Inselanlagen
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Auslegung für Inselsysteme Systemspannung Die in Stromleitungen mit einem bestimmten Querschnitt auftretenden Energieverluste sind der Länge der Leitung und der Stärke des Stroms direkt proportional. Je besser die Leitfähigkeit des Metalls und je größer der Querschnitt des Leiters, desto geringer sind die Verluste. Man wird deshalb Leitungen aus Kupfer auf möglichst kurzem Wege mit ausreichendem Querschnitt (siehe hierzu Bild 3.11) zwischen den einzelnen Komponenten der Anlage verlegen. Die Leistung, die es zu übertragen gilt, ist das Produkt aus Strom und Spannung. Ein Strom von 5A überträgt bei 24V die gleiche Leistung (120W) wie ein Strom von 10A bei 12V. Um die Verluste durch den Stromfluss möglichst klein zu halten, wählt man eine höhere Spannung. Das ist der Grund, weshalb Hochspannungsleitungen (bis zu 520.000V) für den Energietransport über weite Strecken eingesetzt werden. Hohe Spannungen sind jedoch gefährlich und erfordern aufwendige Isolationsmaßnahmen. Mit Transformatoren wird die Spannung deshalb für den Hausgebrauch in mehreren Schritten bis auf 230V reduziert. Während Wechselstrom vergleichsweise leicht auf eine andere Spannung transformiert werden kann, rnuss Gleichstrom in Wechselstrom gewandelt, transformiert und wieder gleichgerichtet werden. Solch ein Gleichspannungswandler ist komplex und arbeitet natürlich nicht ohne interne Verluste. Es ist günstig, von vornherein die Systemspannung so zu wählen, dass eine Spannungswandlung nicht erforderlich, oder zumindest verlustarm und kostengünstig ist Zur Ermittlung der Leitungsverluste wird von folgender Überlegung ausgegangen: 01 Bild 3.10 Der Spannungsverlust Uvmax auf einer Leitung soll kleiner 1 % sein (damit ist auch der Leistungsverlust Pv = Uv x l kleiner 1 %). Dieser Spannungsverlust ist proportional zum Strom und dem Widerstand der Leitung Uv = l x R. Der Widerstand wiederum hängt von der Länge der Leitung L, der Querschnittsfläche A und dem spezifischen Leitwert des verwendeten Leitermaterials ab. Uv = I R = l 2L / (K A) <=> A = l 2L / (K Uv) Beispiel: Arbeitsspannung 100V, Uv = 1V max. Strom 10A, Leitungslänge 30m Leitwert für Kupfer 56 (m/mm2 A/V) Daraus ergibt sich eine Querschnittsfläche für den Leiter von: A= 10 -2 30/(56 1) mm2 = 10,7mm2 Bild 3.11 Für 12 bzw. 24 Volt Anlagen können Sie aus dieser Grafik den Leitungsquerschnitt ermitteln, der zur Übertragung einer bestimmten Leistung über eine vorgegebene Länge benötigt wird (Verlust < 3 %). 02 Als Faustregel gilt: je ausgedehnter das Stromnetz und je höher die zu übertragende Leistung, desto höher sollte die Systemspannung gewählt werden. Man richtet sich am besten nach der Betriebsspannung der Geräte, die man mit Strom versorgen will. Gängige Gleichstrombetriebsspannungen sind: 1.2-1.5V Uhren, Kleinelektronik 3V kleine Radios und Kassetten recorder, Taschenlampen 4.5V mobile Unterhaltungselektronik, Spielzeug 6V Radiorecorder, 7.5V Radio, Handy 9V mobile Unterhaltungselelctronik 12V Auto, Campingfahrzeuge und Boote 24V LKW und Reisebus, kleine Binnenschiffe 48V Schutzkleinspannung 60V, 120V, 180V, 240V, 360V Notstromversorgungen Erkennbar sind die Vielfachen der Zellenspannung von Primärbatterien bzw. NiCd-Akkus 1.5V / 1.2V und des Bleiakkus 2V. Sehr weit verbreitet für mobile und stationäre Inselnetze sind 12V, 24V und 48V. Gleichspannungen bis 48V sind bei Berührung nicht lebensgefährlich. Bei dieser Schutzkleinspannung sind deshalb an die Isolierung nicht so hohe Anforderungen gestellt. Eine kleine Inselstromversorgung für ein Campingfahrzeug, eine Gartenhütte oder ein Segelboot wird meist mit einer Systemspannung von 12V ausgeführt. Für ein größeres Wohnmobil oder ein Ferienhaus wird je nach Größe und Ausstattung ein 24V-System bevorzugt. Ein Gehöft mit Nebengebäuden oder die Notstromversorgung eines Krankenhauses werden mit 48V oder einer noch höheren Spannung ausgelegt. Während Gleichstromgeräte für 12V oder 24V im Kfz- und Campingzubehörhandel gängig sind, werden 48V Geräte ausgesprochen selten hergestellt. Hier wird man einen Wechselrichter zur Versorgung herkömmlicher 230V Wechselstromgeräte einsetzen müssen. 03 Die gewünschte Versorgungsspannung erhält man durch Reihenschaltung der Module. Bei 24V wird z.B. der Pluspol des Ersten mit dem Minuspol des Zweiten verbunden (Bild 3.12). Zwischen dem freien Minuspol des Ersten und dem Pluspol des zweiten Moduls erhält man dann die erforderliche Spannung. Durch Parallelschaltung mehrerer solcher Paare kann die Anlage auch nachträglich auf die gewünschte Größe ausgebaut werden. Klar ist, dass bei 24V immer eine gerade Zahl von Modulen, bei 48V eine durch 4 teilbare, erforderlich ist. Hierdurch ist die Feinabstufung der Leistung der Anlage entsprechend Warum ist Strom gefährlich? Unser Nervensystem, vom Gedanken bis zur Erregung der Muskeln, funktioniert durch lonenströme. Wechselstrom überlagert diese und führt zu Muskelzuckungen und Herzstillstand. Entscheidend ist, wieviel Strom durch den Körper fließt. Steht man bei der Montage der Deckenlampe relativ gut isoliert auf einem Holzstuhl und bekommt einen gewischt, so durchfährt den Körper ein heftiges, sehr unangenehmes Zucken. Barfuß auf feuchtem Boden sind wir besser geerdet und es fließt mehr Strom durch den Körper, die Muskeln kontrahieren und man kann nicht loslassen. Die Person zappelt skurril mit einem Gerät herum und muß sofort vom Stromnetz getrennt werden. Vorsicht, nicht mit blanken Händen, sonst hängt man selbst am Strom. Ein längerer Schlag bei 230V Wechselstrom verursacht einen Schock und möglicherweise innere Verletzungen sowie mitunter starke, scharf abgegrenzte äußere Verbrennungen. Gleichstrom wirkt anders im Körper. Die elektrolytischen Flüssigkeiten im Körper leiten den Strom durch lonentransport. So werden z.B. die Lymph- und Blutbahnen durch starken Stromfluß erwärmt bzw. zerstört. Auch hier ist natürlich entscheidend, wie hoch die Spannung ist und ob wir zwischen zwei Polen hängen oder relativ gut isoliert stehen. Gerät Energiesparlampe Halogenlampe Glühlampen Kompressor-Kühlschrank 1501 (Tagesverbrauch ca. 350Wh) Computer Fernseher/Bildschirm Radio/Cassette Kleines Hauswasserwerk Bild 3.12 Die meisten Solarmodule sind für eine Systemspannung von 12 Volt konzipiert. Durch Reihenschaltung werden höhere Spannungen erreicht. Bei der Reihenschaltung von 4 Modulen treten Leerlaufspannungen von über 80V auf. Beim Verschalten sollte man die Module deshalb z.B. mit den Verpackungskartons abdek-ken, um elektrische Schläge oder Lichtbögen zu vermeiden. Energiebedarf Die Größe und damit auch der Preis einer solaren Stromversorgung werden ganz wesentlich vom Energiebedarf bestimmt, den es zu decken gilt. Dieser lässt sich aus der Summe der Energieverbräuche der einzelnen Geräte ermitteln, die man entweder direkt misst oder aus der Leistungsaufnahme und der jeweiligen Laufzeit des Gerätes durch Multiplikation errechnet. Folgende Tabelle dient als Orientierung für typische in Solarstromanlagen eingesetzte Verbraucher. Es spielt dabei zunächst eine untergeordnete Rolle, ob die Geräte mit Wechsel- oder Gleichstrom betrieben werden. Leistungsaufnahme 10-20 W 5-20 W 40-100 W 50-80 W 30-80 W 50-80 W 20 W 100 W Es ist klar, dass die Leistungsaufnahme und die Betriebszeit gleichermaßen für den Energieverbrauch verantwortlich sind. Ein Kühlschrank mit halber Leistungsaufnahme ist nur dann sparsamer, wenn er nicht eine doppelt so lange Laufzeit benötigt, um z.B. eine bestimmte Menge Getränke zu kühlen. Wichtig ist deshalb der Wirkungsgrad des Gerätes, die optimale Anpassung an den Bedarf und der effektive Einsatz. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Prozent der eingesetzten Energie für den eigentlichen Zweck genutzt werden können. Er ist eine Geräteeigenschaft, die jedoch oft auch von den Umgebungsbedingungen abhängig ist. Bei einem Kühlschrank oder einer Lampe lässt sich der Wirkungsgrad recht gut bestimmen. Bei Geräten, wo es uns im Wesentlichen um Information und Qualität geht, wie z.B. bei Radio, W, Computer und Handy, würde eine Betrachtung des Wirkungsgrades allein zu kurz greifen. Hier kommt es auch auf Wiedergabequalität, vielfältige Nutzungsmöglichkeiten, Handlichkeit und Bedienungsfreundlichkeit an. Durch die Auswahl eines optimal für den jeweiligen Zweck geeigneten Gerätes kann der Stromverbrauch weiter gesenkt werden. Es ist wichtig, zuvor genau zu prüfen, welche Anforderung man an das jeweilige Gerät stellt. Bei der Beleuchtung eines Arbeitsplatzes kommt es z.B. darauf an, die Arbeitsfläche blendfrei und gleichmäßig auszuleuchten. Ein Halogenstrahler mit der doppelten Leistung kann durch Schattenwurf mit starkem HellDunkel-Kontrast deutlich schlechtere Sehbedingungen schaffen als eine gut positionierte Leuchtstoff röhre. Bei der effektvollen Beleuchtung eines Bildes kann es genau umgekehrt sein. 04 Hier soll eine scharf begrenzte Fläche mit guter Farbwie-dergabe ausgeleuchtet werden. Oft wird es billiger sein, ein genau für den jeweiligen Zweck optimal geeignetes Gerät neu zu kaufen, als ein altes mit geringerer Effektivität oder geringerer Eignung einzusetzen, denn die Geräte müssen ja mit Strom versorgt werden. Besonders bei Geräten mit höherer Leistung und/oder langen Laufzeiten wirkt sich ein unerheblich erscheinender geringerer Verbrauch oder ein besserer Wirkungsgrad doch wesentlich auf die Anschaffungs- und Betriebskosten der Solarstromversorgung aus. Genauso entscheidend können wir den Energiebedarf durch überlegten Umgang reduzieren. So muss nicht alles in den Kühlschrank gelegt werden, wenn die Temperatur in der Speisekammer z.B. für Getränke eigentlich tief genug ist. Wenn Tiefkühlkost am Vorabend aus der Truhe in den Kühlschrank gelegt wird, entzieht sie beim Auftauen dem Kühlschrank Wärme und reduziert dessen Stromverbrauch. Auch pfiffige Elektronik wie Dämmerungsschalter, Bewegungsmelder, Netzfreischalter und Zeitschaltuhren sind preiswerte Helfer beim Stromsparen, wenn sie richtig eingesetzt werden. Viele Geräte, besonders Unterhaltungselektronik, verfügen über eine Standby-Schaltung, die den Einsatz der Fernbedienung ermöglicht. Es ist bekannt, dass die Geräte im Standby-Modus ständig Strom verbrauchen. Weniger bekannt ist, dass solche und andere Geräte auch Strom verbrauchen, wenn sie über den Hauptschalter ausgeschaltet werden. So bleibt meist der Transformator am Netz und schluckt rund um die Uhr einige Watt. Ein Verteilerstecker mit Schalter (mit Glimmlämpchen) für alle Komponenten der Stereo- oder EDV-Anlage schaltet alle daran angeschlossenen Geräte zuverlässig ab. Leider vergessen manche Geräte über kurz oder lang die einprogrammierten Sender, Datum und Urzeit, wenn sie nicht am Netz sind. Achten Sie beim Kauf darauf, dass die Geräte über eine Back-Up Stromversorgung des Programmspeichers verfügen (Gold-Cap, LithiumBatterie oder NiCd-Akku), die alle einprogrammierten Werte über mehrere Tage Netztrennung erhält. 05 Wenn einzelne Gerätegruppen oder ganze Räume zeitweilig vom Netz getrennt werden, müssen die dort eingesetzten Zeitschaltuhren über eine Gangreserve verfügen. Der Energiebedarf eines Gebäudes und seiner Bewohner ist einem Tages-, Wochen- und Jahresrhythmus unterworfen. Hinzu kommt ein stetiger Wandel im Verhalten der Bewohner und bei der technischen Ausstattung des Haushaltes. Kinder werden geboren, lasten die Waschmaschine aus, machen, sobald sie die Schalter erreichen können, abends jede Lampe an, wollen ein Aquarium, lassen ständig die Musikanlage laufen und verlassen schließlich das Haus. Alles beeinflusst den Energiebedarf. Bei der Dimensionierung einer Solarstromanlage ist es deshalb nicht sinnvoll, nur den momentan ermittelten Wert zu Grunde zu legen, sondern auch künftige Entwicklungen in die Überlegungen mit einzubeziehen. Wenn man nun die beiden wichtigsten Faktoren, den eigenen Energiebedarf und das am Standort der Anlage im Mittel zur Verfügung stehende Energieangebot der Sonne ermittelt hat, wird im nächsten Schritt errechnet, wie viel Modulfläche montiert werden muss, um den ermittelten Strombedarf zu decken. Modulleistung Die Modulleistung wird immer für die entsprechende Nutzungsperiode einer Solarstromanlage und den Bedarf der eingesetzten Verbraucher ermittelt. Ein Gartenhaus, das nur im Sommer an den Wochenenden genutzt wird, hat demnach eine andere Bedarfsgrundlage als ein solar versorgter Parkscheinautomat, der ganzjährig benötigt wird. Für viele Anwendungen reicht es aus, eine überschlägige Dimensionierung der Modulleistung durchzuführen. Dem Bild 3.3 entnehmen Sie dazu die eingestrahlte Energiemenge (Ort: Deutschland) für einen bestimmten Zeitraum. Für die Monate Mai bis August ergibt sich z.B. eine mittlere Einstrahlung von ca. 4,5l<Wh täglich. Diese 4,5kWh ergeben sich aus dem Produkt von Strahlungsleistung und Einstrahlungsdauer. Dabei ist es unerheblich, ob 10 Stunden lang 450W oder 4,5 Stunden lang l OOOW eingestrahlt werden. Rechnet man mit den 4,5 Stunden, so nutzt man allerdings die Tatsache, dass die Leistungsangabe eines Solarmoduls in der Regel auf 10OOW Einstrahlung bezogen ist. Die angegebene Modulleistung multipliziert mit den 4,5 Stunden ergeben dann den durchschnittlichen täglichen Energieertrag (südliche Ausrichtung vorausgesetzt). Ein 75W Modul würde für diesen Zeitraum täglich 4,5h x 75 W = 337,5Wh erzeugen (dieser Weit kann übrigens auch über die Fläche und den Wirkungsgrad des Moduls ermittelt werden). Vorgehensweise zur Ermittlung des Energieertrags eines Solarmoduls für Inselanlagen: 1) Nutzungszeitraum festlegen 2) Aus Bild 3.3 mittlere Einstrahlung für diesen Zeitraum entnehmen 3) Die kWh durch l OOOW teilen 4) Diesen Wert mit Modulleistung multiplizieren 5) 25 % für Verluste in den restlichen Anlagenkomponen ten abziehen. Beispiel Gartenhaus, Modul 75W 1) Mai -August 2) ca. 4,5kWh 3) 4,5kWh /1 OOOW = 4,5 Stunden 4) 4,5h 75W = 337,5Wh 5) 337,5Wh 0,75 = 253Wh Der pro Tag ermittelte Energieertrag steht nun zur Verfügung, um Verbraucher zu versorgen. Wird ein Verbraucher nur einmal pro Woche genutzt, ist der Akku so groß zu wählen, dass er den Wochenertrag der Module fassen kann, um ihn dann komplett abgeben zu können. Natürlich ist dies nur eine grobe Vorgehensweise, da viele weitere Faktoren den Ertrag beeinflussen. Wer es genauer wissen will, entnimmt exaktere Einstrahlungsdaten dem „Atlas über die Sonnenstrahlung Europas" (Verlag TÜV Rheinland). Außerdem müssen folgende Fakten in die Überlegungen mit einfließen: Die Leistung der Module wird von den moduleigenen Qualitäten (siehe Kapitel 2.1) und den äußeren Gegebenheiten beeinflusst. Zu den äußeren Bedingungen zählen neben der Solarstrahlung die Windgeschwindigkeit und die Lufttemperatur. Diese beiden Faktoren sind mit für die Temperatur der Solarzellen- verantwortlich. Eine Erwärmung der Solarzellen führt aber zu Leistungsminderungen, weshalb es ratsam ist, für eine gute Hinterlüftung der Module zu sorgen. Ein Modul wandelt auch indirektes, also von Wolken, Häusern oder anderen Gegenständen reflektiertes Licht in Strom um. Je heller das Lichtreflexionsvermögen der fürdas Modul sichtbaren Umgebung (Albedo genannt) ist, desto höher wird die Jahresernte des Moduls ausfallen. Zudem beträgt der indirekte Strahlungsanteil in Mitteleuropa mehr als die Hälfte der Gesamtstrahlung. Die Module sollten also so montiert werden, dass sie Möglichkeiten, die diesen Anteil noch vergrößern, nutzen ( Schnee, Wasser, helle Dachflächen aus Aluminium oder Zink, Glasfassaden). Anlagenplaner greifen inzwischen auch auf Dimensionie-rungsprogramme zurück, die über Wetterdatensätze verfügen und die Möglichkeit besitzen, viele Parameter vorzugeben. Der Einfluss einer anderen Modulorientierung (Bild 3.15), eines größeren Akkus oder verschiedener Maßnahmen zur Reduzierung des Energiebedarfs kann schnell am Rechner simuliert werden. Abschließend sei noch der Ertrag netzgekoppelter Anlagen hinzugefügt. In Deutschland sind sehr genaue Daten zu diesem Anlagentyp verfügbar, da eine Reihe von Messprogrammen durchgeführt worden sind. Die Ergebnisse bewegen sich in einer Bandbreite von 600 bis 950kWh Ertrag pro Jahr und installiertem kW Modulleistung. 06 Speicherkapazität Der Akku speichert den Solarstrom und ermöglicht so den Betrieb von Geräten, unabhängig von der gegenwärtigen Stromerzeugung der Module. Im Mittel muss natürlich die Stromerzeugung den Stromverbrauch übertreffen, um die Verluste beim Laden und durch die Selbstentladung auszugleichen. Der Akku sollte so groß sein, dass er den Bedarf von 3-4 Tagen speichern kann. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass dem Akku je nach Güte und Betriebsbedingungen lediglich ca. 90% der eingeladenen Energie wieder entnommen werden kann. Bei dauernder Nutzung wird der Akku dann täglich mit einer Zyklentiefe von im Mittel 20-30% belastet. Ein OPzS-Akku erreicht bei dieser Betriebsweise etwa 12 Jahre Lebensdauer. Folgen mehr als drei Schlechtwettertage aufeinander, muss am dritten oder vierten Tag auf ein Notstromaggregat zurückgegriffen werden, das dann den laufenden Bedarf sowie eine Grundladung des Akkus übernimmt. Wochenendhäuser werden in der Regel nur an zwei Tagen in der Woche und lediglich in den Sommerferien auch mal 2-3 Wochen durchgehend genutzt. In Schlechtwetterperioden oder im Winter wird man nur selten im Wochenendhaus sein. Der Akku soll hier so groß gewählt werden, dass er die Solarstromernte einer Woche speichern und am Wochenende zur Verfügung stellen kann. Eine Speicherkapazität von 5-6 Tagen reicht aus. Typischerweise wird man auf ca. 50 Zyklen pro Jahr kommen, die im Mittel jeweils 30% der Kapazität ausschöpfen. Die deutlich bessere Zyklenfestigkeit von OPzS-Akkus käme in einem Wochenendhaus kaum zum Tragen, weil die Lebensdauer des Akkus allein durch die Eigenkorrosion auf 15-20 Jahre beschränkt wird. Im Wochenend- und Ferienhaus werden deshalb meist Solarakkus eingesetzt, die bei diesem Belastungsprofil etwa 5-6 Jahre lang halten. Die Entladungstiefe sollte bei diesen Akkus 50% nur ausnahmsweise überschreiten. Es ist nicht sinnvoll, den Akku wesentlich größer zu dimensionieren, denn eine Halbierung der Zyklentiefe führt auf Grund der Eigenkorrosion nicht zu einer 07 Verdopplung der Lebensdauer. Die Investitionskosten des Akkus betragen etwa 25-30% der Kosten der Gesamtanlage. Ein Monatsspeicher oder gar ein Saisonspeicher, der einen im Sommer auftretenden Stromüberschuss in den Winter rettet, wäre viel zu teuer. Reglergröße Die Auswahl des richtigen Reglers erfolgt nach fünf Kriterien. 1. Überladeschutz Bei selbstregelnden Modulen und einer Akkukapazität von mindestens 1Ah pro Watt Nennleistung des Moduls kann * auf Überladeschutz verzichtet werden, wenn ein herkömmlicher verschlossener Akku (also kein wartungsfreier wie z.B. Blei-Gel-Akku) eingesetzt wird. Die Verwendung einer Schottkydiode zwischen Akku und Modul zur Verhinderung des Dunkelstroms ist dann ausreichend. In allen anderen Fällen sollte ein Laderegler eingesetzt werden, der die Spannung begrenzt. Klar ist, dass der Laderegler für die Nennspannung und den maximalen Ladestrom der Module ausgelegt sein muss. Eine spätere Erweiterung der Modulfläche kann jedoch erfolgen, denn es können mehrere Laderegler parallel an einen Akku angeschlossen werden. Dabei sollten jedoch an einen Laderegler nur Module des selben Typs unter gleichen Einstrahlungsbedingungen angeschlossen werden. Wenn ein Standardakku (kein wartungsfreier) verwendet wird, kann ein Teil der Module über eine Schottkydiode direkt an den Akku angeschlossen werden. Dies ist besonders bei Serienreglern von Vorteil, die zu häufigem Zu- und Abschalten neigen, wenn jeweils alle Module angeschlossen sind. Die gelegentliche leichte Überladung ist erwünscht, weil sie zu einer besseren Durchmischung der Säure führt. Der etwas höhere Wasserverbrauch erfordert jedoch häufigeres Nachfüllen von Aquadest und gelegentliches Säubern des Akkus und der Anschlüsse. Bei Reglern mit Ausgleichsladungsfunktion wird dieses leichte Überladen regelmäßig und automatisch nach Entladezyklen bestimmter Tiefe aktiviert. Diese Funktion führt bei wartungfreien Blei-Gel-Akkus zu schädlicher Überladung. Bei einigen Ladereglern kann sie deshalb deaktiviert werden. 2. Temperaturkompensation Die Ladeschlussspannung sollte bei wartungsfreien Akkus generell durch einen Temperaturfühler nachgeführt werden, weil diese empfindlicher auf Überladung reagieren. Bei deutlichen Temperaturschwankungen am Aufstellungsort des Akkus (Wohnmobil, Boot, Ferienhaus) sollte man auf die Temperaturkompensation generell nicht verzichten. Der Temperaturfühler (ein temperaturabhängiger Widerstand) wird außen am Akku angeklebt oder an einem Akkupol angeklemmt. 3. Tiefentladeschutz Der Tiefentladeschutz muss in der Lage sein, alle angeschlossenen Geräte sicher vom Akku zu trennen. Es muss ermittelt werden, wie viel Strom maximal über den Laderegler der Batterie entnommen wird. Hier muss berücksichtigt werden, dass im ungünstigsten Fall alle Geräte gleichzeitig betrieben werden. Die Stromentnahme beim Einschalten ist z.B. bei Pumpen und Kompressorkühlschränken kurzzeitig ein Vielfaches des Nennstroms. Der Regler muss diese Ströme verkraften und bei Unterspannung sicher abschalten. Man kann die Maximalbelastung reduzieren, indem man das gleichzeitige Einschalten und Betreiben mehrerer großer Stromverbraucher etwa durch eine Relaiswechselschaltung oder die Montage lediglich einer Steckdose für zwei Geräte verhindert. Man spricht dann von einer gegenseitigen Verriegelung. Ein stromabhängiger Tiefentladeschutz bewirkt, dass Stromspitzen nicht zu verfrühter Abschaltung der Verbraucher führen. Ein Wechselrichter verfügt meist über einen eigenen Tiefentladeschutz, so dass er direkt an den Akku angeschlossen werden kann. Bei anderen großen Stromverbrauchern, wie z.B. einem elektrischen Boots- oder Autoantrieb wird eine akustische Tiefentladewarnung oder die Anzeige der Akkuspannung bevorzugt, weil ein plötzliches Abschalten des Antriebs unerwünscht ist. 4. Ausgleichsladung Unter bestimmten Bedingungen ist es sinnvoll, die Ladeschlussspannung über den gewöhnlichen Wert anzuheben. Für die Dauer von etwa einer Stunde wird der Akku dann eine gewollte Ausgleichsladung (Gasungsladung) erhalten. Dies ist z.B. angebracht, wenn der Ladezustand von 40% unterschritten wird, der Akku also stark entladen wurde. Es können sich Sulfatablagerungen an den Bleiplatten festsetzten, die durch die Gasung gelöst werden, wodurch die volle Kapazität wieder ereicht wird. Dies verlängert auch die Lebensdauer des Akkus, weshalb insbesondere in größeren Anlagen die Option immer vorgesehen sein sollte. 5. Funktionskontrolle Alle Funktionen des Ladereglers sollten über Leuchtdioden oder LCD-Anzeige kontrolliert werden können. Je komplexer der Regler, desto aufschlussreicher muss die Information über den jeweiligen Betriebszustand der Anlage sein. Ein paar bunte LEDs sind nur in kleinen Inselstromanlagen ausreichend. Eine digitale Strom/Spannungsanzeige ist heute Standard. Bei größeren Anlagen wird man vom Laderegler unabhängige Messgeräte einsetzen, die nicht nur die Akkuspannung, den Ladestrom und/oder den Ver-braucherstrorn, sondern auch die Amperestunden-Bilanz anzeigen. Auswahl des Hilfsaggregats Bei einer Inselstromversorgung wird es in unseren Breiten im Winter immer wieder zu Versorgungsengpässen kommen, die am einfachsten mit einem Notstromaggregat überbrückt werden können. Das Aggregat besteht aus einem Motor, einem angeflanschten Generator und einer Regelung, die die Leistung und Drehzahl des Motors so reguliert, 08 dass Wechselstrom mit 230V bzw. 3-PhasenDrehstrom mit 400V bei etwa 50Hz erzeugt wird. Gleichstromgeneratoren, die sich unmittelbar zum Akkuladen eignen würden, sind nicht gängig. Viele Generatoren verfügen zwar über einen Gleichstromausgang, der zum Laden einer Starterbatterie geeignet ist, mit wenigen Ampere Ladestrom für einen großen Akku jedoch gänzlich unterdimensioniert ist. Die Leistung des Generators orientiert sich, wie die des Wechselrichters, an der maximal auftretenden Belastung. Man addiert die Leistung der größten Verbraucher, die gleichzeitig betrieben werden, wobei die Leistungsaufnahme beim Start z.B. eines Kühlschranks oder einer Waschmaschine berücksichtigt werden muss. Den Sicherheitszuschlag sollte man aber gering halten, weil ein zu großer Generator nicht nur teuer, sondern im Normalbetrieb mit schlechtem Wirkungsgrad arbeitet. Günstig ist es, die größten Stromverbraucher gegenseitig zu verriegeln, also den gleichzeitigen Betrieb zu verhindern (einfach aber unkomfortabel durch Stecker ziehen oder über eine Relaisschaltung, diedem Kühlschrank erst wieder Strom zuführt, wenn die Waschmaschine abgelaufen ist). Der Generator sollte möglichst nur einmal am Tag, dann aber gut ausgelastet für einige Stunden laufen. In dieser Zeit wird über das im Wechselrichter integrierte Ladeteil oder ein hochwertiges externes Netzladegerät der Akku mit hohen Strömen geladen. Parallel sollte dann Wäsche gewaschen und gebügelt werden und die Tiefkühltruhe ihre tägliche Stromration bekommen. Das Ladegerät wirkt hierbei ausgleichend auf die Generatorauslastung, da es auf eine Spannungsreduzierung mit Reduzierung der Leistungsaufnahme reagiert. Bleiakkus können bis zu einer Kapazität von etwa 90% hohe Ströme aufnehmen. Dann muss der Strom reduziert werden, damit die Zellentemperatur und die Spannung nicht über die Grenzwerte ansteigen. Die vollständige Ladung eines Akkus dauert dann, bei ständig zurückgehender Stromaufnahme, noch mehrere Stunden. Den Generator hierfür weiterlaufen zu lassen wäre wegen der geringen Auslastung sehr unwirtschaftlich, denn im Schwach- 09 Bild 3.13 Wechselstromgenerator mit einer Leistung von 2,5 KW. Bei diesem Typ der Firma Geko besteht die Möglichkeit, einen Anschlußkit für den Gasbetrieb zu installieren und den Generator elektrisch zu starten. (Foto: Geko) lastbetrieb ist die Verbrennung unsauber und der Verschleiß sowie der Brennstoffverbrauch relativ hoch. Günstig ist es, wenn man die Generatorlaufzeit in die Morgenstunden eines sonnigen Wintertages legen kann. Der vom Generator zu ca. 90 % geladene Akku wird dann anschließend von den Solarmodulen über mehrere Stunden geladen. Durch die am Nachmittag abnehmende Einstrahlung wird eine Reduzierung des Ladestroms durch den Laderegler kaum auftreten, der Solarstrom kann also optimal genutzt werden. Mit Glück und Geschick kann so auch im Winter der Akku eine vollständige Ladung bis in den Gasungsbereich erhalten, die ja bei herkömmlichen Blei-Säure-Akkus als Ausgleichsladung zur Durchmischung der Säure nötig ist. In dieser Kombination ergänzen sich Solarstromanlage und Generator ideal. Nur wie findet man den für den jeweiligen Zweck geeignetsten Generator? Benzingeneratoren werden vorwiegend als mobile Stromaggregate für Baustellen eingesetzt. Sie sind laut und spritdurstig, einfach konstruiert, aber vergleichsweise leicht zu transportieren und billig. Einige dieser Generatoren können auf Gasbetrieb umgerüstet werden. Die Hersteller bieten passende Umrüstsätze an oder können solche empfehlen, wenn das jeweilige Gerät dafür geeignet ist. Die Verbrennung wird im Gasbetrieb sauberer und etwas leiser. Für den gelegentlichen Betrieb in einem Wochenend- oder Ferienhaus sind beide Varianten geeignet. In einem ständig bewohnten Haus wird man im Winter häufig auf einen Generator angewiesen sein. Auf Grund des wesentlich geringeren Brennstoffverbrauchs und der längeren Haltbarkeit wird man einem Dieselgenerator den Vorzug geben. Verschleiß, und damit Reparatur- und Wartungsaufwand, wie auch die Lebensdauer hängen im Wesentlichen von der Drehzahl des Aggregats, der Betriebszeit und der Häufigkeit von Kaltstarts ab. 3000 Umdrehungen pro Minute ist Standard. Geräte für den Dauereinsatz laufen mit nur 1500 Umdrehungen. Bei gleicher Leistung sind sie wesentlich schwerer, größer und teurer. Kleine Blockheizkraftwerke (BHKW) sind ideal für etwas größere autark versorgte Gebäude. BHKWs erzeugen Strom, nutzen aber gleichzeitig die im Motor, den Abgasen und im Generator anfallende Abwärme zur Heizung und Warmwasserbereitung. Hierbei wird die im Brennstoff stekkende Energie zu etwa 1/3 in Strom und 2/3 in Wärme gewandelt. Gerade im Winter besteht ja gleichzeitig Strom-und Wärmebedarf, der im Sommer von einer solaren Stromversorgung und einer solaren Brauchwassererwärmung gedeckt werden kann. Die gute Wärme- und Schallisolierung moderner Aggregate erlaubt die Aufstellung im Keller (bei älteren Aggregaten würde ich davon absehen), was die Anbindung an das Warmwasser- und Heizsystem erleichtert. Das Aggregat wird nicht so stark auskühlen und bei gleich bleibend guten Betriebsbedingungen laufen, was die Lebensdauer erhöht. Mehr zum Thema Photovoltaik und Solarthermie gibt es unter: www.solarladen.de www.solar-shop.info www.photovoltaik-shop.com Baron-Riederer-Str. 23 84337 Schönau Tel.: 08726 / 910 037 Fax.: 08726 / 910 039 10
