MURSCHEL ...bewegt - Sie mit einer Einführung in die Solartechik

Um Ihnen einen Einblick in die Solartechnik und die damit verbundenen Möglichkeiten der Energiegewinnung und -speicherung zu geben, haben wir Ihnen hier die Grundlagen dieser Technolgie zusammengestellt und behandeln die drei Themen:

• Solarzellen
• Wechselrichter
• Speichermedien Batterie/Akku

Solarzellen

Solarzellen kann man nach verschiedenen Kriterien einordnen. Das gängigste Kriterium ist die Materialdicke. Hier wird nach Dickschicht- und Dünnschichtzellen unterschieden.

Ein weiteres Kriterium ist das Material: Es werden zum Beispiel die Halbleitermaterialien CdTe, GaAs oder CuInSe eingesetzt, weltweit am häufigsten jedoch Silicium.

Die Kristallstruktur kann kristallin (mono-/polykristallin) oder amorph sein.

Neben Halbleitermaterialien gibt es auch neue Ansätze zum Material, wie organische Solarzellen und Farbstoffsolarzellen.


Polykristalline Zelle
Silizium wird in Blöcke gegossen, dieses werde in dünne Scheiben geschnitten
Günstig in der Herstellung
Wirkungsgrad 13 -15 %
Lebensdauer 25 – 30 Jahre
Verwendung: meist in Photovoltaik Anlagen

Monokristalline Zellen
Silizium als gezogne Stäbe – diese werden in Scheiben geschnitten
Teuer in der Herstellung
Hoher Wirkungsgrad 14 – 17 %
Lebensdauer 25 – 30 Jahre

Amorphe Zelle
Silizium wird aufgedampft (0,001mm)
Günstigste Herstellung
Schlechter Wirkungsgrad 5 – 8 %
Lebensdauer bis 20 Jahre
Verwendung: Einsatz in Uhren, Taschenrechner, etc.


Wechselrichter

Man unterscheidet in verschiedene Wechselrichter.

Sinusähnlicher Wechselrichter
Gleichspannung wird in unterschiedlich hohe Rechtecksignale umgewandelt, geeignet eher für unempfindliche Verbraucher: Pumpen, Elektrowerkzeuge, Kaffeemaschienen, Kühlschränke, Glühlampen, etc.

Sinuswechselrichter
Gleichspannung wird in gleichhohe, sinusartige Wellensignale umgewandelt. Dies entspricht der Netzspannung aus der Netzsteckdose, es gibt daher keine Einschränkung der Verbraucher.

Arten der Anwendung von Wechselrichter

Selbstgeführte Wechselrichter verwenden selbst abschaltbare Ventile (Transistoren, IGBT's (Inselwechselrichter). Sie dienen der Umwandlung von Gleichspannung in Gleichspannung oder von Gleichspannung in Wechselspannung. Da die Ventile vom Wechselrichter selbst an- und ausgeschaltet werden können, wird keine Referenz vom Netz benötigt. Sie können damit zur Erzeugung einer Wechselspannung unabhängig vom Stromnetz dienen und ein sogenanntes Inselnetz aufbauen (führen - vgl. Netzführung).

Fremdgeführte Wechselrichter oder netzgeführte Wechselrichter verwenden meist nicht selbstabschaltbare Ventile (Dioden, Thyristoren, Triacs). Sie benötigen zur Funktion eine feste Wechselspannung im Netz und beziehen sogenannte Kommutierungsblindleistung. Sie dienen in erster Linie zur Bereitstellung von Energie auf die Gleichspannungsseite (sog. Gleichrichterschaltungen) können aber auch bei die Leistungsflussrichtung umkehren und so in das Wechselstromnetz einspeisen.

Beispiele für Inselnetze (Netze ohne externen Leistungsaustausch):
Berghütten, Wetterstationen ohne Netzanbindung, mobile Geräte, Wechselrichter in Wohnmobilen, Versorgung von ländlichen Regionen in Entwicklungsländern
Unterbrechungsfreie Stromversorgungen in Krankenhäusern, Kraftwerken und Rechenzentren.


Speichermedien Batterie/Akku

Solarbatterien, auch als Solarakkumulatoren oder kurz Solarakkus bezeichnet, sind Akkumulatoren, die speziell für den Einsatz in Photovoltaikanlagen entwickelt wurden. Sie dienen besonders in Inselanlagen zur Speicherung der mit Solarmodulen gewonnenen Energie und als Pufferbatterien beim Betrieb größerer Verbraucher.

Oft wird der Begriff auch allgemein für in Solarstromanwendungen verbaute Akkus gebraucht, auch wenn sie nicht dafür spezifiziert sind.

Die gelegentlich verwendete Bezeichnung Sonnenbatterie rührt eigentlich aus der Anfangszeit künstlicher Erdsatelliten und bezeichnete deren Solarzellen oder „Sonnensegel“.
Der am häufigsten für Solarbatterien verwendete Akkutyp ist der Bleiakkumulator. Für seinen Einsatz spricht der geringe Preis pro speicherbarer Energiemenge, die erreichbare Wartungsfreiheit, die geringe Selbstentladung und der vergleichsweise hohe Wirkungsgrad von etwa 80 %.

Solar-Bleiakkumulatoren unterscheiden sich in ihrem inneren mechanischen Aufbau von anderen Bleiakkumulatoren, sie sind optimiert auf eine besonders hohe Lebensdauer, Zyklenfestigkeit und das Verhalten bei tiefer Entladung. Sie können aber, verglichen mit Fahrzeugbatterien, nicht so hohe Maximalströme liefern.

Blei-Gel-Akkus haben den Vorteil, dass sich keine oder nur eine minimale Säureschichtung ausbilden kann. Dies ist vor allem im stationären Betrieb von Bedeutung. Sie sind wartungsfrei, aus ihnen treten keine Gase aus und es muss weder Wasser noch Säure nachgefüllt werden.

Bei kleinen Anwendungen werden oft auch Akkus mit gängigen Batteriegrößen (Gerätebatterie) verwendet.

Für größere Anlagen setzt man in der Regel sogenannte Panzerplatten-Batterien OpzS oder OpzV (geschlossen oder offen) ein. Sie können bei entsprechender Behandlung eine Lebensdauer von bis zu 20 Jahren erreichen.

Andere Akkutypen konnten sich nur für Spezialanwendungen durchsetzen. Neuerdings gibt es aber Entwicklungen, die bekannten Lithium-Ionen-Batterien auch für Solaranwendungen nutzbar zu machen, sie also im Bereich Spannung und Umgebungstemperatur anzupassen.

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