Ein eigenständiges Sonnensystem

Ein netzunabhängiges oder autarkes PV-System besteht aus einer Reihe einzelner Photovoltaikmodule (oder Paneele) mit normalerweise 12 Volt und einer Ausgangsleistung zwischen 50 und 100+ Watt jeder. Diese PV-Module werden dann zu einem einzigen Array kombiniert, um die gewünschte Ausgangsleistung zu erzielen.

Ein einfaches eigenständiges PV-System ist ein automatisches Solarsystem, das elektrische Energie erzeugt, um tagsüber Batterien aufzuladen, die nachts verwendet werden, wenn die Sonnenenergie nicht verfügbar ist. Ein eigenständiges kleines PV-System verwendet wiederaufladbare Batterien, um die elektrische Energie zu speichern, die von einem PV-Modul oder -Array geliefert wird.

Unabhängige PV-Systeme sind ideal für abgelegene ländliche Gebiete und Anwendungen, in denen andere Stromquellen entweder unpraktisch oder nicht verfügbar sind, um Strom für Beleuchtung, Geräte und andere Zwecke bereitzustellen. In diesen Fällen ist es kostengünstiger, ein einzelnes eigenständiges PV-System zu installieren, als die Kosten dafür zu tragen, dass das örtliche Elektrizitätsunternehmen seine Stromleitungen und Kabel als Teil eines netzgekoppelten PV-Systems direkt bis zum Haus verlegt.

Ein eigenständiges Photovoltaiksystem (PV) ist ein elektrisches System, das aus einem oder mehreren PV-Modulen, Leitern, elektrischen Komponenten und einer oder mehreren Lasten besteht. Aber ein kleines netzunabhängiges Solarsystem muss nicht auf einem Dach oder Gebäudestrukturen für häusliche Anwendungen angebracht werden. Viele netzunabhängige Solarsysteme werden verwendet, um Wohnmobile, Wohnmobile, Boote, Zelte, Campingplätze und andere abgelegene Orte mit Strom zu versorgen. Viele Unternehmen wie Amazon bieten jetzt tragbare Solarkits an, mit denen Sie Ihren eigenen zuverlässigen und kostenlosen Solarstrom überall selbst an schwer zugänglichen Orten bereitstellen können.

Vereinfachtes eigenständiges PV-System

Während eine Hauptkomponente und Kosten einer eigenständigen PV-Anlage die Solaranlage ist, werden typischerweise mehrere andere Komponenten benötigt. Dazu gehören:

• Batterien – Batterien sind ein wichtiges Element in jedem eigenständigen PV-System, können aber je nach Design optional sein. Batterien werden verwendet, um den solar erzeugten Strom für die Nacht oder den Notfall tagsüber zu speichern. Je nach Konfiguration der Solaranlage können Batteriebänke 12 V, 24 V oder 48 V und insgesamt viele hundert Ampere aufweisen.
• Laderegler – Ein Laderegler regelt und steuert die Leistung der Solaranlage, um zu verhindern, dass die Batterien überladen (oder überentladen) werden, indem die überschüssige Energie in einen Lastwiderstand abgeleitet wird. Laderegler innerhalb eines eigenständigen PV-Systems sind optional, aber aus Sicherheitsgründen ist es eine gute Idee, einen zu haben.
• Sicherungen und Trennschalter – Diese ermöglichen den Schutz von PV-Anlagen vor versehentlichem Kurzschluss von Kabeln, wodurch Strom von den PV-Modulen und dem System fließen kann “AUS” wenn sie nicht benötigt werden, um Energie zu sparen und die Batterielebensdauer zu verlängern.
• Wechselrichter – Der Wechselrichter kann eine weitere optionale Einheit in einem eigenständigen System sein. Wechselrichter werden verwendet, um den 12-V-, 24-V- oder 48-Volt-Gleichstrom (DC) von der Solaranlage und den Batterien in Wechselstrom (AC) und eine Leistung von entweder 120 VAC oder 240 VAC für die Verwendung im Haushalt zur Stromversorgung des Wechselstromnetzes umzuwandeln Haushaltsgeräte wie Fernseher, Waschmaschinen, Gefrierschränke usw.
• Verkabelung – Die letzte Komponente, die in einer PV-Solaranlage erforderlich ist, ist die elektrische Verkabelung. Die Kabel müssen für die Spannungs- und Leistungsanforderungen korrekt ausgelegt sein. Dünner Telefon- oder Klingeldraht funktioniert nicht!

Batterien sind ein wichtiges Element und das Herzstück eines jeden eigenständigen Solarstromsystems, unabhängig davon, ob es sich um ein System handelt, das eine große Anzahl von Paneelen zur Stromversorgung eines Hauses verwendet oder ein kleines Pico-Solarsystem, das den Garten, Schuppen oder Fischteich mit Strom versorgt.

Batterien werden wegen der schwankenden Natur der von den PV-Paneelen oder -Arrays gelieferten Leistung benötigt. Sie wandeln auch die elektrische Energie in gespeicherte chemische Energie um, die verwendet wird, wenn die Solaranlage keinen Strom erzeugt. Während der Sonnenstunden wird die PV-Anlage direkt in den Verbraucher eingespeist, wobei überschüssige elektrische Energie in den Batterien für eine spätere Nutzung gespeichert wird. Während der Nacht oder während einer Zeit geringer Sonneneinstrahlung, wie z. B. an bewölkten, regnerischen Tagen, wird die Last von der Batterie mit Energie versorgt.

Batteriespeicher ermöglichen es also, ein eigenständiges PV-System zu betreiben, wenn die Solarmodule selbst nicht genug Energie produzieren, wobei die Größe des Batteriespeichers an den Stromverbrauch gebunden ist. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Batterien, die für die Speicherung von Solarenergie verwendet werden: Deep-Cycle-Batterien und Shallow-Cycle-Batterien. loading=“lazy“ width=“227″ height=“222″ title=“Typische Deep-Cycle-Batterie“ alt=“Deep-Cycle-Batterie“ />

Deep-Cycle-Blei-Säure-Batterien werden im Allgemeinen verwendet, um den von den PV-Modulen erzeugten Solarstrom zu speichern und den Strom dann zu entladen, wenn Energie benötigt wird. Deep-Cycle-Batterien sind nicht nur wiederaufladbar, sondern auch so konzipiert, dass sie wiederholt fast bis auf eine sehr niedrige Ladung entladen werden können.

Bestehend aus massiven Bleiplatten, ist es nicht ungewöhnlich, dass zyklenfeste Batterien auf bis zu 20 % ihrer Gesamtkapazität entleert werden, bevor keine Energie mehr aus der Batterie fließt oder der Laderegler sie vom Solarsystem trennt. Deep-Cycle-Solarbatterien werden in den meisten elektrisch betriebenen Fahrzeugen wie Golfwagen und Gabelstaplern verwendet.

Deep-Cycle-Batterien sind ideal dafür ausgelegt, Energie zu speichern, die von einem eigenständigen PV-System erzeugt und dann zum Einschalten herangezogen wird auf konsistenter, täglicher Basis.

Zwischen den Solarmodulen und den Batterien ist ein Laderegler, auch Laderegler genannt, geschaltet. Der Laderegler stellt sicher, dass die maximale Leistung der Solarmodule oder des Arrays zum Laden der Batterien verwendet wird, ohne sie zu überladen oder zu beschädigen.

Sie arbeiten automatisch, wobei die meisten im Handel erhältlichen Laderegler eine digitale Anzeige haben wie viel Strom zu einem beliebigen Zeitpunkt erzeugt wurde, der Ladezustand der Batterien und programmierbare Einstellungen zum Entladen der Batterien in eine ohmsche Dummy-Last, um die Wahrscheinlichkeit einer Sulfatierung der Batteriezellen zu minimieren und die Batterielebensdauer zu verlängern.

In einigen eigenständigen Niederspannungssystemen kann die 12- oder 24-Volt-Batterieleistung direkt verwendet werden, aber dies erfordert die Verwendung von Haushaltsgeräten und Beleuchtung, die für Niederspannungs-Gleichstrom ausgelegt sind. Die Verwendung von Batterien ermöglicht es dem System, nutzbaren Strom zu erzeugen, selbst wenn nicht genug Licht für den Betrieb der PV-Zellen vorhanden ist.

Ein “eigenständiges PV-System” dieser Art bietet Unabhängigkeit vom Stromnetz und Energieversorgern. Die Batterien entladen sich jedoch irgendwann, wenn sie längere Zeit verwendet werden oder keine Notstromquelle vorhanden ist. Daher enthalten eigenständige Systeme einen kleinen Gas- oder Dieselgenerator für längere Nicht-Sonnenzeiten oder zum Aufladen der Batterien, wenn sie unter 60 bis 80 Prozent fallen Entladetiefe.

Einfache Stand-Along-DC-Systeme für Camping, Wohnmobile, Wohnwagen, Zelte usw. sind im Allgemeinen die billigsten und beliebtesten Solar-PV-Systeme, da sie keinen Wechselrichter oder Controller benötigen und oft kleine Photovoltaik-Arrays für die direkte Beleuchtung haben. Sie werden häufig an Orten eingesetzt, die nur gelegentlich oder leicht genutzt werden. Sie verwenden häufig eine kleine Photovoltaikanlage, um nur eine kleine Batterie aufzuladen. Bei seltener Nutzung wird der Großteil der Energie von der Batterie bereitgestellt.

Neuere Niederspannungs-Solartechnologien wurden in einer Vielzahl von Beleuchtungsanwendungen implementiert. Straßenlaternen, Sicherheitsleuchten, Solargartenleuchten und Parkplatzlampen können alle mit kleinen, eingebauten Solarfeldern entworfen werden, die ein vollständiges eigenständiges PV-System ergeben. Den ganzen Tag der Sonne ausgesetzt, können diese Lichter ihre elektrische Ladung behalten, um die ganze Nacht lang zu leuchten. Elektrische Verkehrszeichen können Solarzellen auf die gleiche Weise nutzen, obwohl wichtige Straßen- und Verkehrszeichen auf Hauptstraßen und Autobahnen auch alternative Energiequellen als Backup haben.

Eigenständige Wechselstromsysteme hingegen verwenden einen Wechselrichter (nicht an das Stromnetz angeschlossen), einen Laderegler, Batterien, Sicherungen zum Schutz und die zugehörige Verkabelung. Eigenständige Wechselstromsysteme werden in abgelegenen Gebieten verwendet, in denen das Stromnetz entweder nicht vorhanden oder zu teuer in der Wartung ist. Die Batterien versorgen den Wechselrichter mit Strom, der die erforderlichen 120 VAC oder 240 VAC erzeugt, um von Wechselstromgeräten im Haushalt genutzt zu werden.

Dies ist typisch für die meisten Haus- oder Heim-Photovoltaik-Energiesysteme. Es gibt zwei Arten von Wechselrichtern: Sinuswellen- und Nicht-Sinuswellen-Wechselrichter. Nicht-Sinus-Wechselrichter sind billiger und können in eigenständigen Systemen für unkritische Leistungsanforderungen wie Beleuchtung, Elektrowerkzeuge und Pumpen zum Pumpen von Wasser usw. verwendet werden, da ihre Ausgangswellenform nicht sinusförmig ist.

Kleine netzunabhängige Solarsysteme werden in vielen verschiedenen Umgebungen für unterschiedliche Situationen eingesetzt, um abgelegene oder ländliche Gebiete mit netzunabhängigem Strom zu versorgen. Ihre Vielseitigkeit macht sie ideal für alle Bereiche, die genügend Sonnenlicht erhalten, um das System durchführbar zu machen. Es gibt jedoch einige Faktoren, die sich auf die Entscheidung des Benutzers, PV als Stromquelle zu verwenden, auswirken können. Die Vor- und Nachteile einer autarken PV-Anlage müssen berücksichtigt werden.

Zuallererst benötigt autarker Solarstrom die Sonne. Wenn der Bereich nicht jeden Tag ausreichend direktes Sonnenlicht erhält, kann die Photovoltaikanlage möglicherweise nicht genug Energie produzieren, wenn sie benötigt wird, oder die Batterien aufladen. Übermäßige Verschattung durch umliegende Objekte und Wolkendecke sind zwei Dinge, die die Menge an direktem Sonnenlicht beeinflussen können, das auf die Solarmodule trifft, daher sind die Identifizierung potenzieller Schattenbereiche, die Lage und Ausrichtung der PV-Module oder -Arrays wichtige Faktoren, die es zu berücksichtigen gilt.

Weitere Faktoren sind: ausreichend verfügbarer Land-/Flächenbereich, durchschnittliche Windgeschwindigkeit, Systembudget und vor allem Systemeffizienz. Zum Beispiel ist die Systemeffizienz gleich (Power out)/(Power in), die Gesamtsystemeffizienz ist das Produkt der Komponenteneffizienzen, sodass ein Solar-Photovoltaikmodul möglicherweise 100 W Spitzenleistung in das System liefern kann, jedoch aufgrund von Verlusten im Verkabelung, Wechselrichter, Steuerung usw. kann die PV-Anlage nur 60 Watt oder 60 % ihrer Kapazität am Ausgang liefern, wobei der Rest verloren geht.

Wichtige Faktoren in einer eigenständigen PV-Anlage

Erstens müssen Sie sich bewusst werden, wie und wann Sie Strom verbrauchen. Sonnenkollektoren erzeugen nur Strom, wenn die Sonne auf sie scheint, daher kann es notwendig sein, genug Strom zu speichern, um ein oder zwei Tage mit bewölktem Wetter zu überstehen. In diesem Fall wird Solarstrom zu einer wertvollen Ressource, auf die Sie nicht mehr verzichten möchten, die Sie aber auch nicht verschwenden möchten. Versuchen Sie, den Energiebedarf durch energieeffiziente Maßnahmen zu senken.

Der Kauf von energiesparenden Geräten und LED-Leuchten reduziert beispielsweise Ihren Stromverbrauch und ermöglicht Ihnen den Kauf einer kleineren eigenständigen PV-Anlage, um Ihren tatsächlichen Energiebedarf zu decken. Energieeffizienz ermöglicht es Ihnen, klein anzufangen und dann zu erhöhen, wenn Ihr Energiebedarf steigt.

Zweitens, obwohl ein eigenständiges PV-System im Vergleich zu anderen Formen von netzunabhängigen Elektrifizierungsgeräten, Windturbinen, Wasserkraft usw. kein kompliziertes System zu installieren oder zu betreiben ist, erfordern Solar-PV-Systeme immer noch eine regelmäßige Wartung und Reinigung, die normalerweise nicht damit verbunden ist mit normaler netzgekoppelter Netzspannung. Vielleicht möchten Sie sich damit vertraut machen, wie Ihr eigenständiges Solarstromsystem funktioniert und welche Art von täglicher oder wöchentlicher Wartung erforderlich ist.

Alle Systemkomponenten müssen regelmäßig überprüft und gereinigt werden, um sicherzustellen, dass das System optimal läuft, und wie viele andere netzunabhängige Systeme erfordern PV-Systeme einige grundlegende elektrische Kenntnisse, um sie installieren und warten zu können effektive Art und Weise Probleme zu diagnostizieren, also werden Sie zum Experten Ihres Systems.

Es gibt viele Vorteile eines eigenständigen PV-Systems, darunter geringe Wartung, niedrige Wartungskosten, keine Verschwendung oder Nebenprodukte und einfache Erweiterung durch mit mehreren Solarmodulen und Batterien. Zu den Nachteilen gehören hohe Anfangsinvestitionen, insbesondere für Photovoltaikmodule und zyklenfeste Blei-Säure-Batterien, Abhängigkeit von der Sonne und die mögliche Gefahr durch Batteriesäure und Dämpfe, die mit den meisten erneuerbaren Energiesystemen verbunden sind.

Im Folgenden Tutorial über Solarenergie werden wir uns die Vorteile einer netzgekoppelten PV-Anlage im Vergleich zu einer netzunabhängigen Installation ansehen. Netzgekoppelte PV-Anlagen sind mit einem hochwertigen Wechselrichter dauerhaft an das Stromnetz angeschlossen, sodass der Stromversorger Sie bezahlen kann, wenn Sie mehr Strom erzeugen als Sie verbrauchen.