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Photovoltaik

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Unter Photovoltaik (oder Fotovoltaik) versteht man die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Dies geschieht meist im Verbund mehrerer Solarzellen, welche zu einem Solarmodul zusammengefasst sind.

Im Gegensatz dazu wird bei der Solarthermik die Sonnenwärme als solche benutzt, z.B. zur Brauchwasser-Erwärmung in Heizungsanlagen.


Solarpanel.jpg

Solarzellen

Bei der Technik wird zwischen kristallinen- und amorphen Silizium-Zellen unterschieden.


Amorphe Zellen

Die amorphen Zellen sind für langlebige Anlagen nicht oder nur bedingt zu empfehlen, da diese einen sehr geringen Wirkungsgrad besitzen und recht schnell ihre Leistungsfähigkeit verlieren.


Kristalline Zellen

Kristalline Silizium-Solarzellen sind hauptsächlich in zwei Ausführungen zu bekommen:

  • Monokristalline Zellen
  • Polykristalline Zellen


Monokristalline Zellen

Das Herstellungsverfahren von monokristallinen Zellen ist dem von Dioden, Transistoren und integrierten Schaltungen recht ähnlich. Eine extrem hohe Reinheitsstufe muss hierbei nicht erreicht werden. Dennoch ist die Herstellung recht aufwendig und deshalb auch nicht sehr günstig.


Polykristalline Zellen

Die Herstellung polykristalliner Solarzellen (auch multikristalline Zellen genannt) ist aufgrund eines vereinfachten Herstellungsverfahrens günstiger als die der monokristallinen Zellen. Und dass, ohne große Wirkleistungseinbußen.


Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad stieg in den letzten Jahren immer weiter an, da durch neue Herstellungstechniken immer hochwertigere Module produziert werden konnten.

Vergleich:

  • Monokristalline Zellen haben einen Wirkungsgrad von ca. 14 - 17 %
  • Polykristalline Zellen haben einen Wirkungsgrad von ca. 11 - 15 %
  • Der Wirkungsgrad einer Glühbirne liegt im Vergleich bei ca. 3 - 5 %


Solarakkumulatoren

Im Handel sind verschiedene, speziell für den Solarbetrieb konzipierte Solar-Akkus erhältlich. Diese haben eine längere Lebensdauer gegenüber Auto-Akkumulatoren, kosten jedoch auch oft mehr als das Doppelte.

Solarakkus haben jedoch den Vorteil, strapazierfähiger in Bezug auf die ständigen Lade- u. Entladezyklen zu sein und weisen auch ein optimiertes Tiefentlade-Verhalten auf. Zudem sind Solarakkus in der Regel wartungsfrei und haben eine geringere Selbstentladung (unter 3%/Monat bei hochwertigen Solarakkus). Der Wirkungsgrad liegt bei Solarakkus um bis zu 9% über dem eines Auto-Akkus. Bei größeren Anlagen kann dieses von Belang sein.


Berechnung von Solaranlagen

Die Sonne ist ein riesiges Kraftwerk mit einem gewaltigen Energiepotenzial. Sonnenenergie ist vielfältig, praktisch überall gegenwärtig und kostenlos nutzbar - ob im Freizeitbereich wie im Wochenendhaus, Caravan und Bootssport oder auch für professionelle Leistungsanforderungen.

Besonders für Insellösungen halten wir eine breite Palette an interessanten Solar-Produkten für Sie bereit.


Folgende Faktoren sollten in die Berechnung einer Soloranlage ermittelt werden:

  • Energiebedarf ermitteln
  • Energieernte errechnen
  • Batteriekapazität errechnen


Energiebedarf ermitteln

Die korrekte Dimensionierung der Komponenten hängt im Wesentlichen von Ihrem Strombedarf ab und lässt sich leicht errechnen. Zuerst müssen Sie Ihren eigenen Energieverbrauch ermitteln. Zum Beispiel benötigt ein 12V-Fernseher in etwa 45 Watt, das heißt, bei einem täglichen Betrieb von zwei Stunden benötigen Sie 90 Wh pro Tag. Zwei Energiesparlampen von jeweils 11 W, verbrauchen bei jeweils drei Stunden Lichtbetrieb 66 Wh pro Tag. Damit ergibt sich für Fernsehen und Licht ein Tagesverbrauch von 156 Wh. Zum berechneten täglichen Leistungsbedarf addieren Sie zusätzlich 30 % als Leistungsreserve.

Energiebedarf = 90Wh + 66Wh = 156Wh


Energieernte errechnen

Für die Energieernte gilt folgende Regel: 10 Stunden Tageslicht entsprechen in den Sommermonaten (Mai bis September) etwa vier Stunden Maximalleistung des Solarmoduls. Das ergibt bei einem 65 Watt Solarmodul 65 Watt x 4 Stunden = 260 Wattstunden/Tag. Das Kyocera Solarset KC65T 65 Watt Maximalleistung würde somit für das vorangestellte Beispiel vollkommen ausreichen. In den Wintermonaten sollte allerdings mit höchstens zwei Stunden Maximalleistung bei der Energieausbeute gerechnet werden.

Energieernte = 65W * 4Std. = 260Wh


Batteriekapazität errechnen

So bestimmen Sie Ihren individuellen Bedarf an Batteriekapazität: Multiplizieren Sie den täglichen Gesamtleistungsbedarf Ihrer Verbraucher (Wh) mit der Anzahl an Tagen, in denen das System auch ohne Sonneneinstrahlung den Gesamtleistungsbedarf sicherstellen soll (z.B. 3 Tage Systemautonomie). Wenn Sie zu diesem errechneten Gesamtenergiebedarf 30% Kapazitätsreserve addieren, erhalten Sie die benötigte Batteriekapazität in Wattstunden. Dividieren Sie nun diesen Wert durch die Batteriespannung (z.B. 12V) und Sie erhalten die benötigte Batteriekapazität in Amperestunden (Ah). Da die Batterie dauerhaft nur um ca. 50% entladen werden darf, multiplizieren Sie den berechneten Ah-Wert mit dem Faktor 2 und wählen Sie die passende Solarbatterie gemäß der ermittelten Kapazität aus.

Batteriekapazität = Energiebedarf * 3 Tage * Energiereserve 30 % : 12V * Faktor 2


Berechnungsbeispiel im Überblick

Wie groß muss die Solaranlage sein?

Beispielrechnung Energiebedarf:

Fernseher: 45 W x 2 Stunden/Tag = 90 Wh/Tag
Lampen: 2 x 11 W x 3 Stunden/Tag = 66 Wh/Tag
Energieverbrauch pro Tag = 156 Wh/Tag


Beispielrechung Energieernte pro Tag:

Solarmodul 65 Wp
65 Watt x 4 Std/Tag = 260 Wh/Tag


Beispielrechung Energiekapazität:

Energieverbrauch für 3 Tage
3 x 156 Wh = 468 Wh

zuzüglich 30% Kapazitätsreserve:
1,3 x 468 Wh = 608 Wh

Errechnen der Amperestunden
608 Wh : 12V = Ih = 50,6 Ah

Entladungsreserve
50,6 Ah x Faktor 2 = 101 Ah

Man würde demnach zu einem Solarakku mit ca. 100 Ah Kapazität greifen.


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