Aufbau einer 12 V/24 V-Inselanlage mit Gleichstrom und Wechselstromverbraucher

Solaranlagen ermöglichen fast überall eine individuelle Energieversorgung. Ein Inselsystem zur unabhängigen Stromversorgung mit Sonnenenergie besteht je nach Einsatzbereich in der Regel aus mehreren Komponenten:

 

Komponenten einer Solar-Inselanlage

1  Einem oder mehreren Solarmodul(en)
2  Einem Solar-Laderegler
3  Einer oder mehreren Solarbatterie(n)
4  Optional: Einem 12 V- oder 24 V-Gleichstromverbraucher (z.B. LED-Beleuchtung)
5  Einem Wechselrichter, wenn Wechselstrom (230 V) benötigt wird
6  Wechselstromverbraucher (z.B. 230 V AC Leuchtmittel, TV Gerät, Werkzeuge)

Aufbau und Dimensionierung einer Solar-Inselanlage

• Das Solarmodul (1) wird mit dem Solar-Laderegler (2) verbunden. Die verwendeten zwei Kabel (±) sollten ausreichend groß dimensioniert sein, um Leitungsverluste zu vermeiden.
• Der Laderegler (2) wird mit der Solarbatterie (3) und ggf. mit den Gleichstromverbrauchern (4) verbunden.
• Der Laderegler sollte mindestens 10 % höher dimensioniert werden, als der maximale Strom der Module beträgt.
• Die Batterieleitung und die Leitungen zu den Verbrauchern sollten immer eine entsprechende Sicherung enthalten.
• Der Wechselrichter (5) wird immer an die Batterie (3) angeschlossen, niemals direkt an den Laderegler (2), da es dadurch zur Zerstörung des Reglers kommen kann. Diese Leitung sollte ebenfalls mit einer Sicherung versehen werden.
• An den Wechselrichter (5) können die 230 V AC Verbraucher (6) angeschlossen werden.
• Bei der Installation sind die Sicherheitsvorschriften für die Elektroinstallation unbedingt einzuhalten.

Bitte beachten Sie: Die Solarbatterien sollten in einem geschlossenen Raum trocken aufgestellt werden.

Solar-Laderegler werden dazu verwendet, Sonnenenergie einem geeigneten Energiespeicher geregelt zuzuführen.

Die Strahlungsenergie der Sonne wird mithilfe einer Solarzelle bzw. eines Solarmoduls in elektrische Energie umgewandelt. Der Laderegler sorgt anschließend dafür, dass diese elektrische Energie präzise und schonend in einen Akku gespeist wird.



Wichtig: Verwenden Sie immer geeignete Verbindungs- und Anschlusskabel um Verluste auf den Leitungen zu vermeiden.

Zur Speicherung elektrischer Energie werden Akkus verwendet. Auf dem Akkumarkt existieren die unterschiedlichsten Technologien einen solchen Energiespeicher aufzubauen. Die charakteristischsten Merkmale sind jedoch immer die Nennspannung (V) und die Kapazität (Ah).
 

Warum ist es sinnvoll überschüssigen Strom zu speichern?

Bei intensiver Sonneneinstrahlung wird ein häufig ein Energieüberschuss erzeugt, der sinnvollerweise für später gespeichert werden sollte.

Vorteile:

• Mit Solarstrom ist man unabhängig von öffentlichen Stromnetzen oder wo keine zuverlässige Stromversorgung sicher gestellt werden kann, z.B. unterwegs im Wohnmobil oder Wohnwagen, abgelegenen Hütten u.v.m.
• Stromspeicher stellen selbst erzeugten Solarstrom genau dann zur Verfügung, wenn dieser gebraucht wird, zumeist in den Abend- und Nachtstunden
• Solarstrom ist umweltfreundlich aufgrund von Einsparung von fossilien Brennstoffen

Welcher Akkutyp ist sinnvoll?

Aufgrund der günstigen Anschaffungskosten kommen im Bereich der Solartechnik häufig Blei-Akkus zum Einsatz. Bei den Blei-Akkus unterscheidet man je nach Bauform zwischen klassische, offene Blei-Säure-Akkus, Blei-Gel-Akkus und Blei-Fließ-Akkus bzw. Blei-AGM-Akkus. Viele Laderegler sind speziell auf diesen Akku-Typ abgestimmt.

LiFePO₄-Akkus sind Energiespeicher der neueren Generation und eignen sich bestehende Blei-Akku-Systeme zu ersetzen. Bei der Umstellung auf einen LiFePO₄ Batteriespeicher müssen die Einstellungen der Laderegler geprüft und ggf. angepasst werden.

Betrachtet man die Kosten über den gesamten Nutzungszeitraum, fährt man mit einem LiFePO4 System günstiger. Deshalb geht der Trend immer mehr in Richtung LiFePO₄-Batteriespeicher.

Was versteht man unter Solarmodul bzw. Solarzelle?

Ein Solarmodul besteht aus mehreren zusammengeschalteten Solarzellen und dient dazu, die Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie umzuwandeln. An den Anschlüssen des beschienenen Solarmodules liegt Gleichspannung an. Wenn das Modul in einem geschlossenen Stromkreis betrieben wird, fließt somit Gleichstrom.
 

Kurzbeschreibung der Ladeverfahren

Strom-/Spannungskennlinie eines Solarmoduls

(1) Kurzschlusspunkt
Die Anschlüsse des Solarmoduls sind kurz­geschlossen, d.h. der elektrische Widerstand zwischen den Anschlüssen ist unendlich klein. Es fließt der maximal mögliche Kurzschlussstrom IK des Solarmoduls.
(2) Maximum Power Point (MPP)
Das Solarmodul stellt die maximal mögliche Leistung bereit. Diese errechnet sich aus dem Produkt von Strom I_MPP und Spannung U_MPP im MPP.
(3) Leerlaufpunkt
In diesem Punkt sind die Anschlüsse des Solarmoduls offen, d.h. der elektrische Widerstand zwischen den Anschlüssen ist unendlich groß. An den Anschlüssen kann die Leerlaufspannung des Moduls gemessen werden.

Je nachdem, welcher Verbraucher am Solarmodul angeschlossen ist, bewegt sich der Arbeitspunkt zwischen Punkt 1 und 3.

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Ladung mit konstanter Spannung (U-Ladung)

Bei der Konstantspannungsladung wird die Lade(schluss)spannung U_end über den ganzen Ladevorgang hinweg konstant gehalten. Dies hat zur Folge, dass zu Beginn des Ladevorganges ein höherer Strom I_max als am Ende fließt.

Durch die abnehmende Stromstärke gegen Ende des Ladevorgangs erfolgt eine schonende Ladung
des Akkus.

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Ladung durch Pulsweitenmodulation (PWM)
Bei Ladung nach dem PWM-Prinzip wird der Akku zu Beginn des Ladevorgangs mit maximaler Stromstärke I_max geladen. Sobald die jeweilige Ladeschlussspannung U_end erreicht ist, wird der Stromfluss gestoppt, sodass es nicht zur Überladung kommt.

Nach diesem ersten Ladeschritt ist der Akku meist noch nicht vollständig geladen. Es ist mit einem Absinken der Akkuspannung zu rechnen. Deshalb setzt der Ladestrom wieder ein, wenn ein gewisser Spannungswert U_start unterschritten wird. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis der Akku vollständig aufgeladen ist. Je voller der Akku wird, desto kürzer werden die Ladestromzeiten.