ENERGIES RENOUVELABLES
sol(ID)aires
Grösste gebäudeintegrierte Solaranlage der Schweiz
283kW-Photovoltaikanlage Dock Midfield
Bulletin SEV/VSE 20/02, 31

    Mitten im Flughafen Zürich wird im Rahmen der 5. Bauetappe das Dock Midfield erstellt. Teil dieses neuen «Flugzeuganlegegebäudes» ist die einzigartige Photovoltaikanlage (PVA), bei welcher die Solarmodule auch als Beschattungselemente eingesetzt wurden.

La plus grande installation solaire de Suisse intégrée dans le bâtiment
Le Dock Midfield, une installation photovoltaïque de 283 kW
    Le Dock Midfield est construit au milieu de l'aéroport de Zurich dans le cadre de la 5e étape d'extension. Ce nouveau satellite de débarquement/embarquement comporte une installation photovoltaïque unique dans laquelle les modules solaires servent aussi à apporter de l'ombre.
Inst. Gesamtleistung
Energieertrag/Jahr
Solarmodule
Wechselrichter 
Inbetriebsetzung
283 kW
260.000 kWh
57W ohne Aluralimen,
Spezialanfertigung
(Lieferant Isofoton)
24 kW und 33 kW
(Lieferant Sputnik)
Februar 2002
Technische Daten.
Gebäudeintegration
    Das Dock Midfîeld weist eine Länge von rund 500 m und eine Breite von rund 30 m auf. Die Längsseite ist gegen Süden (10o Abweichung nach Südwest) beziehungsweise Norden gerichtet. Das Gebäude weist zu einem Grossteil Glasfassaden auf. Bei diesem rund 22 m hohen Gebäude wurde eine 283-kW-Photovoltaikanlage in Form eines Pergoladaches mit Beschattungselementen integriert. Mit dem nördlich und südlich überragenden Pergoladach werden die Dachterrasse und die Südfassade über 375 m Länge beschattet. Das Pergoladach besteht aus einer Stahlunterkonstruktion und den Beschattungselementen. Zwischen den gut 10 m langen Querträgenn sind 5 m lange Tragrohre befestigt. Die Tragrohre enthielten angeschweisste Trägerplattformen, an welche die Beschattungselemente geschraubt wurden (Bild 1 und 2). Der grösste Teil der Beschattungselemente besteht aus aktiven Photovoltaikelementen (rund 71%). Die übrigen Elemente haben dieselben mechanischen und optischen Eigenschaften, aber sie enthalten keine Solarzellen. Alle Beschattungselemente sind um 25o gegen Süden geneigt.
Bild 1: Beschattungselemente auf der Nordseite (Fotos: R. Durot).
Bild 2: Anblick der Beschattungselemente in der Nacht.
 
Beschattungssituation
    Die Solarmodule sind bei der Photovoltaikanlage Dock Midfield in Reihen mit 70 cm Abstand voneinander angeordnet. Dies führt vor allem in den Wintermonaten am Morgen und Abend zu einer Beschattung der nördlich liegenden Solarmodule.
    In der Mitte des Gebäudes befindet sich über der Ebene der Solarmodule das Technikgeschoss. Dieses Technikgeschoss führt im Winter ebenfalls zu einer Beschattung der auf der Nordseite liegenden Solarmodule.
    Südlich des Gebäudes befinden sich in einer Entfernung von rund 23 m sieben Beleuchtungstürme mit 28 m Höhe. Sechs dieser Türme werfen im Winter ihren Schatten auf einzelne Solarmodule.
    Um die Verluste durch Beschattung klein zu halten, wurden folgende Massnahmen durchgeführt:
Modulaufbau mit parallelen Zellreihen
    - Strangbildung über nur zwei Reihen hinweg
    - Nutzung nur der äusseren 8 von 15 Reihen auf der Nordseitc.
Solarmodule
    Das Konzept des Pergoladaches mit Beschattungselementen erforderte anwendungsspezifische Solarmodule. Als Befestigungsart wurden Schraubverbindungen gewählt, was Befestigungslöcher im Solarmodul erforderte. Bild 3 zeigt das resultierende Modul mit 3 Zellreihen zu 14 Zellen im oberen Bereich und 4 Befestigungslöchern. Die drei Zellreihen sind parallel zueinander geschaltet und mit Dioden geschützt. Bei Beschattung einer Zellreihe liefern so die zwei anderen Zellreihen noch den vollen Strom. Es ergibt sich eine Betriebsspannung von 6,7 V und eine Modulleistung von 57 W bei normierter Sonneneinstrahlung.
Aufbau der Anlage
    Für das ganze Pergoladach auf der Süd- und Nordseite wurden insgesamt rund 7000 Beschattungselemente eingesetzt. Davon sind rund 5000 aktive Solarmodule. Auf der Südseite sind die Solarmodule in 14 Reihen angeordnet, auf der Nordseite bestehen nur die äusseren 8 Reihen aus Solarmodulen. Die Gesamtanlage wurde in zehn Einzelanlagen unterteilt. Pro Einzelanlage wurde ein Solarmax-Wechselrichter eingesetzt, wellcher relativ hohe Eingangsspannungen erlaubt. Jeweils rund 90 Solarmodule sind in Serie geschaltet und in 2 Reihen angeordnet. Die Wechselrichter konnten im Technikgeschoss in den Etagenverteeizentren aufgestellt werden. In jeder der fünf Etagenverteilzentren, welche über die Gebäudelänge verteilt angeordnet wurden, befinden sich somit zwei Wechselrichter. Die Gesamtanlage weist eine Leistung von 283 kW auf (Bild 4).
Energieertrag
    Den Wetterwerten der letzten Jahrzehnte entsprechend, ist in Zürich mit einer jährlichen Sonneneinstrahlung auf eine horizontale Ebene von 1088 kWh/m2 zu rechnen. Unter Berücksichtigung der Beschattung darf in Modulebene (25o Neigung) mit 1076 kWh/m2 jährlicher Sonneneinstrahlung gerechnet werden. Dies führt zu einem jährlich zu erwartenden Energieertrag von 260MWh. 75% dieser Energie werden in den Sommermonaten erzeugt, 25% in den Wintermonaten.

Bild 3: Ansicht der Solarmodule.

Bild4 Solarzellenfeld auf der Südseite des Gebäudes.

Datenerfassung und Anlagenkontrolle

    Damit der erwähnte jährliche Energieertrag erreicht werden kann, ist ein ungestörter Betrieb erforderlich. Dies soll über die Erfassung und Kontrolle des Energieertrages der Gesamtanlage sowie durch die sofortige Meldung von Störungen erreicht werden. Es wird von jeder Einzelanlage ein Störsignal an die Gebäudeleitzentrale geleitet, sobald ein Strangunterbruch, ein Erdschluss oder ein Wechselrichterdefekt auftritt. Da die Gebäudeleitzentrale gut kontrolliert wird, kann die Behebung der Störung umgehend angegangen werden.
    Zusätzlich zu dieser Anlagekontrolle werden im Rahmen eines EU-Projektes von drei Einzelanlagen Messdaten gemäss ISPRA-Norm erfasst. Per Datenlogger werden die Stundenmittelwerte von Wechselrichter-Eingangsspannung und -strom, von der Ausgangsleistung, von Sonneneinstrahlung, Modul- und Umgebungstemperatur erfasst. Dies ermöglicht emen Vergleich des Betriebes der Photovoltaikanlage Dock Midfield mit anderen Anlagen in Europa.
Bedeutung der Photovoltaikanlage Dock Midfield
    Mit 283 kW ist die PVA Dock Midfield die grösste gebäudeintegrierte Anlage der Schweiz. Der Einsatz der Solarmodule als Beschattungselemente trägt wesentlich zum architektonisch interessanten Bauwerk bei. Die Solarmodule sind offensichtlich. Sie können von der Lounge und der Besucherterrasse von nahe eingesehen werden. Die Grösse der Anlage mit ihren 5000 speziellen Solarmodulen ist sehr eindrücklich und demonstriert gerade auch bei einem vielbelebten Flughafen die zukunftsträchtige Sonnenenergienutzung (Bild 2).
Adressen
Bauherrschaft
Unique Flugbafen Zürich AG
8058 Zürich-Flughafen
Projekt und Bauleitung
Arge Zayetta, Postfach
8058 Zürich-Flughafen
Detailplanung und Generalunternehmung
PVA
Zagsolar, Amlehnstrasse 33
6010 Kriens
Partnerfirma, Datenerfassung
Windwatt SA, Rue du Tir-au-Canon
1227 Carouge
Installation
Kottmann Energie AG
Brambergstrasse 25
6004 Luzern

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