonal und die Senkung der Betriebs- und Wartungskosten ist in Bearbeitung. Das Programm arbeitet mit belegten Daten und Betriebs- und Wartungsberichten für die Verlustanalyse und die Prognose der Energieerzeugung.

Kosten der erzeugten PV-Energie

Die Kosten des erzeugten Stroms betragen 1,1 ECU pro kWh. Bei einem Vergleich mit den Erzeugungskosten durch herkömmliche Systeme fällt dieser Preis sehr hoch aus. Die Stromerzeugungskosten werden vor allem durch den hohen Preis der installierten kW (rund 10.000 ECU/kW) beeinflusst. Diese Kosten könnten durch Einsatz von Modulen mit höherer Leistung und geringere Aufwendungen für Überwachungs-, Betriebs- und Wartungssysteme als jene einer Versuchsstation wesentlich reduziert werden

Erfolg des Projekts

Das Projekt bedeutete einen Meilenstein in der Photovoltaiktechnologie und der institutionellen Zusammenarbeit in Europa auf diesem Bereich. Die Teilnehmer (Elektrizitätsversorgungsunternehmen, Hersteller und Forschungseinrichtungen) sind heute führend auf dem Bereich grosser Photovoltaikanlagen.

Technologisch und betriebstechnisch gesehen darf dieses Projekt als Erfolg bezeichnet werden. Die eingesetzten Technologien haben sich bewährt und es wurde ein hohes Niveau an Leistung und Verfügbarkeit erreicht.