Photovoltaik | Inselsysteme

Netzgekoppelte und netzunabhängige Solaranlagen (Inselsysteme)

Da Solarzellen nicht nur die direkt einfallenden sondern auch die diffusen Anteile der Strahlung zur solaren Stromerzeugung nutzen, lohnt sich die Photovoltaik auch in mitteleuropäischen Breiten.

In Deutschland herrscht im Hinblick auf die Globalstrahlung ein Nord-/Südgefälle. Die Einstrahlung schwankt zwischen 900 bis 1200 kWh pro Quadratmeter und Jahr, im Süden ist die Strahlungsenergie im Jahresmittel etwas höher als in nördlichen Regionen.

Grundsätzlich unterscheidet man zwei verschiedene Systeme zur solaren Erzeugung von elektrischem Strom: autonome (auch: autarke) Systeme, die fernab vom Stromnetz im Inselbetrieb arbeiten, und netzgekoppelte Anlagen, die den überschüssig erzeugten Strom im Netzparallelbetrieb ins öffentliche Versorgungsnetz einspeisen.

Von elementarer Bedeutung sind hierbei Fragen der Zwischenspeicherung der solar erzeugten Energie bei Inselanlagen, sowie die Art und Weise wie eine netzgekoppelte Anlage mit dem Versorgungs- bzw. Betreibernetz verbunden wird.

Je nach Anlagenkonzept finden unterschiedliche Netzeinspeisegeräte bzw. Wechselrichter Verwendung, wobei zwischen Anwendungen mit/ohne Transformator sowie ein- und dreiphasigen Wechselrichtern unterschieden wird. In kleineren PV-Anlagen, bspw. bei Einfamilienhäusern, werden überwiegend einphasige Wechselrichter verwendet, sofern möglich ohne Transformator. Der Vorteil der trafolosen Wechselrichter liegt in ihrem geringeren Gewicht und ihrem etwas höheren Wirkungsgrad.

Inselanlagen

Für Inselanlagen gibt es vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Systeme im unteren Leistungsbereich kommen bspw. in Wochenend-, Garten- und Ferienhäusern, im Verkehr, der Landwirtschaft, in Wohnmobilen, Yachten..., die Liste ließe sich fast unbegrenzt fortsetzen..., zum Einsatz.

Inselsysteme kommen aber auch für höhere Leistungsbereiche von über 1 kW durchaus in Betracht, wobei die Kosten für eine Netzanbindung (bspw. größere Kabelstrecken bei entlegenen Gebäuden) mit denen der Installation einer Solaranlage zu vergleichen sind.

Systemvarianten für autonome/autarke Solaranlagen

Je nachdem, ob autonome Solarsysteme als reine "Schönwetteranlagen" oder für einen ganzjährigen Betrieb, mit oder ohne Speichermöglichkeit, für Gleich- oder Wechselstrom, geplant werden, stehen unterschiedliche Systemvarianten zur Wahl.

Autarke Gleichstrom-Systeme zur Direktversorgung

Kleinverbraucher, also Geräte deren Spannung 12 bzw. 24 Volt beträgt (bspw. Radios, Fernseher, Pumpen), eignen sich gut für den Direktbetrieb mit solar ezeugtem Strom. Sie werden hierzu direkt mit dem Solargenerator verbunden. Derartige Anlagen bestehen lediglich aus Solarmodulen, Leitungen und (Gleichstrom-) Verbrauchern. Voraussetzung für den Betrieb ist hinreichende Sonneneinstrahlung.

Autarke Gleichstrom-Systeme mit Speicherung

Solarsysteme mit zusätzlicher Speichermöglichkeit gewährleisten einen von der Sonneneinstrahlung unabhängigeren Betrieb, die "geerntete" Sonnenenergie wird in Batterien (bzw. Akkus) gespeichert und bleibt so bspw. nachts oder bei bedecktem Himmel verfügbar.

Komponenten einer solchen Anlage sind die Solarmodule (Solargenerator), sowie Speicherelemente, Laderegler, Leitungssystem und Verbraucher.

Bei einer vorgesehenen ganzjährigen Nutzung, muss die Anlage so ausgelegt werden, dass auch die einstrahlungsärmeren Wintermonate Berücksichtigung finden.

Autarke Systeme mit Speicherung und Wechselrichter

Es ist zwar möglich, diverse elektrische Geräte im direkten Betrieb mit solar erzeugtem (Gleich-) Strom zu versorgen, allerdings kommen hierfür nur solche Verbraucher infrage, die im Niedervoltbereich von 12 bzw. 24 Volt betrieben werden. Da Geräte mit dieser Betriebsspannung zum Teil "recht teuer" sind, ist das Interesse an Inselsystemen, die sich auch zum Betrieb von vergleichsweise kostengünstigeren 230 Volt Wechselstrom-Verbrauchern eignen, entsprechend hoch.

Um mit der solar erzeugten Gleichspannung haushaltsübliche 230 Volt Geräte betreiben zu können, werden Wechselrichter (Inverter) eingesetzt, die sich u.a. nach der Art ihrer Ausgangsspannungswelle unterscheiden, in Rechteck-, Trapez- oder Sinuswechselrichter. Für einen einwandfreien Betrieb, auch von anspruchsvolleren Anwendungen (Computer, Laserdrucker etc.), sollte Sinuswechselrichtern der Vorzug gegeben werden.

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