Zusatzmaterial_files/Erweiterte Unterlagen MPP

HTLinn
solarversuche.htlinn.ac.at
Lehrerblatt:
Miss die maximale Leistung.
Arten von Photovoltaik-Anlagen:
a. Grundwissen
Man unterscheidet grundsätzlich folgende Anlagen:


Netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage
Autarke Photovoltaik-Anlage (Insellösung)
Photovoltaik-Anlagen findet man wirklich überall, da diese auch sehr robust sind und
extremste Bedingungen aushalten können. Aus diesem Grund findet man solche Anlagen in
den ab gelegensten Regionen der Wüste, auf Almen im Hochgebirge, auf Satelliten im
Weltraum, auf Leuchttürmen an den Küsten, usw.
Photovoltaik-Anlagen haben den Vorteil, dass sie kaum Platz wegnehmen, keine Geräusche
verursachen oder Abgase produzieren. Somit sind solche Anlagen sehr beliebt und vor allem
umweltfreundlich sind. Umweltfreundlich in mehreren Hinsichten:



Silizium-Solarzellen werden aus Sand hergestellt, von dem es genügend auf der Welt
gibt.
Keine Produktion von Abgasen
Langlebig, usw.
Sandro Bräuer
1|Seite
HTLinn
solarversuche.htlinn.ac.at
Lehrerblatt:
Miss die maximale Leistung.
b. Netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage
Der erste Schritt zu einer Photovoltaik-Anlage ist die Entscheidung, welchen Solarmodultyp
man haben möchte. Es gibt insgesamt 3 verschiedene Typen, die je nach Verwendungsart
geeigneter sind.
Steht der Solarmodultyp fest, lässt sich aus der Fläche A und dem Wirkungsgrad η grob die
installierbare Photovoltaikleistung berechnen.
PMPP
A   1
kW
2
m
Bei einer bebaubaren Fläche von 32m2
und einem Modulwirkungsgrad von
12,7% (0,127) ergibt sich eine
installierbare Leistung von:
PMPP
2
32 m  0.127 1
kW
2
4.064kWp
m
Der jährliche Energieertrag lässt sich
grob durch die jährliche solare
Bestrahlung (HSolar in kWh/(m2 a)), den
Gewinnen oder auch Verlusten durch die
Neigung und Ausrichtung (fNeigung), der
Nenn- bzw. MPP – Leistung (PMPP) in Abbildung 1 - Grundprinzip zur Stromeinspeisung ins öffentliche
Stromnetz
kWp und der Performance Ratio (PR)
berechnen. Daraus ergibt sich folgende Formel:
Eelektrisch
HSolar fNeigung  PMPP PR
1
kW
2
m
Abbildung 2 - Durchschnittliche solare Strahlungsenergie pro Jahr
Sandro Bräuer
2|Seite
HTLinn
solarversuche.htlinn.ac.at
Performance Ratio PR
0,85
0,8
0,75
0,7
0,6
0,5
Lehrerblatt:
Miss die maximale Leistung.
Beschreibung
Absolute Top – Anlage, sehr gut hinterlüftet, keinerlei
Verschattung, wenig Verschmutzung
Sehr gute Anlage, gut hinterlüftet keine Verschattung
Durchschnittliche Anlage
Durchschnittliche Anlage mit kleineren Verlusten durch
Verschattung oder schlechte Hinterlüftung
Schlechte Anlage mit größeren Verlusten durch Verschattung,
Verschmutzung oder Anlagenausfälle
Sehr schlechte Anlage mit großen Verschattungen oder Defekten
Ein Beispiel wie eine solche Berechnung ausschaut. Die Photovoltaikanlage ist 50° nach
Südwest ausgerichtet (optimal 0° Süd), aber jedoch besitzt die Anlage eine geeignete
Neigung von 30° und die MPP – Leistung erhalten wir von dem vorher gerechneten Beispiel
(4,064kWp). Die jährliche solare Bestrahlung für Innsbruck (aus Grafik Abgelesen (Zone 2))
beträgt 1100kWh/(m2 a). Anhand der Ausrichtung und Neigung ergibt sich laut Internet ein
Neigungsgewinn fNeigung = 105% = 1,05. Die Anlage ist gut hinterlüftet und keiner
Verschattung ausgesetzt und sehr gut gepflegt daher wird aus der Tabelle der PR Wert 0,8
entnommen.
1100
Eelektrisch
kWh
2
 1.05 4.064kWp  0.8
m a
1
kW
3755.136
kWh
a
2
m
Diese Berechnung bringt natürliche gewisse Ungenauigkeiten mit sich. Die Größenordnung
des Ertrages der Photovoltaikanlage ist aber in jedem Fall richtig. Für eine genauere
Berechnung und Analyse gibt es diversen Computerprogramme, aber auch Webbasierte
Tools
wie
z.B.:
http://valentin.de/calculation/pvonline/pv_system/
oder
http://www.solarcalc.de/
Sandro Bräuer
3|Seite
HTLinn
solarversuche.htlinn.ac.at
Lehrerblatt:
Miss die maximale Leistung.
c. Autarke Photovoltaik-Anlage (Insellösung)
Die nötige MPP – Leistung (PMPP) der
Photovoltaikmodule
lässt
sich
näherungsweise aus der solaren Bestrahlung
(HSolarM) im schlechtesten Monat in kWh/m2,
dem Elektrizitätsbedarf (EVerbrauchM) im
gleichen Monat, dem Sicherheitszuschlag fS
von 50% und der Performance Ratio (PR,
siehe Tabelle) berechnen.
PMPP
1  fS EVerbrauchM
PR
1

kW
2
m
HSolarM
Die Größe der Batterie sollte so dimensioniert
Abbildung 3 - Grundprinzip einer Inselanlage
werden, dass sie nur bis zur Hälfte entladen
wird und über die Zahl von Reservetagen (dR) den Bedarf komplett decken kann. In Ländern
mit hohem Sonnenangebot reichen 2 bis 3 Reservetage, in unseren Breiten benötigt man im
Winter für einen sicheren Betrieb 5 Reservetage. Mit der Batteriespannung (UBat, z.B. 12V,
24V) berechnet sich die nötige Batteriekapazität.
C
2 EVerbrauchM dR

UBat
31
Ein Beispiel für die Berechnung einer Photovoltaikanlage, als Inselsystem. Eine
Energiesparlampe mit 20Watt wird täglich 5 Stunden in einer kleinen Holzhütte betrieben,
auch im Winter.
E
31 20W 5h 3100Wh
Daraus ergibt sich ein monatlicher Energiebedarf von: VerbrauchM
.
Mit einer Performance Ratio von 0,8, dem Sicherheitszuschlag von 50% = 0,5 und der
Modulausrichtung nach Süden mit einer Neigung von 60° ergibt sich die nötige MPP –
Leistung.
1
PMPP
( 1  0.5)  3100 Wh
0.8
kW
2
m

58
kWh
98.52W
2
m
Sandro Bräuer
4|Seite
HTLinn
solarversuche.htlinn.ac.at
Lehrerblatt:
Miss die maximale Leistung.
Die Batteriekapazität sollte bei 5 Reservetagen und einer Betriebsspannung von 12V
folgendermaßen gewählt werden:
C
2 3100Wh 5

12V
31
83.3Ah
1. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1 - Gleichstrom ........................................................... Error! Bookmark not defined.
Abbildung 2 - Wechselstrom ....................................................... Error! Bookmark not defined.
Abbildung 3 - Grundprinzip zur Stromeinspeisung ins öffentliche Stromnetz .......................... 2
Abbildung 4 - Durchschnittliche solare Strahlungsenergie pro Jahr .......................................... 2
Abbildung 5 - Grundprinzip einer Inselanlage............................................................................ 3
2. Literaturverzeichnis
Christof, J. (16. April 2012). Phtotovoltaik.
Photovoltaic Austria. (kein Datum). Abgerufen
http://www.pvaustria.at/content/page.asp?id=62
PV
Online.
(kein
Datum).
Abgerufen
am
http://valentin.de/calculation/pvonline/pv_system/
am
April
2012
von
April
2012
von
Technik/Prinzip.
(kein
Datum).
Abgerufen
am
16.
April
http://www.sharp.de/cps/rde/xchg/de/hs.xsl/-/html/2698.htm
2012
von
Sandro Bräuer
16.
16.
5|Seite