So dimensionieren Sie ein Solarstromsystem richtig

Sonnenkollektorenwerden immer häufiger und die Investition in eine Photovoltaikanlage ist für die meisten Hausbesitzer eine intelligente Solarlösung. Diese mittlerweile bewährte und zuverlässige Technologie bietet langfristige Leistung bei geringem Wartungsaufwand. Die neuesten Solarmodule und PV-Systeme sind billiger, einfacher zu installieren, zu warten und effizienter zu betreiben als je zuvor. Daher ist es wichtig zu wissen, wie man ein Solarstromsystem dimensioniert, um das Beste daraus zu machen.

Das primäre Ziel jeder Photovoltaik-Solaranlage ist es, Ihren gesamten oder einen Teil Ihres Strombedarfs mit kostenloser Sonnenenergie zu decken. Der Prozentsatz Ihres Energiebedarfs, den Sie mit einem Solarsystem decken können, hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich des Stromverbrauchs Ihres Hauses (oder eines anderen Standorts), der Effizienz des von Ihnen installierten Systems und des Standorts Ihres Hauses. Ideal für Solarmodule wäre dies ein Ort, der kalten Temperaturen ausgesetzt ist, um die Module kühl zu halten, aber auch viel Sonnenlicht erhält, um viel kostenlosen Strom zu erzeugen.

Solar-Photovoltaik-Modul

Die Dimensionierung eines Solarsystems kann schwierig sein, besonders wenn Sie es installieren ein System in einem neuen Zuhause, Wohnmobil, einer Berghütte oder kennen den Energiebedarf Ihres Hauses nicht. Woher wissen Sie in solchen Fällen, wie viele Solarmodule oder wie viel Solarenergie Sie benötigen.

Sie könnten “schätzen” Ihren jährlichen Energieverbrauch, wenn Sie Ihre Energieverbrauchsmuster kennen oder Einzelheiten zu Ihren Energierechnungen haben. Eine einigermaßen genaue Schätzung Ihres Energieverbrauchs hilft Ihnen, die richtige Größe des benötigten Solarsystems zu entwerfen.

Nehmen wir für dieses einfache Beispiel an, wir möchten ein Solar-Photovoltaik-System entwerfen für ein netzunabhängiges Gartengartenhaus (oder Schuppen) mit Batterie-Backup für die nächtliche Beleuchtung. Wie würden wir ein Solarstromsystem für eine solche Anwendung dimensionieren?

So dimensionieren Sie ein Solarstromsystem

1. Energieverbrauch

Die meisten Menschen erstellen zunächst eine Liste des Stromverbrauchs aller elektrischen Geräte und Geräte, die in ihrem jeweiligen Zuhause oder an ihrem jeweiligen Standort verwendet werden, und schätzen, wie lange jedes Gerät oder Gerät jeden Tag eingeschaltet ist und Energie verbraucht.

Sobald dies abgeschlossen ist, multiplizieren Sie den Stromverbrauch (in Watt) jedes Geräts mit der Anzahl der Stunden, die es eingeschaltet ist, um Ihnen den täglichen Stromverbrauch in Wattstunden zu geben, wie gezeigt.

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Dann wird der Gesamtenergieverbrauch auf etwa 1440 Wattstunden oder 1,44 Kilowattstunden pro Tag geschätzt. Es ist jedoch besser, ein wenig mehr hinzuzufügen, sagen wir 10 % bis 25 %, um Verluste im System oder die Verwendung eines zusätzlichen elektronischen Geräts auszugleichen, das nicht berücksichtigt wird. Somit wäre der neue Schätzwert: 1440 Wattstunden x 1,25 (25 % mehr) = 1800 Wattstunden oder 1,8 kWh.

2. Sonnenstunden pro Tag

Da die Solarstromerzeugung auf dem einfallenden Sonnenlicht auf den PV-Paneelen und nicht auf Wärme basiert, ist es notwendig zu wissen, wie viele Stunden des direkten Sonnenlichts das oder die Paneele im Laufe des Tages ebenfalls ausgesetzt sind. Die Energiemenge, die Sie an einem netzfernen Standort aus Solarstrom gewinnen können, hängt von seinem Standort und der Jahreszeit ab. Im Allgemeinen können Sie auf der Nordhalbkugel davon ausgehen, dass Sie zwischen den Monaten April bis September mehr Sonnenlicht erhalten und den größten Teil des Tages klar der Sonne ausgesetzt sind, z. 9 bis 15 Uhr.

Ein Solar-PV-Modul erzeugt die meiste Energie, wenn es direkt auf das einfallende Sonnenlicht gerichtet ist, sodass die Sonnenstrahlen direkt auf seine Oberfläche scheinen. Die Ausrichtung der Sonnenkollektoren ist wichtig, da alle Sonnenkollektoren so positioniert und ausgerichtet werden sollten, dass sie so viel Sonnenlicht wie möglich erhalten, gemittelt im Laufe des Tages, eines Monats oder eines ganzen Jahres. Glücklicherweise haben die meisten Häuser und Gärten einen guten Zugang zur Sonne mit Dächern, die oft frei von Hindernissen sind, die die Sonnenkollektoren beschatten könnten.

Das Maß für die Stärke des Sonnenlichts, das an Ihrem Standort auf die Erde trifft, wird als Sonneneinstrahlung definiert, und Sie müssen die maximale Sonnenstundenzahl für Ihren Standort kennen. Ein guter Solarstandort ist wichtig, um sicherzustellen, dass die PV-Module jeden Tag im Jahr hellem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Es stellt auch sicher, dass Sie die Sonnenenergie effektiver sammeln. Im Allgemeinen kann dies während der Wintersaison nur 4 Stunden oder während der Sommersaison bis zu 8 Stunden betragen.

Glücklicherweise gibt es viele gute Websites wie die Solar Insolation Website der NASA. Die Verwendung dieser Datenbank zur Sonneneinstrahlung kann Ihnen dabei helfen, das minimale Solarstromsystem (PV) zu dimensionieren, das während der Jahreszeiten mit der geringsten Sonneneinstrahlung für Ihren speziellen Standort oder Standort benötigt wird.

Nehmen wir also an, dass für unseren speziellen Standort die geringste Sonneneinstrahlung im Monat Januar mit nur 4,8 Sonnenstunden pro Tag auftritt. Daher beträgt die vom Sonnenlicht im Monat Januar erzeugte Gesamtspitzenleistung: 1800 Wattstunden/4,8 Stunden = 375 Wattspitzen oder 375 Wp. Diese kann bei Bedarf auf 400Wp abgerundet werden.

3. Anzahl der Solarmodule bestimmen

Wir haben bereits eine genaue Vorstellung von der Sonneneinstrahlung für einen bestimmten Standort. Wir haben die Liste der elektrischen Lasten erstellt, damit wir wissen, wie viel Strom wir an einem durchschnittlichen Tag benötigen. Es bleibt nur noch, den Typ und die Anzahl der Photovoltaik (PV)-Module anzugeben, die die erforderliche Leistung von 1,8 Kilowatt erzeugen.

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Es stehen buchstäblich Hunderte von verschiedenen Solarmodulen zur Auswahl, und alle unterscheiden sich in ihrem Typ , Größe, Form und Nennspannung. In den meisten Fällen bezieht sich die Größe eines Photovoltaikmoduls auf die Nennausgangsleistung oder das Stromerzeugungspotenzial des Moduls.

Solarmodule können je nach Konstruktion und Größe auch unterschiedliche Nennspannungen haben. Diejenigen, die einen Ausgang von 12 bis 48 Volt erzeugen, werden im Allgemeinen für netzunabhängige Anwendungen verwendet. Die maximale Leistung ( Pmax ), die von einem einzelnen Modul bei voller Sonne geliefert wird, wird als maximale Leistungsspannung ( Vmp ) mal maximaler Leistungsstrom angegeben ( Imp ).

Für unser spezielles netzunabhängiges Beispiel benötigten wir einen Batteriespeicher und eine Notstromversorgung, damit das System der Einfachheit halber mit 12-V-Gleichstrom-Photovoltaik-Solarmodulen betrieben wird Modulverfügbarkeit, Preis und Größe, und wir haben uns entschieden, 12-Volt-100-Wp-Solarmodule mit den folgenden elektrischen Spezifikationen zu verwenden: Pm = 100 Wp, Vmp = 17,5 VDC, Imp = 5,7 A, Voc = 21,0 V, Isc = 6,2 A.

Die Gesamtzahl der erforderlichen PV-Module beträgt also: 375 Wp/100 Wp = 3,75 = 4Sonnenkollektoren, abgerundet auf die nächste ganze Sonnenkollektorfläche.

So wird unser Garten-Gartenhaus-Beispiel von mindestens vier 100-Watt-Photovoltaik-Solarkollektoren mit Strom versorgt, wobei die vier Kollektoren parallel miteinander verbunden sind, um die erforderliche Systemspannung von zu liefern 12 Volt.

4. Größe der Speicherbatterie

Leider scheint die Sonne nicht immer, besonders nachts, daher ist zusätzliche Unterstützung erforderlich. An einem schönen sonnigen Tag können die Sonnenkollektoren viel Strom erzeugen. Damit wir das Sommerhaus nachts, im Winter oder in Zeiten geringer Sonneneinstrahlung nutzen können, benötigen wir Batterien, um nach der Sonne auf diesen Strom zugreifen zu können sinkt.

Die Energiemenge, die pro Tag im Gartenhaus verbraucht wird, wurde zuvor mit den obigen Informationen auf 1800 Wattstunden berechnet. Das ist die minimale Speicherkapazität, die wir für einen Tag benötigen. Als nächstes müssen wir die Anzahl der Tage an Batterie-Backup bestimmen, die wir zur Hand haben wollen. Dies wird als “Autonomie” bezeichnet.

Autonomietage stellen die Anzahl der bewölkten Tage in Folge dar, die auftreten können und für die die Batterien das Gebäude mit Energie versorgen müssen. Eine Standardanzahl von Autonomietagen beträgt normalerweise 3 Tage. Dann wird die Gesamtenergiemenge, die für mindestens drei (3) Tage Lagerung für unser Gartengartenhaus benötigt wird, das täglich 1800 Wattstunden verbraucht, wie folgt berechnet:

Haushaltsgeräte verbrauchen 1800 Wattstunden/Tag, nominale Batteriespannung = 12 Volt, Autonomiezeit beträgt 3 Tage und Effizienz = 85 %.

Batteriekapazität = (1800 x 3)/(0,85 x 12) Die insgesamt erforderlichen Amperestunden betragen daher 529 Ah oder mehr Batteriekapazität bei 12 Volt.

5. Solarladeregler ermitteln

30A Solarladeregler

Alle Solarstromsysteme mit Batterien als Backup sollten einen Solarladeregler enthalten, um ein Überladen der Batterien zu verhindern und auch zu verhindern, dass die Batterien ihre Ladung während Zeiten mit niedriger Sonne (d. h. nachts) durch das System zu den Solarmodulen zurücksenden. .

Da ein Solarregler seine Arbeit zwischen dem Solarpanel-Array und den Speicherbatterien erledigt, ist es sinnvoll, dass seine Auswahl und Dimensionierung von diesen Komponenten beeinflusst wird.

Spannung und Strom sind die beiden Parameter, die bei der Dimensionierung des Solarladereglers verwendet werden. Der Solarregler muss in der Lage sein, die von den Solarmodulen erzeugte maximale Leistung aufzunehmen und gleichzeitig die richtige Gleichspannung und den richtigen Ladestrom an die Batterien zu liefern.

Für Systeme im Dauerbetrieb ist der branchenübliche Reduktionsfaktor 1,2 (zusätzlich 20 %) festgelegt, um zu verhindern, dass der Regler durch übermäßigen Solarpanelstrom oder -leistung beschädigt wird. Die obigen Solarmodule haben einen Kurzschlussstrom (Isc) von 6,20 A. Die Nennleistung des Solarladereglers beträgt daher: 4 Solarmodule mit einem Nennstrom von jeweils 6,20 A = 4 x 6,20 x 1,2 = 29,76 A oder 30 Ampere. Daher sollte der Solarladeregler wie der linke für 30 Ampere bei 12 V oder mehr ausgelegt sein.

6. Netzunabhängiger DC-AC-Wechselrichter

Wir haben berechnet, dass wir für unser einfaches Beispiel vier 100-Wp-Solarmodule und einen 30-A-Solarladeregler benötigen würden, um die 12-Volt-Batterien aufzuladen. Leider wird diese Einrichtung keine großen Fernseher, Heimcomputer, Kühl-/Gefrierschränke usw. mit Strom versorgen, da diese Geräte 240 VAC zum Betrieb benötigen. Dann müssen wir die 12 Gleichspannung in 240 Volt Wechselspannung (Wechselstrom) umwandeln und dazu bräuchten wir einen Sinus-Wechselrichter.

Die Gesamtwattzahl aller Elektrogeräte, die wir oben für den Einsatz in unserem Gartenlaube war: 120 + 20 + 50 + 70 + 50 + 10 = 320 Watt. Aus Sicherheitsgründen sollte der Wechselrichter um 20-25 % größer ausgelegt werden. Die Wechselrichtergröße sollte daher etwa 400 Watt oder mehr betragen.

Dann würden wir für unser obiges einfaches Beispiel eines netzunabhängigen Sommerhauses im Hinterhof vier 100-Wp-Solarmodule, einen 30-A-Laderegler, der eine einzelne oder einen Satz Batterien mit einer Nennleistung von 529 Ah speist, plus zusätzliche 16-mm2-Kabel (10 AWG) und 30-A-Isolator benötigen Schalter. Wenn wir unsere elektrischen Geräte auch mit 240 VAC versorgen wollten, wäre auch ein DC-AC-Wechselrichter mit etwa 400 Watt erforderlich.

Zusammenfassung zur Dimensionierung eines Solarstromsystems

Hoffentlich haben Sie jetzt eine Vorstellung davon, wie Sie ein Solarstromsystem für Ihr Haus oder Ihren Garten dimensionieren können, egal ob netzunabhängig mit Batterie-Backup oder netzgekoppelt. Diese Schritte zur Bestimmung der Größe eines Solarsystems sind keineswegs die einzigen, jeder Fall ist anders und es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Dimensionierung von Solar-PV-Systemen.

Aber der erste Schritt in Richtung Solarenergie ist nicht die Größe der Solaranlage, sondern die Reduzierung des Stromverbrauchs durch Spar- und Effizienzmaßnahmen. Energieeinsparung und gutes Wohndesign spielen eine wichtige Rolle, um die Größe und die Kosten einer Photovoltaikanlage (PV) niedrig zu halten. Der Einsatz von energieeffizienten Geräten und Beleuchtung sowie möglichst nicht-elektrischen Alternativen kann ein netzunabhängiges Solar-Photovoltaik- oder sogar windbetriebenes System zu einer kostengünstigen Alternative zum öffentlichen Stromnetz machen.

Die Die Anzahl der Sonnenstunden pro Tag, die Tage der Autonomie und der durchschnittliche Energieverbrauch Ihres Hauses bestimmen die Größe und letztendlich die Kosten eines Photovoltaik-Solarstromsystems. Negative Wattstunden sind die Wattstunden, die Sie sparen können, indem Sie Energie sparen und sie gar nicht erst verbrauchen.

Die Kosten für die Reduzierung Ihres Energieverbrauchs mit negativen Wattstunden betragen etwa 20 bis 30 % günstiger, als die gleichen Wattstunden mit einer überdimensionierten PV-Anlage zu produzieren. Außerdem bedeutet das daraus resultierende kleinere System weniger Solarmodule, weniger Platz und weniger Kosten.

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