4. Die Hauptbestandteile eines Sonnensystems

Die Hauptbestandteile einer Solaranlage

Batterie

Die Batterie ist das Herzstück der Solaranlage, sie speichert Elektrizität. Der verwendete Batterietyp kann variieren, wobei gängige Optionen Blei-Säure-, Lithium-Ionen- und andere Batterien umfassen. Jeder Typ hat seine Vorteile und Nachteile, wie z. B. Kosten, Kapazität, Gewicht und Wartungsanforderungen.

Für den Bau eines kostengünstigen und leicht verständlichen Solaranlagen-Systems ist ein 12V-Solarsystem ein gutes Beispiel, wir verwenden drei 12V (Volt) 100Ah (Amperestunden) Blei-Säure-Batterien.

Da es sich um ein 12V-Solarsystem handelt, werden diese Batterien parallel geschaltet. Die Amperestundenzahl beträgt 100+100+100=300Ah bei 12 Volt. Berechnen wir die Kapazität dieser Batterien: Wenn wir die Amperestunden und die Spannung multiplizieren, erhalten wir 300AH x 12 Volt = 3600Wh (Wattstunden).

Da es sich jedoch um Blei-Säure-Batterien handelt, können sie für eine lange Lebensdauer nur zu 50 Prozent entladen werden. Daher müssen wir diesen Wert halbieren, was 3600Wh (Wattstunden)/2 = 1800Wh ergibt.

Nehmen wir an, wir haben ein 100-Watt-Gerät, das wir mit diesem System betreiben möchten. Da uns 1800Wh in unseren Batterien zur Verfügung stehen, können wir diesen Wert durch 100 Watt teilen, um herauszufinden, wie viele Stunden wir es betreiben können, was 1800Wh/100 Watt = 18 Stunden ergibt.

Solarmodule

Nachdem wir unsere Powerbank (Batterie) ausgewählt haben, müssen wir sie mit Solarmodulen aufladen. Vereinfacht ausgedrückt bestehen Solarmodule aus Photovoltaikzellen (PV-Zellen), die Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln.

Es gibt verschiedene Arten und Ausführungen von Solarmodulen. Zum besseren Verständnis verwenden wir ein Solarmodul, das 19,8 Volt liefert und unter idealen Bedingungen 5 Ampere erzeugt.

Kombiniert man diese Werte, erhält man 99 Watt. Für eine bessere Ladeeffizienz werden wir 4 davon zusammen verwenden, was 4 x 99 Watt = 396 Watt ergibt.

Wenn Sie herausfinden möchten, wie lange es dauern wird, die Batterie mit diesen Modulen aufzuladen, müssen wir die Wattstunden der Batteriebank nehmen und sie durch die Wattzahl der Solarmodule teilen. Wenn die Batteriebank also 1800 Wattstunden hat, können wir sie mit einer 396-Watt-Solaranlage unter idealen Bedingungen in 4,54 Stunden aufladen.

Da Solarmodule jedoch typischerweise nur etwa 70 % bis 80 % der Nennleistung liefern, nehmen wir 396 Watt multipliziert mit 70 % oder 0,7, dann erhalten wir 277,2 Watt. Realistisch betrachtet dauert es also 6,49 Stunden, um das System unter den meisten realistischen Umständen mit Solarmodulen aufzuladen.

Solar-Laderegler

Jetzt müssen wir herausfinden, welche Größe der Solarladeregler haben muss. Aber zuerst: Was ist ein Solarladeregler und wofür wird er benötigt?

Das Solarmodul erzeugt Strom, aber dieser kommt mit einer ungewöhnlichen Spannung an. Damit diese 12-Volt-Batterie geladen werden kann, benötigt sie eine ganz bestimmte Spannung, nämlich 12 Volt.

Deshalb benötigen wir einen Solarladeregler. Er gleicht den vom Solarmodul kommenden Strom aus, regelt die Spannung, damit diese Batterie sicher geladen werden kann, und schützt die Batterie vor Überladung oder übermäßiger Entladung, um die Lebensdauer der Batterie nicht zu verkürzen.

Er verfügt auch über alle möglichen anderen besonderen Funktionen, insbesondere einen sogenannten MPPT-Laderegler und eine Temperaturkompensation. All diese verschiedenen Funktionen sollen sicherstellen, dass die Solarmodulleistung sicher und effizient in die 12-Volt-Batterie gelangt.

Zurück zu unserer Solaranlage: Da Solarladeregler in Ampere bemessen werden, müssen wir herausfinden, wie viele Ampere unsere 19,8-Volt-Solarmodule tatsächlich bei 12 Volt erzeugen werden.

Wir nehmen 396 Watt, das ist die Gesamtleistung des Solarmodulfeldes, und teilen sie durch 12 Volt. Dies sagt uns, wie viele Ampere unser Solarladeregler verarbeiten muss, also 396 geteilt durch 12 wären 33 Ampere, das bedeutet, wir brauchen einen Solarladeregler, der etwas größer als 33 Ampere ist.

Wir benötigen also einen 40-Ampere-Solarladeregler, der es uns auch ermöglicht, in Zukunft ein zusätzliches Solarmodul hinzuzufügen, falls wir dies wünschen. Es ist immer besser, den Solarladeregler größer zu dimensionieren, als man ihn benötigt.

Bei der Planung einer Solaranlage ist es unerlässlich, den gesamten Energiebedarf zu berechnen, eine geeignete Batteriekapazität zu bestimmen, um die Energieversorgung in sonnenlosen Perioden zu gewährleisten, und eine richtig dimensionierte Solaranlage und einen Laderegler auszuwählen, um die Batterie aufzuladen und sie vor Beschädigung zu schützen. Darüber hinaus müssen andere Komponenten wie Wechselrichter (zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom), Sicherungen und Verkabelungen entsprechend dimensioniert sein, um die Leistungsanforderungen des Systems sicher zu handhaben.

Wechselrichter

Wie wir aus der vorherigen Anleitung wissen, läuft das Solarsystem mit Gleichstrom (DC), aber die meisten unserer Haushaltsgeräte laufen mit Wechselstrom (AC). Um den Strom in der Batterie nutzen zu können, benötigen Sie den wichtigsten Bestandteil: einen Wechselrichter.

Der Wechselrichter ist im Grunde ein Wechselstromerzeuger. Er wandelt den Gleichstrom (DC) der Solarmodule oder den in der Batterie gespeicherten Gleichstrom in Wechselstrom (AC) um, der der Standard-Elektrizitätsstrom ist, der in den meisten Haushalten und Unternehmen zum Betrieb von Geräten und Elektronik verwendet wird.

Eine weitere Sache, die Sie wissen sollten, ist, dass jeder Wechselrichter so konzipiert ist, dass er mit dem präzisen Spannungsbereich des Gleichstromeingangs arbeitet. Ein 12V-Gleichstromeingang kann nur einen 12V-Wechselrichter verwenden. Außerdem kann ein 12V-Wechselrichter nicht an andere Batterien als eine 12V-Batterie angeschlossen werden.

Der Wechselrichter wird nach seiner Ausgangsleistung in Watt bewertet, es gibt eine Dauerleistung (Continuous Wattage) und eine Spitzenleistung (Surge Wattage). Diese Metriken sollten Sie bei der Dimensionierung Ihres Wechselrichters beachten.

Dauerleistung bezieht sich auf die Leistungsmenge, die ein Gerät über einen längeren Zeitraum erzeugen oder aufrechterhalten kann. Dies ist der normale Betriebslevel, den der Wechselrichter oder Generator unter normaler Nutzung bewältigen kann. Bei der Auswahl von Geräten sollten Sie sicherstellen, dass deren Dauerleistungsangabe die Gesamtleistung aller Geräte und Vorrichtungen, die Sie gleichzeitig betreiben möchten, erfüllt oder übersteigt.

Wenn Sie zum Beispiel einen Kühlschrank haben, der 200 Watt verbraucht, einen Fernseher, der 100 Watt verbraucht, und Lichter, die zusammen 100 Watt verbrauchen, benötigen Sie einen Wechselrichter oder Generator mit einer Dauerleistung von mindestens 400 Watt, um all diese gleichzeitig zu betreiben.

Spitzenleistung (auch bekannt als Anlauf-, Start- oder Anlaufleistung) ist die Leistungsmenge, die ein Gerät über einen kurzen Zeitraum erzeugen kann, um Motoren oder Geräte zu starten, die einen größeren Anlaufstrom benötigen. Viele elektrische Geräte, insbesondere solche mit Induktionsmotoren wie Kühlschränke, Klimaanlagen und Pumpen, benötigen für einen kurzen Moment eine höhere Leistung zum Starten als für den Dauerbetrieb.

Die Spitzenleistung ist typischerweise viel höher als die Dauerleistung und kann oft das Zwei- bis Dreifache des Dauerleistungsbedarfs betragen. Diese Spitzenkapazität ist je nach Gerät nur für wenige Sekunden bis wenige Minuten verfügbar.

Wenn beispielsweise ein Kühlschrank zum Starten 600 Watt (Spitzenleistung) benötigt, sich aber dann im Dauerbetrieb auf 200 Watt (Dauerleistung) einpendelt, benötigen Sie einen Wechselrichter oder eine Stromquelle, die mindestens eine Spitze von 600 Watt bewältigen kann.

Betriebsprozess der Solaranlage

So funktioniert eine Solaranlage:

Das Sonnenlicht trifft auf ein Solarmodul, das Modul nutzt die Sonnenenergie und wandelt sie in Elektrizität um, die dann zum Laderegler gelangt, der den Fluss ausgleicht, dann durch den Wechselrichter, wo der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wird, und schließlich die Geräte mit Strom versorgt.