Einrichtungsfaktoren für netzunabhängige Solarsysteme

Die Hoffnung auf Energieunabhängigkeit: Ihr Zuhause ohne monatliche Stromzahlung mit Strom versorgen zu können und nicht von Stromausfällen oder Versorgungsunterbrechungen betroffen zu sein, wird immer häufiger. Die treibende Kraft hinter diesem Bemühen ist das „netzunabhängige“ Solarstromsystem. Netzunabhängige Systeme sind im Gegensatz zu netzgebundenen Systemen für ihren Betrieb nicht physisch oder anderweitig vom Energieversorger abhängig, sondern sind ein völlig eigenständiges Stromerzeugungs-, Speicher- und Verteilungssystem. Ein netzunabhängiges Solarstromsystem ist ein Beispiel für ein „geschlossenes Kreislaufsystem“ und versorgt eine Hütte im Wald, ein Wohnmobil oder Wohnmobil oder andere abgelegene Orte, die keinen Zugang zu einem Stromnetz haben, mit Strom.

Die einzige Möglichkeit, eine vollständige Trennung vom Energieversorger zu erreichen, ist eine unabhängige Solaranlage auf Ihrem Grundstück. Dazu reicht es nicht aus, nur ein paar Solarzellen auf Ihrem Dach zu installieren. Sie müssen zunächst entscheiden, wie viel Strom Sie verbrauchen, und dann ein unabhängiges Solarstromsystem entwerfen, das Sie mit dieser Strommenge versorgen kann. Das Solarenergiesystem muss außerdem entsprechend Ihrem spezifischen Energieverbrauchsbedarf dimensioniert sein, da der Kauf von zu vielen oder zu wenigen Solarmodulen zu Energieverschwendung, häufiger Batterieentladung und fast keinen Einnahmen aus Ihrer Anlage führt. Dieser Artikel bietet einen Vergleich einiger der wichtigsten Faktoren, die bei der Erstellung einer Solarstromanlage mit niedrigen Betriebskosten und zuverlässiger Langzeitleistung berücksichtigt werden müssen.

Um Berechnungen genau durchführen zu können, ist es wichtig, zunächst die Funktion jeder der vier Komponenten zu verstehen, aus denen ein netzunabhängiges (eigenständiges) System besteht.

Sonnenkollektoren (Photovoltaik): Nahezu alle Photovoltaikanlagen bestehen aus Sonnenkollektoren und ihren verschiedenen Technologien. Die Zellen auf dem Solarpanel, die Licht (Sonnenstrahlung) in Elektrizität (Gleichstrom -) umwandeln, werden Photovoltaikzellen genannt, und der Prozess, bei dem sie Licht in Elektrizität umwandeln, wird als Photovoltaikeffekt bezeichnet.

DC-Laderegler (Regelung):Der Gleichstrom fließt von den Solarmodulen in dieses Gerät, das als Gateway dient. Die Hauptaufgabe des Ladereglers besteht darin, die Spannung und Strommenge Ihrer Solarmodule so zu regulieren, dass Sie Ihre Batterien nicht überladen und so sicherstellen, dass Ihre Batterien nicht beschädigt werden.

Bei netzunabhängigen Systemen ist ein MPPT-Regler (Maximum Power Point Tracking) die bevorzugte Wahl gegenüber einem älteren pulsweitenmodulierten (PWM) Modell, da MPPT-Regler den maximalen Leistungspunkt für Photovoltaikmodule verfolgen und so eine weitaus höhere Effizienz als PWM-Regler bieten, insbesondere bei kalten oder bewölkten Wetterbedingungen.

Batteriebank (Speicher):Die Batteriebank gilt als das Herzstück eines netzunabhängigen Solarsystems. Da die solare Photovoltaik-Energieerzeugung nicht zu 100 % nachts erfolgt, ist es notwendig, über etwas zu verfügen, in dem die gesamte während der Spitzenstromproduktionszeiten erzeugte überschüssige elektrische Energie gespeichert werden kann, um sie sowohl nachts als auch an bewölkten/regnerischen Tagen zu nutzen.

Obwohl geflutete Blei--Säurebatterien in den-Anschaffungskosten günstiger sind; Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFePO₄) werden aufgrund ihrer viel längeren Lebensdauer, größeren Entladetiefen und ihres wartungsfreien Betriebs zu einem neuen Industriestandard-Batterietyp für Neuinstallationen.

Wechselrichter:Die in Ihren Batterien gespeicherte Energiemenge ist eine niedrige Gleichspannung. Die meisten Haushaltsgeräte verwenden jedoch zum Betrieb Wechselstromspannung (AC). Um die niedrige Gleichspannung Ihrer Batterien in nutzbare Wechselspannung (normalerweise entweder 120 Volt oder 240 Volt) für Ihre anderen Geräte (Lichter, Kühlschränke usw.) umzuwandeln, müssen Sie einen Wechselrichter kaufen.

Um empfindliche Geräte zu betreiben, benötigen Sie einen Wechselrichter mit reiner Sinuswelle, da dieser einen gleichmäßigen Sinuswellenausgang liefert (ideal für den ordnungsgemäßen Betrieb empfindlicher elektronischer Geräte).

Sie können keine Komponente auswählen, bis Sie wissen, wie viel Strom Sie tatsächlich verbrauchen. Dieser Vorgang wird als Lastanalyse oder Energieaudit bezeichnet.

Um festzustellen, wie viel Watt Ihr Büro oder Zuhause täglich verbraucht (um diese Berechnung durchzuführen), müssen Sie mehrere Informationen über jedes von Ihnen verwendete Gerät kennen. Insbesondere müssen Sie wissen, wie viel Strom jedes Ihrer Geräte pro -Watt verbraucht, wie lange die Geräte täglich laufen und wie viele Watt pro Stunde Ihre Geräte verbrauchen. Ein weiterer Grund dafür, dass netzunabhängige Systeme die Erwartungen der Benutzer nicht erfüllen, liegt darin, dass nur wenige Systeme entsprechend der Spitzenauslastung dimensioniert wurden.

Wenn Ihr täglicher Verbrauch bekannt ist, können Sie die Batteriebank dimensionieren. Die Schlüsselfrage hier lautet „Tage der Autonomie“. Dies bezieht sich darauf, wie viele Tage Ihr System ohne Einfluss der Sonne laufen soll (z. B. während eines Schneesturms oder einer längeren Bewölkungsperiode).

Die meisten Entwickler von netzunabhängigen Systemen empfehlen eine Autonomie von mindestens 2-3 Tagen für ihre netzunabhängigen Systeme. Darüber hinaus ist es wichtig, eine übermäßige Entladung der Batterien zu vermeiden, um ihre Lebensdauer zu verlängern. Bei Lithiumbatterien kann eine Nutzung von 80–90 % akzeptabel sein, dies muss jedoch bei Ihrer Kapazitätsberechnung berücksichtigt werden.

Sie müssen außerdem einen Wechselrichter auswählen, der den Spannungsstoß oder die maximale Last bewältigen kann. Auch wenn Ihr normaler Verbrauch möglicherweise gering ist, kann eine Wasserpumpe oder ein Kühlschrankmotor beim ersten Einschalten das Drei- bis Fünffache ihres normalen Verbrauchs verbrauchen. Ein Wechselrichter, der diese Überspannung nicht verträgt, schaltet ab.

Die Systemspannung 12V, 24V oder 48V muss ermittelt werden. Kleinere Systeme (z. B. Lieferwagen oder kleine Hütten) verwenden in der Regel 12 V, sodass in Privathaushalten aufgrund des größeren Abstands zwischen den Batterien und den Geräten im Allgemeinen 24-V- oder 48-V-Systeme erforderlich sind. Systeme mit höherer Spannung sind vorteilhaft, da kostengünstigere und dünnere Kupferkabel erforderlich sind und der Leistungsverlust über die Entfernung geringer ist.

Schließlich sind technische Daten nicht die einzigen Faktoren. Der physische Standort Ihrer Panels ist entscheidend. Auf der Nordhalbkugel sollten die Paneele idealerweise in einem Neigungswinkel, der Ihrem Breitengrad entspricht, nach Süden ausgerichtet sein, um die Belichtung zu maximieren.

Darüber hinaus unterstreichen aktuelle wissenschaftliche Forschungen die Notwendigkeit von „Anpassungsfaktoren“ beim netzunabhängigen Design, insbesondere in Entwicklungsgebieten. Faktoren wie die Fähigkeit des Benutzers, für die Wartung aufzukommen, die strukturelle Integrität des Daches und sogar die Möglichkeit, das System zu versetzen, sind wichtige Überlegungen, die bei Rahmenwerken mit Standarddimensionierung oft übersehen werden.

Berücksichtigen Sie den Gesamtenergiebedarf und die Anzahl der Solarmodule, die Sie auf der verfügbaren Dach- oder Grundstücksfläche unterbringen können. Die einzige andere Überlegung ist die Wahl zwischen Mono- und Poly-Paneelen. Es ist ein langer und kurvenreicher Weg voller Naturwissenschaften und Mathematik. Doch das netzunabhängige Solarabenteuer gipfelt in der Selbstversorgung – eine tiefgreifende Belohnung. Abgesehen von der erheblichen Wissensschwelle zur genauen Vorhersage der Systemlasten und zur Minimierung von Leistungsverlusten ist die Fähigkeit, Speicherbatterien so zu dimensionieren, dass ein autonomer Zustand erreicht wird, eine Voraussetzung. Die Fähigkeit, Solaranlagen an die örtlichen Sonnenstunden anzupassen und geeignete Wechselrichter auszuwählen, ist auch eine Voraussetzung für den Aufbau von Systemen, die sauberen Strom erzeugen und über Jahre hinweg in ruhiger Einsamkeit arbeiten. Ob es sich um ein DIY-System oder ein professionelles System handelt, die Kenntnis dieser Prinzipien wird dafür sorgen, dass die Sonne für Sie funktioniert.