Eine Solarzelle kann die in der Sonnenstrahlung enthaltene Energie in elektrische Energie umwandeln. Aufgrund der begrenzten Größe der Solarzelle liefert sie unter festen Strom-Spannung-Bedingungen, die für die meisten Anwendungen nicht praktikabel sind, nur eine begrenzte Energiemenge.
Um Solarstrom für praktische Geräte zu nutzen, die für ihren Betrieb eine bestimmte Spannung und/oder einen bestimmten Strom benötigen, müssen mehrere Solarzellen zu einem Solarpanel, auch PV-Modul genannt, zusammengeschaltet werden. Zur großflächigen Erzeugung von Solarstrom werden Solarmodule zu einer Solaranlage zusammengeschaltet. Eine typische Solarpanel-Installation für eine Wohnwohnung ist unten dargestellt:
Für eine Wohnwohnung ist ein hybrides/netzgekoppeltes System am besten geeignet. Das System wird tagsüber über die Solarpaneele mit Strom versorgt und speichert Energie in den Batterien, während die Batterien bei schlechtem Wetter, in der Nacht oder bei Netzausfällen Strom liefern. Das System kann auch über das Stromnetz oder einen tragbaren Generator mit Strom versorgt werden. Mit dem tragbaren Generator oder dem Netz werden die Verbraucher mit Strom versorgt und mit Energie versorgtin den Batterien gespeichert. Es handelt sich um ein eigenständiges System, das autark ist. Beachten Sie, dass der tragbare Generator nur im schlimmsten Fall bei schlechtem Wetter bzw. in den Nachtstunden benötigt wird, wenn die in den Batterien gespeicherte Energie aufgebraucht ist und kein Strom aus dem Netz verfügbar ist.
Bei der Stromerzeugung aus Solarpanelanlagen werden mehrere wichtige Komponenten miteinander verbunden, um Strom zu erzeugen. Welche Komponenten benötigt werden, hängt davon ab, ob die Anlage an das Stromnetz angeschlossen ist oder als Inselanlage konzipiert ist.
Das Ziel besteht hier darin, die gemeinsamen Komponenten zu beschreiben, die für Inselsysteme verwendet werden, die üblicherweise in Wohngebäuden verwendet werden.
Komponenten einer Solarpanel-Stromversorgungsanlage
Die folgenden Komponenten bilden typischerweise ein Solarstromsystem für ein Wohnsystem. Diese Komponenten sind auch in großen kommerziellen Energieanwendungen verbaut:
1. Montagestruktur
2. Sonnenkollektoren
3. Energiespeichersystem
4. Laderegler
5. Wechselrichter
6. Generatoren (optional, aber erforderlich für Orte mit schlechter Stromversorgung)
7. Kabel.
Montagestruktur
Zur Befestigung der Solarpaneele und zur Ausrichtung auf die Sonne dient eine Montagekonstruktion. Durch die richtige Positionierung der Solarmodule wird sichergestellt, dass die maximale Sonnenstrahlung an einem bestimmten Ort erfasst wird und die Solarstromanlage die erforderliche Leistung erbringt. Es gibt sowohl feste Montagekonstruktionen als auch solche, die der maximalen Sonneneinstrahlung nachgeführt und verfolgt werden sollen. Die meisten Solarstromanlagen für Privathaushalte werden auf einer festen Struktur auf dem Boden oder am häufigsten auf Gebäudedächern montiert.
Sonnenkollektoren
Die Hauptbausteine eines Solarenergiesystems sind Sonnenkollektoren. Sie sind die Einheiten, die die Sonnenstrahlung einfangen und in Elektrizität umwandeln. Dieser Strom wird dann zur Versorgung elektrischer Verbraucher genutzt und in Batterien für Inselsysteme gespeichert. Bei den meisten Solar-PV-Anlagen für Privathaushalte werden Solarmodule typischerweise auf Bauwerken oder Gebäudedächern montiert.
Energiespeichersysteme
Energiespeicher sind ein wesentlicher Bestandteil von Inselsystemen, da sie sicherstellen, dass das System nachts und bei schlechtem Wetter Strom liefern kann. Als Energiespeicher werden üblicherweise Batterien eingesetzt. Tagsüber, wenn die Sonneneinstrahlung sehr hoch ist, liefert die Solar-PV-Anlage Strom und lädt die Batterien bei schlechtem Wetter oder in den Nachtstunden auf. Zu diesem Zweck werden in der Regel Deep-Cycle-Batterien eingesetzt – Batterien, die wiederholtem Laden und Entladen standhaltenZyklen.
Laderegler
Laderegler sind DC-DC-Wandler, die in eigenständigen Solarstromsystemen verwendet werden, um die variable elektrische Ausgangsspannung der Solarmodule in eine feste Ausgangsspannung umzuwandeln, die zum Laden einer Batterie oder als Eingang für einen Wechselrichter in einem netzgekoppelten System verwendet werden kann. Typischerweise variiert die Ausgangsspannung eines Solarmoduls je nach Tageszeit und Wetterbedingungen, wodurch auch der Ausgangsstrom variabel ist. Sowohl ein variabler Strom als auch eine variable Spannung sind nicht für immer gutBatterieleistung, daher ist ein Laderegler erforderlich. Der Laderegler hilft auch dabei, die Solarmodule von den Batterien zu trennen, wenn sie vollständig geladen sind. Dies trägt dazu bei, ein Überladen zu verhindern, das sich auf die Leistung und Lebensdauer des Akkus auswirkt.
Alle Laderegler nutzen Maximum Power Point Tracking (MPPT). Aufgrund von Schwankungen im Strom- und Spannungsausgang einer Solarpanel- oder Array-Installation aufgrund von Änderungen der Sonneneinstrahlung (technisch als Einstrahlungsstärke bezeichnet) und der Temperatur gibt es einen Maximum Power Point (MPP) auf der I-V-Kennlinie der Anlage, an dem bei einer bestimmten Einstrahlungsstärke und Temperatur die höchste Leistung erzeugt wird. Die Spannung und der Strom, die MPP entsprechen, sind Vmpp und Impp.
Da der MPP von den Umgebungsbedingungen abhängt, verschiebt jede Änderung der Einstrahlungsstärke und der Temperatur die Position des MPP auf der I-V (Strom-/Spannungscharakteristik) der Solarpanel-/Array-Installation. Daher müssen Änderungen der I-V-Kennlinien kontinuierlich verfolgt werden, wobei der Betriebspunkt angepasst werden muss, um nach Änderungen der Umgebungsbedingungen dem MPP zu entsprechen. Dieser Vorgang wird Maximum Power Point Tracking oder MPPT genannt. Die Geräte, die diesen Prozess durchführen, heißen MPPTracker und sie sind in moderne Laderegler integriert, die in Solarpanel-/Array-Strominstallationen verwendet werden.
Wechselrichter
Wechselrichter sind DC-AC-Wandler, die die von den Solarmodulen erzeugte Gleichspannung in Wechselspannung umwandeln, um Wechselstromlasten zu versorgen. Geräte und Lasten, die in Wohnwohnungen verwendet werden, nutzen normalerweise Wechselstrom, weshalb ein Wechselrichter erforderlich ist. Darüber hinaus besteht bei netzgekoppelten Solarstromsystemen die Notwendigkeit, die Gleichspannung der Solarmodule vor der Übertragung in das Stromnetz umzuwandeln. Für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch, wie sie in kleinen PV-Anlagen für Privathaushalte üblich sind,Es kommen einphasige Wechselrichter zum Einsatz. Sie sind an eine Phase des Netzes angeschlossen. Für höhere Leistungen werden dreiphasige Wechselrichter eingesetzt, die an alle Phasen des Netzes angeschlossen werden.
Elektrische Kabel
Die Gesamtleistung von Solarstromversorgungssystemen hängt auch stark von der richtigen Wahl der Kabel ab. Die Auswahl der falschen Kabelgröße kann die Leistung des Solar-PV-Stromversorgungssystems erheblich beeinträchtigen.
Die Kabel müssen so gewählt werden, dass die ohmschen Leistungsverluste minimal sind. Die Verlustleistung über ein Kabel ist proportional zum Quadrat des durch das Kabel fließenden Stroms. Bei einer Verdoppelung des Stroms wird also viermal so viel Wärme an den Kabeln abgeführt. Daher sind bei modernen Solarmodulen alle Zellen in Reihe geschaltet.
Farbkonventionen für Kabel
Solarmodule PV-Systeme enthalten normalerweise Gleich- und Wechselstromanteile. Für die korrekte Installation einer Solaranlage ist es wichtig, die Farbkonventionen für die Verkabelung zu kennen.
Für DC-Kabel:
Rot wird verwendet, um die positiven (+) Kontakte der verschiedenen Systemkomponenten miteinander zu verbinden.
Schwarz wird für die Verbindung der negativen (-) Kontakte verwendet
Für die Wechselstromverkabelung gelten weltweit unterschiedliche Farbkonventionen.
Europäische Union,
Blau wird für Neutral verwendet,
Für die Schutzerde wird Grün-Gelb verwendet
Für die Phase wird Braun (oder eine andere Farbe) verwendet.
Vereinigte Staaten und Kanada,
Silber wird für neutrale,
Als Schutzleiter wird grün-gelber, grüner oder blanker Leiter verwendet
Für die Phase wird Schwarz (oder eine andere Farbe) verwendet.
In Indien und Pakistan,
Schwarz wird für Neutral verwendet,
Für die Schutzerde wird Grün verwendet
Für die Phase wird Blau, Rot oder Gelb verwendet.
Daher ist es sehr wichtig, die Standards des Landes zu überprüfen, in dem die Solar-PV-Anlage installiert werden soll.
