Erstellt von Marcus | 17.04.2019
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Das Thema Solar und Solaranlage ist umfangreich. In jedem Teilbereich gibt es unterschiedliche Systeme und verfahren. Viele gestellte Fragen rund um Solar werden in diesen Beitrag beantwortet.

Inhaltsverzeichnis:

Solar Themensammlung:
Hier gibt es bereits ein umfangreiches Themenarchiv zur Solaranlage. Vor allem geht es dabei um das Solaranlage selber bauen.

Was ist eine Solaranlage?

Der Begriff Solaranlage ist ein Sammelbegriff. Meist ist eine Photovoltaik-Anlage gemeint, die aus Sonnenenergie elektrische Energie durch Solarmodule umwandelt.
Unter den Begriff Solaranlage fallen auch Solarkollektoren / Sonnenkollektoren / Vakuumröhrenkollektoren: Wasser wird durch Sonne erhitzt, z.b. als Vorwärmung des Brauchwassers oder für den Pool.

Was ist eine Insel-Solaranlage?

Im Grunde gibt es zwei verschiedene Systeme für Photovoltaikanlagen.

Insel-Solaranlage:
Strom wird erzeugt und zumeist in Akkus gespeichert. Der erzeugte Strom wird direkt verbraucht und ist unabhängig vom Netzstrom. Eine Insel-Solaranlage ist daher der moderne Begriff für den Eigenverbrauch ohne Netzeinspeisung.
Um dieses System bewegen sich die meisten Themen auf Wohnen-Heimwerken.de. Siehe Insel-Solaranlage.
Dabei ist die Insel-Solaranlage unabhängig davon, wieviel Strom produziert oder mit wieviel Volt gearbeitet wird. Ebenfalls kann ins Hausnetz eingespeist werden. Beachte hierbei, dass der passende Stromzähler verbaut ist. Ggf. bei deinem Stromanbieter nachfragen.
230V können auch bei Insel-Solaranlagen mittels Wechselrichter genutzt werden. Ebenfalls gibt es Wechselrichter bzw. Netzweichen. So wird Netzstrom bezogen, wenn die Solarleistung (und/oder Akkus) nicht ausreicht.

Netzeinspeisung:
Anders als im Inselbetrieb, wird mittels passendem Einspeise-Wechselrichtern ins Stromnetz eingespeist. Der Betreiber erhält für jeden erzeugten Kilowatt ein paar Cent.
Informiere dich dazu genauer bitte auf anderen Webseiten. Dies ist auf unserer Seite eher ein Randthema. Dazu kennen sich andere viel besser aus.

Wie groß sollte meine Solaranlage sein?

Je nachdem wofür du deine Anlage benötigst, kannst du ganz einfach berechnen wie groß diese sein muss. Um den Strombedarf zu ermitteln, kannst du entweder deinen Stromzähler ablesen, oder ein kleines Strommessgerät für die Steckdose kaufen. Letzteres wird zwischen Verbraucher und Steckdose gesteckt und zeigt dir den tatsächlichen Verbrauch an. Ebenfalls kannst du das für einen längeren Zeitraum ermitteln lassen.


Einen umfangreichen Beitrag, wie groß die Anlage sein sollte, gab es bereits.
Solarmodul-Leistung anhand des täglichen Strombedarfs berechnen

Kurzer Rechenweg:
Über das Jahr gesehen gibt es täglich etwa 4,5h Sonne (Deutschland Mittel). Wenn dein Tagesbedarf 2,5kWh sind, so rechnest du:
2500Wh : 4,5h = 556W
Soviel Modulleistung würdest du also mindestens brauchen. Aber,...
Einbeziehen musst du längere Dunkelphasen / graue Tage, vor allem von Dezember bis Februar. Ebenso, dass die Modulleistung nach einigen Jahren sinkt und das laden der Akkubank oder das umformen über den Wechselrichter selbst Energie benötigt. Hinzu kommen Leitungsverluste und Selbstentladung, heiße Solarmodule, Schattenwurf, Laub, Dreck oder Schnee auf Solarmodulen. Eine Überdimensionierung der Anlage hilft dann bei den katastrophalen Tagen, produziert aber auch unnötigen Überschuss im Sommer.

Wie kann ich 230 Volt Wechselspannung nutzen?

Recht unabhängig der Eingangsspannung der Akkus / Solarmodule, kannst du 230V mittels Wechselrichter nutzen. Diese kleinen Geräte wandeln z.b. 48V Gleichspannung in 230V Wechselspannung um, sodass normale Haushaltsgeräte darüber betrieben werden können.
Es gibt eine schier unendliche Auswahl an teuren und billigen Wechselrichtern. Das meiste kommt aus China und ist zwar billig, aber nicht immer auch schlecht. Die Chinesen sind meiner Meinung nach deutlich weiter, da es - so wie ich das mitbekomme - eher "müsste funktionieren / ausreichen" das Motto ist. Ganz anders als in Deutschland, wo viele Wasserköpfe und Großraumbüros die Geräte extrem teuer, aber nicht unbedingt so viel besser machen. Ich verwende nur Solarzeugs aus China und es funktioniert bisher problemlos und ohne Ausfälle (habe 3 Insel-Solaranlagen, die größte mit 5x90 Watt Solarmodulen).

Einen eigenen Artikel zum Thema Wechselrichter und wie er in die Solaranlage integriert wird, gibts hier: Haushaltsgeräte mit 230V Wechselspannung an der eigenen Solaranlage nutzen

Die größten Unterschiede bestehen in Eingangsspannung und maximale Ausgangsleistung in Watt, die den Preis eines solchen Gerätes deutlich hoch drücken können. Dann gibt es aber auch noch den Unterschied, wie die Wechselspannung auf dem Oszilloskop aussieht. Ein Rechtecksignal oder eine Sinuswelle. Manche Geräte können nicht mit dem Rechtecksignal umgehen, dabei sind diese Geräte deutlich günstiger. Dazu im nächsten Abschnitt mehr.

Wechselspannung: Unterschied reiner Sinuswelle und Rechtecksignal bzw. der modifizierten Sinuswelle

Dazu habe ich ein einfaches Bild gezeichnet, was dir die Signale für die 230V Wechselspannung mit 50 Hz aufzeigen soll.

 230V Wechselspannung: Signale für Sinus, modifiziert..  Die Wechselspannung mit 230V und 50 Hz hat eigentlich eine Sinuswelle. Wechselrichter können unterschiedliche Signale erzeugen, die nicht für jedes Gerät dann funktionieren. © Wohnen-Heimwerken.de

230V Wechselspannung: Signale für Sinus, modifiziert..
Die Wechselspannung mit 230V und 50 Hz hat eigentlich eine Sinuswelle. Wechselrichter können unterschiedliche Signale erzeugen, die nicht für jedes Gerät dann funktionieren.

In der Frage darüber, habe ich bereits etwas zu den Wechselrichtern gesagt. Bemerken möchte ich, das nicht jedes elektrische Gerät mit dem modifizierten Sinus-Signal arbeiten kann.
Zwar funktionieren die alten Röhrenfernseher und Bürstenmotoren mit dem modifizierten Signal, aber sobald mit komplexer Elektronik gearbeitet wird, die einen Thyristor oder Silizium Gleichrichter beinhalten, funktioniert es nicht. Bspw. funktionieren die meisten Waschmaschinen, PC-Drucker, Digitaluhren mit Radio und auch einige Batterieladegeräte nicht mit modifiziertem Sinus-Signal.
Ebenfalls deutet ein brummen von Netzteilen oft darauf hin, dass es nicht mit dem Rechteck- oder modifizierten Sinuswelle zurecht kommt. Schaltregler könnten dadurch auch zerstört werden.

Du kannst dir natürlich solch ein günstiges Gerät zum testen anschaffen und dort einsetzen, wo es geht. Oder hier nicht sparen und einen ordentlichen Wechselrichter mit reiner Sinuswelle kaufen.




Welche Spannung soll ich nutzen? 12V, 24V, 48V oder mehr?

Diese Frage wurde als Artikel bereits beantwortet: 12V, 24, 36V oder 48V? Für welche Spannung ist für meine Insel-Solaranlage ideal?

Wie schalte ich Solarmodule miteinander zusammen / Reihenschaltung, Parallelschaltung, String

Jedes Modul hat unterschiedliche Nennspannung und es ist, gerade bei größeren Anlagen, ein Verbund aus Reihen- und Parallelschaltung notwendig, um die gewünschte Spannung zu erzielen. Dank moderner Laderegler kommt es nicht mehr auf ein paar Volt an. Trotzdem ist die Maximalspannung und Stromstärke bei allen Ladereglern gedeckelt.
Für die Schaltung mehrer Module gab es bereits einen ausführlichen Artikel: Reihenschaltung und Parallelschaltung.
Es ist hingegen möglich, mehrere Laderegler und Wechselrichter zu nutzen.
Wichtig ist, möglichst gleiche Module bzw. Module gleicher Spannung und Stromstärke miteinander zu verbinden. In der Reihenschaltung (String / Serienschaltung) werden die Spannungen addiert, Stromstärke bleibt gleich. Ein Modul mit anderer Stromabgabe belastet alle anderen der Reihenschaltung negativ. Bei der Parallelschaltung werden die Stromstärken addiert und die Spannung bleib gleich. Bei Verschattung oder Modulen mit weniger Stromstärke, zieht es die anderen Module negativ mit.

Wie kann ich mehrere Laderegler nutzen?

Hast du mehr als eine Dachfläche bzw. übersteigt die Leistung der Module die maximale Leistung des Ladereglers? Du kannst einfach mehrere Laderegler nutzen und dabei einen gemeinsamen Akku oder Wechselrichter betreiben. Wie das geht zeigt dieses Thema: Mehrere Laderegler, ein Akku.

Benötige ich Dioden / Bypassdioden bei Verschaltung mehrerer Solarmodule?

Sperrdioden oder Bypassdioden in einem Strang werden bei modernen Solarmodulen nicht benötigt, da diese bereits eingebaut sind. Bei kleinen Zellen oder Modulen, muss das jedoch nicht der Fall sein. Kleine Bastel-Solarzellen können auch Strom ziehen, wenn keine Sperrdiode genutzt wird.
Eine Sperrdiode benötigt die richtige Dimension: Maximale Spannung und Stromstärke werden bei allen Dioden angegeben.
Die in Reihe geschalteten Module können hingegen durch Abschattung einen Teil der Spannung nicht mehr liefern, was ggf. zu Problem beim laden der Akkus führen kann. Hier nützen auch Bypass-Dioden nichts. Je nach Anwendungsort sollten Abschattungen von Baumen und Gebäuden einkalkuliert werden.

Lesetipp: Bypass Dioden und die Reihenschaltung Photovoltaikmodule

 Solarmodul: Bypass-Dioden Schaltplan  Zum Schutz der Solarmodule bei Abschattung in der Reihenschaltung eine Bypass-Diode nutzen © Wohnen-Heimwerken.de

Solarmodul: Bypass-Dioden Schaltplan
Zum Schutz der Solarmodule bei Abschattung in der Reihenschaltung eine Bypass-Diode nutzen

Bei in Reihe geschalteten Modulen fließt Strom durch ein abgeschattetes Modulen hindurch. Dies könnte das Solarmodul beschädigen und nennt sich Hotspot (Aufheizung). Solche Solarmodule können sich verfärben und auch brennen. Hier empfiehlt es sich, Bypass Dioden zu nutzen. Diese sind nicht teuer und gewähren ein Schutz der deutlich teuren Solarmodule. In vielen Markenmodulen sind diese auf der Rückseite im Anschlusskasten bereits integriert. Bypass-Dioden innerhalb eines Solarmoduls sind ebenfalls vom Hersteller meist bereits integriert, damit das Solarmodul bei Teilverschattung noch etwas Leistung bringt.



 Bypass Dioden: Photovoltaikmodule in Serienschaltung  Die Diode wird meist im Anschlusskasten hinten am Solarmodul integriert. So können Module ohne zusätzliche Bauteile einfach in Reihe gesteckt werden. © Wohnen-Heimwerken.de

Bypass Dioden: Photovoltaikmodule in Serienschaltung
Die Diode wird meist im Anschlusskasten hinten am Solarmodul integriert. So können Module ohne zusätzliche Bauteile einfach in Reihe gesteckt werden.

Wo ist der Unterschied der Solarmodule: Dünnschicht, Polykristallin und Monokristallin?

Es gibt viele verschiedene Solarmodultypen. Diese unterscheiden sich nicht nur in der Herstellung, sondern auch beim Anwendungsbedarf. Die folgenen drei Typen habe ich getestet und sind in meinen Solaranlagen eingebaut. Vor allem kann man bei der Standortwahl schon abschätzen, welcher Modultyp hier am ehesten geeignet ist. Damit man maximal Energie aus der Sonne bekommt.



Dünnschicht Solarmodul:
Die ältesten und wohl am verbreitetsten Solarzellen stellen die Dünnschichtmodule dar. Sicher hast du auch einige daheim: Gartenlampen, Taschenrechner, Uhren (mit Solar), Taschenlampen, Mini-Radios usw. Bereits in den 1970er Jahren wurden diese Module verwendet und auch heute trifft man diese, durch die gute Langzeitstabilität, in Photovoltaik-Anlagen.

Die Vorteile der Dünnschicht-Zellen:
  • arbeiten auch bei bedecktem Himmel
  • sind Temperaturstabiler - gute Leistung auch bei aufgeheiztem Solarmodul
  • kostengünstig und einfache Herstellung


Polykristalline Solarmodule:
Im PV-Bereich die wohl am häufigst genutzte Zellentechnologie. Zwar ist die Herstellung aufwendig, jedoch nicht so aufwendig wie Monokristalline Zellen. Die Preise liegen daher in einem guten Mittel.

Vorteile Polykristalliner Solarmodule:
  • kostengünstiger und etwas einfachere Herstellung als Monokristallin
  • erzeugen auch bei bedecktem Himmel noch gut Strom - nicht so gut wie Dünnschicht, aber mehr als Monokristallin


Monokristalline Solarmodule:
Eigentlich ist das Monokristalline Solarmodul mein Sommer-Liebling. Bei direkter Sonnenstrahlung bietet diese Technologie den höchsten Ertrag auf wenig Fläche. Die Ausbeute bei bedecktem Himmel ist zwar nicht schlecht, aber schlechter als Polykristallin oder Dünnschicht. Auch ist das Herstellungsverfahren sehr aufwendig und teuer, was sich im Preis widerspiegelt.

Vorteile Monokristalliner Solarmodule:
  • Bester Stromlieferant bei direkter Sonnenstrahlung


Weitere Module?
Natürlich gibt es noch ein paar Ausenseiter unter den Solarzellen-Technologien. Neu im kommen sind Mehrschichtmodule, von denen ich später mehr berichten werde. Aktuell sind diese zu teuer und nur vereinzelt zu bekommen.

Was bedeuten die Angaben auf Solarmodulen: Wp, Leerlaufspannung, Kurzschlussstrom usw?

Auf allen größeren Solarmodulen gibt es auf der Rückseite verschiedene Leistungsangaben des Moduls. Die wichtigsten hier als kurze Erläuterung. Möchtest du mehr Fachwissen, schaue dich bei den vielen spezialisieren Elektronik-Webseiten um, die diese Begriffe noch umfangreicher erläutern.
  • Wp (Watt Peak): (auch: Nennleistung / Pmpp genannt)
    Die Maximalleistung, welche unter optimalen Bedingungen erreicht werden kann. In der Realität ist die Maximalleistung oft viel geringer, als unter Laborbedingungen (25 Grad Celsius, senkrechter Lichteinfall etc). Auch im Datenblatt Maximum Power Point (MPP) genannt. Ein MPP Laderegler nutzt genau diesen Powerpoint z.b. zum effektiven laden des Akkus. Mit steigender Spannung sind die Stromstärke.
  • Leerlaufspannung (Uoc):
    Ist die Spannung ohne Last (Verbraucher) bzw. wenn kein Strom fließt. Diese ist auch abhängig von der Solarzellen Temperatur und Lichteinstrahlung. Ist diese zu gering, kann es an dem Ausfall einer Bypassdiode im Solarmodul liegen. Meist 1/3 oder 2/3 Verlust sind dafür ein typischer (Poly- und Monokristallinen Module) Indiz.
    Die tatsächliche Spannung zum laden von Akkus ist geringer, da Strom (Ampere) fließen muss.
  • Kurzschlussstrom (Isc):
    Durch ein Amperemeter, direkt an den Polen des Solarmoduls in Reihe geschaltet, lässt den Kurzschlussstrom ermitteln. Dieser ist höher, als der real im Betrieb befindliche Strom, da bei Kurzschluss die Spannung 0 beträgt.
Verwende bitte einen geeigneten Laderegler oder DCDC Wandler (z.b. Automatik DCDC) zum laden von Akkus. Die für Solar geeigneten Laderegler nutzen das Solarmodul möglichst optimal. Dazu mehr unter dem nachfolgendem Punkt MPPT und PWM Laderegler.

Wo liegt der Unterschied der Laderegler MPPT und PWM?

Für Solaranlagen gibt es die Laderegler-Technik MPPT (MPP) und PWM. Beide Systeme unterscheiden sich auch deutlich vom Preis und ihrer Effektivität. Der teurere und effektivere MPPT Laderegler ist empfehlenswert, wenn die Modulspannung sich deutlich von der Akku-Ladespannung unterscheidet. Für ein 22V (Leerlaufspannung) Modul ist ein günstiger PWM Laderegler meiner Meinung nach (noch) ausreichend. Aber schauen wir uns an, was die beiden Systeme unterscheidet.

PWM Laderegler:
PWM steht für Pulsweitenmodulation. Der Eingang der Solarmodule werden direkt mit er Batterie verbunden. Die Spannung über der Batterie wird sozusagen abgeschnitten / verworfen.
Der Laderegler schaltet die Verbindung ab, sobald der Akku voll ist. Diese Akkuspannung wird mehrmals pro Sekunde, getaktet, abgefragt.


Beispiel zum PWM Laderegler:
Modulspannung 22V, Stromstärke 1A, = 22 Watt.
Ein Akku, der 11V hat, läd mit 1A. Entsprechen 11 Watt.
Ein Akku, der 13V hat, läd mit 1A. Entsprechen 13 Watt.

MPPT Laderegler:
MPP steht für Maximum Power Point (maximaler Stärke-Punkt). Das T steht für Tracker (Haltepunkt). Anders als beim PWM Laderegler gibt es mehr Elektronik im Regler selbst und die Spannung wird auf Akkuspannung heruntergebrochen bei Erhöhung der Stromstärke.


Beispiel zum MPPT Laderegler:
Modulspannung 22V, Stromstärke 1A, = 22 Watt.
Ein Akku, der 11V hat, läd mit 2 zu 1 (22V geteilt durch 11V) = 2A. Entsprechen 22 Watt.
Ein Akku, der 13V hat, läd mit 1,7 zu 1 (22V geteilt durch 13V) = 1,7A. Entsprechen 22 Watt.
Nach bestem Wissen und Gewissen.
Sonnige Grüße, dein Marcus

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