Solarmodule spielen in Solarpanelsystemen, auch bekannt als Solarstromanlagen, eine wichtige Rolle. Solarstromanlagen sind Systeme zur Nutzung erneuerbarer Energien, die Sonnenlicht in Strom umwandeln. Der erzeugte Strom kann mit einem oder mehreren zusätzlichen Stromerzeugern, weiteren erneuerbaren Energiequellen, kombiniert, gespeichert oder direkt verbraucht werden.
Eine solare Photovoltaikanlage ist eine zuverlässige und umweltfreundliche Stromquelle, die für verschiedene Zwecke genutzt werden kann, beispielsweise in Wohnhäusern, Gewerbebetrieben, landwirtschaftlichen Betrieben und für die Tierhaltung.
Komponenten einer eigenständigen Photovoltaikanlage
Die verschiedenen Komponenten einer solaren PV-Anlage sollten je nach Verwendungszweck, Standort und Anlagentyp ausgewählt werden. Die wichtigsten Komponenten sind:
Solar PV Modul
Ein Solar-PV-Modul besteht aus Solarzellen, einer speziellen Art von Dioden, die bei Lichteinfall Strom erzeugen. Zur Leistungssteigerung werden mehrere Module parallel oder in Reihe geschaltet. Für eine optimale Leistungsausbeute müssen die Module zur Sonne hin ausgerichtet werden. Einige Modelle verfügen zudem über Nachführsysteme, die der Bewegung der Sonne folgen.
Solarladeregler
Damit die Batterien in einem System ordnungsgemäß geladen und auf einem hohen Ladezustand gehalten werden, ist ein Solarladeregler unerlässlich. Die Hauptaufgabe dieses Gerätes in einer Photovoltaikanlage besteht darin, Strom und Spannung zu regeln, um die Ladung vom PV-Modul-Array an die Batteriebank richtig zu steuern. Um eine Überladung und Tiefentladung zu vermeiden, erkennt der Laderegler den Ladezustand der Batterien und passt die an sie angelegte Spannung und Stromstärke entsprechend an. Der Aufbau eines Solarladereglers umfasst eine Vielzahl von Technologien.
Batterie
Eine netzferne oder eigenständige Solar-PV-Anlage speichert die Sonnenenergie in Batterien zur bedarfsgerechten Nutzung. Eine Batterie ist ein Sammelbehälter elektrochemischer Zellen, die an sie angeschlossene Verbraucher versorgen können, indem sie elektrische Ladung durch reversible chemische Reaktionen als chemische Energie speichern. Batterien werden ähnlich wie PV-Module zu einer Batteriebank zusammengeschaltet, um eine gewünschte Spannung zu erzeugen und eine bestimmte Kapazität zu speichern. Die Autonomietage sind ein entscheidender Faktor bei der Planung einer batteriegestützten Solaranlage, da sie sich direkt auf die Größe der Batteriebank auswirken. In Solarstromanlagen kommen üblicherweise Tiefentladebatterien zum Einsatz, da diese Energie liefern können, ohne die Zellen zu beschädigen oder deren Lebensdauer zu beeinträchtigen.
Wechselrichter
Ein Wechselrichter, auch als “Leistungskonditionierungsgerät” bezeichnet, ist ein wichtiger Bestandteil einer Photovoltaikanlage, da er den Anschlusspunkt für Wechselstromgeräte darstellt, die eine Wechselstromquelle benötigen. Die Wahl des Wechselrichters hängt davon ab, ob es sich um eine eigenständige Anlage oder eine Komponente einer netzgekoppelten Anlage handelt.
Ermittlung der elektrischen Last für die Dimensionierung einer eigenständigen PV-Anlage
Bevor die Größe der PV-Anlage festgelegt wird, ist es wichtig, die systembedingten Verluste zu ermitteln. Beispielsweise können Verschattung, Reflexionen aufgrund des Einfallswinkels, Staub, Degradation (Alterung), Temperatureinflüsse usw. die Energieeintragung der PV-Module verringern.
Energiebilanz erstellen und Strombedarf ermitteln
The decision-making process of a stand-alone system needs to begin with the load requirements. To calculate energy/day, first determine how much power each AC electrical load requires. Then, multiply that value by the average number of hours it operates on every day (Wh/day). An effective tool for creating such analysis is a spreadsheet.
Die Entscheidungsfindung für eine eigenständige Anlage muss mit der Ermittlung des Leistungsbedarfs beginnen. Um die Energie pro Tag zu berechnen, muss zunächst ermittelt werden, wie viel Leistung jedes AC-Verbrauchergerät benötigt. Multiplizieren Sie diesen Wert dann mit der durchschnittlichen Anzahl von Stunden, die das Gerät täglich in Betrieb ist (Wh/Tag). Eine Tabellenkalkulation ist ein geeignetes Werkzeug für die Erstellung solcher Analysen.
Standortanalyse
Eine Standortprüfung ist notwendig, um die Machbarkeit einer Solaranlage zu beurteilen. Achten Sie auf etwaige Verschattungsprobleme und Installationsmöglichkeiten. Berücksichtigen Sie potenzielle Aufstellorte für Solarmodule an einem bestimmten Standort. Beachten Sie außerdem die Auswirkungen von Wind- oder Schneebelastung auf die Module, Installationsbelange und zukünftige Wartungsarbeiten.
Berechnung der Größe des PV-Arrays
Die Größe der Solarmodulfläche (PV-Array) wird anhand von drei Faktoren abgeschätzt werden:
- den geschätzten Ressourcen (Sonneneinstrahlung)
- dem Stromverbrauch
- dem geschätzten Wirkungsgrad
Beachten Sie dabei, dass der Wirkungsgrad hier Verluste im System berücksichtigt, die durch Wechselrichter, Verkabelung, Batterie-Ladeaufwand und Abweichungen von den Testbedingungen (z. B. Temperatur oder Sonneneinstrahlung) entstehen. Die grundsätzliche Ineffizienz der Solarmodule selbst bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom wird hierbei nicht berücksichtigt.
Bestimmung des Batterie- und Kabelbedarfs
Berechnung des benötigten Kabelquerschnitts:
Der erforderliche Kabelquerschnitt richtet sich nach der ursprünglichen Anlagenauslegung. Bei höherer Spannung sinkt der Strom (und damit der benötigte Kabelquerschnitt) bei gleicher Leistung. Dünnere Kabel sind zwar in der Regel kostengünstiger, haben aber eine geringere Strombelastbarkeit und verursachen einen höheren Spannungsabfall. Die Kabelgröße wird normalerweise so gewählt, dass der Spannungsabfall zwischen 2 % und 3 % liegt. Beachten Sie jedoch bei der Berechnung der Kabelanforderungen die geltenden Vorschriften.
Auswahl der Komponenten:
Nachdem die Anlage ausgelegt wurde, erfolgt die Auswahl der Komponenten. Benötigt werden mechanische und elektrische Hardwarekomponenten für das System. Dazu gehören Kabel und Leitungen, Trennschalter, Gestelle, Verbindungen, Überspannungsableiter, Montagematerial und weitere Elemente.
Prüfung des Anlagendesigns
Überprüfung des Gesamtentwurfs:
Nach der Fertigstellung muss der Entwurf überprüft werden, um sicherzustellen, dass alle Komponenten innerhalb ihrer vorgesehenen Parameter funktionieren und die Anforderungen der Anlage erfüllt sind.
Genehmigungsverfahren:
Bevor mit den Arbeiten begonnen wird, sollten die Pläne nach Abschluss der Entwurfsprüfung bei den zuständigen Behörden eingereicht werden, um Genehmigungen und Lizenzen zu erhalten.
Fazit
Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) nutzen Halbleitermaterialien, um Sonnenstrahlung in Strom umzuwandeln. Für den Betrieb einer Photovoltaikanlage ist kein direktes Sonnenlicht erforderlich. An bewölkten und feuchten Tagen kann sie zusätzlich Strom durch die Reflexion des Sonnenlichts erzeugen. PV-Anlagen können als netzgekoppelte oder als eigenständige Systeme konzipiert werden.
Wenn Sie mehr Infos oder Beratung brauchen, kontaktieren Sie ISK Elektrotechnik GmbH.
H.M.
