Einleitung
Der Ausbau der erneuerbaren Energien erlebt in Europa und weltweit einen beispiellosen Aufschwung. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) wurden im Jahr 2023 weltweit mehr als 500 GW an Kapazitäten aus erneuerbaren Energien hinzugefügt, wobei allein die Photovoltaik den Großteil der neuen Anlagen ausmachte. In Europa sieht der REPowerEU-Plan einen deutlichen Ausbau der Solar- und Windkapazitäten vor, um die Energieunabhängigkeit zu stärken und die Klimaziele bis 2030 zu erreichen.
In Frankreich rechnet der Netzbetreiber RTE in seinem Energiewendeszenario mit einem kontinuierlichen Ausbau von Photovoltaik- und Windkraftanlagen, wobei die Zahl der Freiflächenanlagen, Agrar-Photovoltaik-Projekte und Speicherinfrastrukturen zunehmen wird.
Diese Projekte haben eines gemeinsam: Sie befinden sich überwiegend im Freien, in teilweise rauen Umgebungen oder auch in Küstengebieten, auf exponierten Hängen, auf landwirtschaftlichen Flächen, auf Industriebrachen und an abgelegenen Standorten. Die elektrischen Anlagen sind dort einer anhaltenden UV-Strahlung, Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und manchmal auch korrosiven Umgebungsbedingungen ausgesetzt.
Vor diesem Hintergrund darf die Wahl der elektrischen Anlage nicht länger als nebensächliche Entscheidung betrachtet werden. Sie hat Auswirkungen auf die Langlebigkeit der Anlage, die Häufigkeit der Wartungsarbeiten und die Gesamtbetriebskosten über einen Zeitraum von 15 bis 25 Jahren, der typischen Laufzeit eines Projekts im Bereich der erneuerbaren Energien.
Für die technischen Abteilungen und die Einkaufsleiter wird dies zu einer strategischen Frage: Soll man sich für einen Metallschrank (verzinkter, lackierter oder Edelstahl) oder für einen Schrank aus glasfaserverstärktem Polyester entscheiden?
Die besonderen Herausforderungen im Bereich der erneuerbaren Energien
Dauerausstellung im Freien und Witterungseinflüsse
Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien werden naturgemäß im Freien und oft in offenen Gebieten errichtet: auf landwirtschaftlichen Flächen, auf Industriebrachen, in Küstengebieten, in Bergregionen oder in abgelegenen Gebieten.
In diesen Umgebungen sind die Schaltschränke folgenden Einflüssen ausgesetzt:
- Kontinuierliche UV-Strahlung;
- Starke tägliche Temperaturschwankungen;
- Deutliche saisonale Schwankungen;
- Starke Regenfälle oder Spritzwasser;
- Innerer Kondensationsprozess.
Der Schutz vor dem Eindringen von Feststoffen und Flüssigkeiten ist in der Norm EN 60529 (IP-Schutzarten) geregelt. Eine hohe IP-Schutzart reicht jedoch nicht aus, um die dauerhafte Schutzwirkung zu gewährleisten, wenn das Gehäusematerial durch UV-Strahlung oder Korrosion beschädigt wird.
Die Leistungsfähigkeit eines Schranks in einer ENR-Umgebung lässt sich daher nicht allein an seiner ursprünglichen IP-Schutzart messen, sondern an seiner strukturellen und chemischen Beständigkeit über mehrere Jahre hinweg.
Korrosive Medien und aggressive Umgebungen
Zahlreiche Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien befinden sich in Gebieten, die gemäß den in der Norm ISO 12944 definierten Kategorien (C1 bis C5) als korrosionsgefährdet eingestuft sind.
Typische Beispiele:
- Offshore- oder Küstenwindkraft: salzhaltige Luft.
- Biogasanlagen: Luft, die mit chemischen Verbindungen belastet ist.
- Wasseraufbereitungsanlagen: feuchte und korrosive Umgebung.
- Städtische Industriegebiete: Luftverschmutzung in Verbindung mit Feuchtigkeit.
In diesen Fällen ist Korrosion kein nebensächliches Phänomen, sondern ein entscheidender Faktor für die vorzeitige Alterung von Metallgehäusen. Die Beschädigung einer Beschichtung kann zu einem Einstiegspunkt für strukturelle Oxidation werden, was letztendlich die mechanische Integrität des Gehäuses beeinträchtigt.
Geringer Wartungsaufwand und logistische Einschränkungen
Projekte im Bereich erneuerbare Energien werden oft an Standorten realisiert, die weit von städtischen Zentren entfernt sind. Jeder technische Eingriff beinhaltet:
- Ein logistischer Transport;
- Arbeitskosten;
- Gelegentlich kommt es zu einem teilweisen Produktionsstillstand.
Die Betriebsstrategie basiert daher auf der Reduzierung ungeplanter Wartungsarbeiten. Bei der Wahl der Verkleidung muss dieser Aspekt berücksichtigt werden: Ein Material, das regelmäßig gegen Korrosion behandelt werden muss, verursacht auf Dauer zwangsläufig höhere Betriebskosten.
Metallschrank: Technische Analyse und Einschränkungen in der Umwelt der erneuerbaren Energien
Die Vorteile von Metallschränken
Metallschränke (aus verzinktem, lackiertem oder rostfreiem Stahl) sind seit jeher die in der Industrie am weitesten verbreitete Lösung. Sie bieten mehrere Vorteile:
- Hohe mechanische Steifigkeit;
- Eine gut etablierte Unternehmenskultur;
- Kompatibilität mit zahlreichen Integrationsstandards.
In Innenräumen oder in Umgebungen mit geringer Beanspruchung erfüllen sie die technischen und normativen Anforderungen zuverlässig.
Grenzwerte unter rauen Außenbedingungen
Abhängigkeit vom Korrosionsschutzbeschichtung
Der Korrosionsschutz eines Metallschranks hängt von der Beschichtung ab: Verzinkung, Lackierung, Pulverbeschichtung oder spezieller Edelstahl. Die Wirksamkeit des Korrosionsschutzes hängt jedoch unmittelbar von der Unversehrtheit dieser Beschichtung ab.
Ein Kratzer, ein Stoß oder eine lokale Beschädigung können zu einem Ausgangspunkt für Korrosion werden. In Umgebungen der Klassen C4 oder C5 (ISO 12944) kann dieser Prozess beschleunigt werden.
Für eine technische Abteilung bedeutet dies:
- eine regelmäßige Sichtkontrolle;
- Nachlackierungsarbeiten;
- die Gefahr einer allmählichen Veränderung.
Elektrische Leitfähigkeit und Erdung
Da Metall elektrisch leitfähig ist, muss es gemäß den Schutzgrundsätzen, die insbesondere in der Norm IEC 61140 festgelegt sind, ordnungsgemäß geerdet werden.
Bei einem internen Isolationsfehler wird die Durchgängigkeit der Erdung kritisch. Diese Anforderung ist an sich kein Problem, erfordert jedoch zusätzliche Sorgfalt bei der Planung und im Betrieb.
Gewicht und strukturelle Belastungen
Große Metallschränke haben ein beträchtliches Gewicht. Bei Projekten an mehreren Standorten oder bei Installationen auf optimierten Betonfundamenten kann dies folgende Auswirkungen haben:
- Höhere Transportkosten;
- Einschränkungen beim Transport;
- Eine Anpassung der Fundamente.
Bei Projekten im Bereich der erneuerbaren Energien, bei denen eine Rationalisierung der Infrastrukturkosten angestrebt wird, sollte dieser Aspekt in die Analyse einbezogen werden.
Schrank aus glasfaserverstärktem Polyester: eine maßgeschneiderte Lösung für die Anforderungen im Bereich der erneuerbaren Energien
Résistance intrinsèque à la corrosion
Glasfaserverstärktes Polyester ist ein chemisch stabiler Verbundwerkstoff. Im Gegensatz zu Metall oxidiert es nicht und benötigt keine Beschichtung, um korrosionsbeständig zu sein.
In salzhaltiger oder feuchter Umgebung beruht die Beständigkeit des Materials nicht auf einer Schutzschicht an der Oberfläche, sondern auf seinen eigenen Eigenschaften.
Für Umgebungen der Klassen C4 oder C5 gemäß ISO 12944 stellt diese Eigenschaft einen strategischen Vorteil dar: Die Korrosionsschutzleistung hängt nicht von der Unversehrtheit der Beschichtung ab.
Natürliche elektrische Isolierung – Klasse II
Le polyester renforcé fibre de verre est électriquement isolant. Cette propriété permet de concevoir des enveloppes en classe II, limitant les risques liés à la conductivité de la structure.
Bei Außeninstallationen, die Feuchtigkeit ausgesetzt sind, erhöht diese Eigenschaft die inhärente Sicherheit der Hülle und vereinfacht bestimmte Ansätze zur strukturellen Erdung.
Für einen technischen Verantwortlichen stellt dies ein zusätzliches Element der passiven Sicherheit dar.
Wärmeleistung und Kondenswassermanagement
Verbundwerkstoffe weisen eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf als Metalle. Diese Eigenschaft trägt dazu bei, Wärmebrücken zu begrenzen und schnelle Temperaturschwankungen im Inneren abzuschwächen.
Bei Photovoltaikanlagen, die starker Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, oder in Regionen mit starken Temperaturschwankungen begünstigt diese relative Stabilität:
- der Schutz empfindlicher Geräte;
- die Verringerung von Kondensationserscheinungen.
Certaines conceptions permettent en outre l’intégration de structures sandwich isolées, adaptées aux environnements exigeants.
Mechanische Festigkeit und Haltbarkeit
Gehäuse aus Polyester können eine mechanische Festigkeit erreichen, die den Anforderungen der Schutzklasse IK10 (EN 62262) entspricht, und sind somit für den Einsatz an abgelegenen oder öffentlich zugänglichen Standorten geeignet.
Contrairement à une structure métallique corrodée, la résistance mécanique d’une armoire polyester n’est pas dégradée par l’oxydation au fil du temps.
Geringeres Gewicht und vereinfachte Logistik
Bei gleicher mechanischer Festigkeit ist Polyester deutlich leichter als Stahl. Bei Projekten im Bereich der erneuerbaren Energien, die den Einsatz an mehreren Standorten umfassen, kann dies folgende Vorteile mit sich bringen:
- eine vereinfachte Logistik;
- eine Verringerung der Belastungen beim Heben;
- Eine Optimierung der Beete
Für die Einkaufsabteilungen kann dieser Aspekt Auswirkungen auf die indirekten Projektkosten haben.
Comparatif stratégique synthétique
| Kriterum | Metallschrank | Polyester-Schrank |
|---|---|---|
| Résistance corrosion | Hängt vom Belag ab | Inhärent |
| Elektrische Leitfähigkeit | Conducteur | Isolierend (Klasse II) |
| Poids | Hoch | Reduziert |
| Korrosionsschutz | Empfohlen | Gering |
| Salzhaltige Umgebung | Empfindlich | Geeignet |
| Langzeitstabilität | Variable | Stabil |
In kontrollierten Innenräumen können beide Lösungen geeignet sein. In rauen Außenumgebungen hingegen bietet Polyester eine Leistungsstabilität, die weniger von der Wartung abhängt.
TCO-Ansatz: tatsächliche Kosten über 15 Jahre
Approccio TCO: costi effettivi su un periodo di 15 anni
Die Gesamtbetriebskosten müssen Folgendes umfassen:
- Korrosionsschutzmaßnahmen;
- technische Einsätze;
- vorzeitige Auswechslungen;
- die Auswirkungen einer möglichen Nichtverfügbarkeit der Anlage.
Ein Gebäude, das regelmäßig gewartet werden muss oder bei dem die Gefahr einer fortschreitenden Verschlechterung besteht, kann über einen Zeitraum von 10 bis 15 Jahren höhere Gesamtkosten verursachen als eine Lösung, die anfangs zwar weniger nachhaltig erscheint.
Bei Projekten im Bereich der erneuerbaren Energien, bei denen die Betriebsverträge oft langfristig abgeschlossen werden, ist die Leistungsstabilität der Anlagen ein entscheidender Faktor.
Anwendungsfälle im Bereich erneuerbare Energien, bei denen Polyester eine entscheidende Rolle spielt
Freiflächen-Photovoltaikanlagen
Da sie im Freien auf großen Flächen aufgestellt sind, sind die Schränke direkter und ständiger Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Baureihen wie Maxi Euro oder Euro Medium eignen sich besonders gut für solche Umgebungen.
Windparks und Küstengebiete
Die salzhaltige Luft beschleunigt die Korrosion von Metallen. Durch die Verwendung von Polyesterhüllen wird das Risiko langfristiger struktureller Schäden verringert.
Energiespeicherung und Batterien
Lagerschränke müssen hohen Belastungen standhalten und mit Rückhaltevorrichtungen ausgestattet sein. Maßgeschneiderte Lösungen aus Polyester erfüllen diese spezifischen Anforderungen und bieten gleichzeitig eine hohe Korrosionsbeständigkeit.
Infrastruktur für Elektromobilität
Da sie im Freien und teilweise in rauen städtischen Umgebungen aufgestellt sind, verfügen die Säulen und die dazugehörigen Schränke über ein stabiles und isolierendes Gehäuse.
Wie erstellt man ein Lastenheft für ein Projekt im Bereich erneuerbare Energien?
Pour un projet ENR, le cahier des charges d’une armoire devrait intégrer :
- Erforderliche Schutzart (EN 60529);
- Mechanische Festigkeit IK (EN 62262);
- Umgebungsklasse (ISO 12944);
- Anforderungen an die elektrische Isolierung;
- Thermische Belastungen;
- Angestrebte Lebensdauer.
Durch die Berücksichtigung dieser Parameter bereits in der Entwurfsphase lassen sich kostspielige Kompromisse in späteren Phasen vermeiden.
Conclusion
Die Wahl zwischen einem Schrank aus Polyester und einem Metallschrank ist kein zwingender Gegensatz. Sie hängt vom Aufstellungsort und den jeweiligen Umgebungsanforderungen ab.
In Innenräumen oder in Umgebungen mit geringer Korrosionsbelastung sind Metallschränke nach wie vor eine gute Wahl.
In Umgebungen im Bereich der erneuerbaren Energien hingegen, die durch längere Witterungseinflüsse, korrosive Umgebungen und begrenzte Wartungsmöglichkeiten gekennzeichnet sind, bietet glasfaserverstärkter Polyester eine strukturelle und chemische Beständigkeit, die eine langfristige Leistungsfähigkeit gewährleistet.
Für die technischen Abteilungen und den Einkauf ist dies nicht nur eine technische, sondern auch eine strategische Herausforderung. Die Langlebigkeit der Gebäudehülle ist entscheidend für die Gesamtzuverlässigkeit der Anlage.