FAQ
FAQ
Fragen zur Netzeinspeisung
Fragen zu Solarstromanlagen allgemein
Was ist eine Inselanlage?
Welche Batterie benötige ich?
Was ist besser eine Nass oder Gel Batterie?
Lohnen sich OPzS Batterien?
Wie berechne ich die Größe des Ladereglers?
Wieviel Volt hat eine volle 12V Batterie?
Wieviel Ah kann ich aus meiner Batterie absaugen?
Lohnt sich der Einsatz eines MPP Ladereglers?
Welche Arten von Ladereglern gibt es?
Welchen Solarmodultyp soll ich einsetzen?
Was bedeutet dieLeistungsangabe Wp bei Modulen?
Was ist Globalstrahlung?
Wie hoch ist die Lebensdauer einer Solarstromanlage?
Was bedeuten Temperaturabhängigkeit und Temperaturkoeffizient?
Was sind Bypassdioden und welche Funktion haben sie?
Was ist Energetische Amortisationszeit?
Was ist Diffuse Strahlung?
Benötige ich Dioden um die Module parallel zu verschalten?
Bypassdioden zum Schutz vor Hot-Spots
Was ist eine Inselanlage
Insel Systeme findet man dort, wo
kein Netzanschluss vorhanden ist oder eine solcher Anschluss einfach zu kostspielig
wäre. Zum Beispiel in Garten und Ferienhäusern oder bei Leuchtbojen und
Segelschiffen auf See, Straßenlaternen auf abgelegenen Grundstücken, die Beleuchtung
von Autobahnschildern und ähnliches.
Während sie in Deutschland und Europa eher eine Nischenanwendung darstellen
und nur dort eingesetzt werden, wo ein Anschluss an das öffentliche Netz unwirtschaftlich
wäre, sind sie für viele Regionen der Welt die einzige Möglichkeit, Elektrizität
ökologisch und ökonomisch sinnvoll bereitzustellen.
Damit erschließt sich durch Solarstrom für Milliarden von Menschen die Möglichkeit,
auch nach Sonnenuntergang noch Tätigkeiten zu verrichten, ohne dabei auf teure
Brennstoffe angewiesen zu sein oder sich mit den Abgasen von billigem Brennstoff
zu vergiften. Einfache Inselsysteme arbeiten i.d.R. mit Gleichstrom und einem
Batteriepuffer, aufwendigere Anlagen haben meist noch einen Wechselrichter der
die Gleichspannung der PV-Anlage in einen Wechselstrom mit 230V Spannung umwandelt.
Damit ist es dann möglich alle Geräte die man normalerweise am Netz
betreibt auch an einer PV-Inselanlage zu betreiben.
Welche Batterie benötige ich?
Die Solarbatterie hat in der Solarstromanlage
die Aufgabe des Zwischenspeichers. Dies ist notwendig, da das Energieangebot
der Solarmodule in Abhängigkeit von der Einstrahlung Schwankungen unterworfen
ist. Durch die Speicherung der Energie in der Batterie ist es möglich, Verbraucher
auch nachts oder an trüben Tagen zu betreiben. In PV-Anlagen werden normalerweise
spezielle Solarbatterien eingesetzt. Diese sind Blei-Säure- oder Blei-Gel-Batterien,
die für Zyklenbetrieb und Ladung mit kleinen Strömen optimiert sind. Starter-
(Auto-) Batterien sind für Solaranlagen nicht geeignet, da diese bei normalem
Betrieb im Auto immer voll geladen sind und nur im Startmoment ein hoher Strom
entnommen wird. Werden diese Batterien dauerhaft geladen und immer wieder entladen
(man spricht hier von Zyklenbetrieb), reduziert sich die Lebensdauer der Autobatterie
drastisch. Die zu erwartende Lebensdauer beträgt nur etwa 1 Jahr. Die Kapazität
von Batterien wird in Amperestunden (Ah) abgegeben. So kann man beispielsweise
aus einer voll geladenen Batterie mit 100 Ah Kapazität einen Strom von 1A über
eine Zeit von 100 Stunden entnehmen. Die Batterien haben meistens eine Spannung
von 12 Volt. In Solarstromsystemen mit 24 Volt werden dann zwei Batterien in
Reihe geschaltet.
Was ist besser eine Nass oder Gel
Batterie?
Eigentlich sind diese beiden Typen
gar nicht so verschieden, denn sowohl Nass-Batterien (Blei-Säure-Akkus) und
Gel-Batterien funktionieren gleichermassen. Die Bleiplatten bilden die Elektroden
und die Flüssigkeit das Elektrolyt. Und nur hier ist der Unterschied: Bei den
herkömmlichen Akkus ist das eben flüssige Säure und bei den Gel-Akkus ist dieses
Elektrolyt im Gel gebunden, hat aber die selben chemischen Eigenschaften.
Wenn hier von Blei-Säure Akku bzw. Nassbatterie gesprochen wird, ist aber nicht
die Starterbatterie aus dem Auto gemeint sondern eine Versorgungsbatterie. Unter
den Blei-Akkus gilt allgemeinen die Gel-Batterie als Favorit, weil sie eine
höhere Zyklenzahl erreichen kann (Zyklus bedeutet hier: 1 x Entladen und 1 x
Laden nach genormten Verfahren). Als weitere Vorteile werden angeführt die Widerstandsfähigkeit
gegen Schädigung durch Tiefentladung und eine geringe Selbstentladequote. Außerdem
Gasen Gel-Akkus nicht und sie sind Lageunabhängigkeit, es besteht keine Gefahr
durch Säureaustritt.
Aber was ist besser? Das kommt natürlich stark auf den Anwendungsfall an.
Stationär in einem Ferienhaus oder einer Gartenlaube ist die Gel Batterie
mit Sicherheit die bessere Wahl. Alleine schon deswegen, weil sich die Säure
in einer Gelbatterie nicht nach unten absetzten kann und damit eventuell die
Bleiplatten am oberen Ende nur noch im Wasser liegen. Viele gute Regler haben
zwar dafür eine s.g. Gasungsregeleung, diese ist aber nur dann aktiv wenn
die Batterien wirklich einmal voll geladen sind. Aber wie die Erfahrung zeigt
ist das äusserst selten der Fall, so dass es Wochen und vielleicht Monate
dauert bis die die Gasung einmal aktviert wird. Mann kann sich natürlich
damit behelfen indem man die Batterie hin und wieder einmal durchschüttelt.
Bei dem Einsatz im Reisemobil sieht es etwas anderes aus. Dort wird die Batterie
ganuso wie die Starterbatterie durch das fahren immer wieder durchgeschüttelt
so daß die Nassbaterie kein Problem darstellt.
Lohnen sich OPzS Batterien?
Für den robusten Dauerbetrieb über
15 bis 20 Jahre, also im Fall ganzjähriger Nutzung eines im Inselbetrieb versorgten
Hauses, lohnt sich die Anschaffung dieses Batterietyps. Hohes Gewicht und Volumen,
höherer Aufwand am Aufstellungsort (evt. muss eine Grundplatte mit ausreichender
Tragfähigkeit angelegt werden) und zwei- bis dreimal so hohe Anschaffungskosten
sind der Preis für diese solide Lösung. OPzS mit flüssigem Elektrolyten und
OPzV mit festgelegtem Elektrolyten (Gel) sind Standardausstattungen in Notstromanlagen.
Sie sind keine Spezialentwicklungen der Solarbranche, sondern seit Jahrzehnten
bekannte, ausgereifte Produkte, die sich für solare Inselbetriebsanwendungen
ausgezeichnet eignen.
Wie berechne ich die Größe
des Ladereglers?
Zur annähernden Berechnung des Ladereglers
teilen Sie einfach die Gesamtleistung Ihrer Anlage durch die Systemspannung.
Ihre Anlage hat z.B. eine Gesamtleistung von 300Wp und Ihre Systemspannung ist
12V, dann ergibt sich daraus ein Strom von 25A. Genauer wird es natürlich wenn
Sie den Strom der Module im MPP addieren, nur müssen Sie dann darauf achten
das nur der Strom von parallel geschalteten Modulen addiert wird. Als Beispiel
wieder die 300Wp Anlage aus 3 Modulen a 100Wp. Der Strom im MPP beträgt 5,6A
also das ganze Mal drei und Sie kommen auf einen Wert von ca.17A. Bitte beachten
Sie das nicht nur der Ladestrom für die Auswahl des Reglers entscheidend ist
sondern auch der Laststrom. Ist der Laststrom größer als der Ladestrom dann
sollten Sie Ihren Regler auch dementsprechend aussuchen.
Wie viel Volt hat eine volle 12V
Batterie?
Das kommt auf den Typ der Batterie
an und natürlich auch auf die Temperatur. Aber allgemein kann man sagen das
eine volle Nassbatterie bei 13,8V voll ist und eine Gel Batterie bei 14,1V.
Wieviel Ah kann ich aus meiner Batterie
absaugen?
Wenn man eine Bleibatterie kauft,
auf der 100Ah angegeben sind, bedeutet dies eine Kapazität der Batterie von
100 Amperestunden. Eigentlich sollte man also 5 Ampere in 20 Stunden entnehmen
können (5A x 20h = 100Ah). Die Wirklichkeit sieht jedoch etwas anders aus, eine
typische und störende Eigenschaft der Bleibatterie ist die Verkürzung der Lebensdauer,
wenn man sie zu mehr als 50% entlädt. Daher hat man eigentlich nur 50Ah zur
Verfügung obwohl man eine 100Ah Batterie gekauft hat. Eine andere, chemisch
bedingte Eigenschaft der Bleibatterie ist, dass die Aufladung bis 80 – 85% sehr
schnell geht, während die restlichen 15 – 20% sehr lange dauern (8-16 Stunden),
abhängig von der Größe des Ladegerätes. Die Batterie baut einen inneren Widerstand
auf, und infolgedessen kann man tatsächlich nur 35Ah einer 100Ah Batterie wirklich
nutzen.
Lohnt sich der Einsatz eines MPP
Ladereglers?
Der MPP Laderegler garantiert den
Betrieb beim optimalen Betriebspunkt der Solarzellen (Maximalleistungspunkt
MPP) und das Laden der Akkumulatoren entsprechend deren Ladecharakteristik.
Ein MPP Regler lohnt sich allerdings
nur dann wenn die Batteriespannung sich erheblich von der Modulspannung unterscheidet.
Das ist z.B. der Fall wenn
Sie ein Modul mit 44V im MPP zum Laden einer 12V Batterie verwenden möchten.
Die heute üblichen 12V Module haben meist eine Spannung im MPP von 16,5V bis
18V und der Einsatz eines MPP Reglers lohnt sich in diesem Fall nicht wirklich.
Diese Spannung wurde bewusst als Kompromiss gewählt, da eine geringere Spannung
im Sommer dazu führen würde das dass Modul die Batterie nicht mehr richtig laden
kann.
Das kommt daher dass durch
zunehmende Erwärmung des Moduls seine Spannung absinkt. Der Nachteil dieses
Kompromisses ist eine nicht optimale Leistungsausnutzung bei kühleren Temperaturen
und Verwendung eines normalen Reglers.
Beispiel:
Ein 100 Watt Solarmodul bringt an einem Wintertag einen Strom von 4 Ampere die
Modulspannung beträgt hierbei 18,0V. Das Modul liefert die 4 Ampere über den
Solarregler an die Batterie die Spannung bleibt dabei unberücksichtigt. Die
Leistung des Moduls ist in diesem Falle 4A* 18,0V= 72W. Wäre ein MPP Regler
installiert würde er diese Spannung umwandeln in Strom und bei einer Batterieklemmenspannung
von 14V würde er glatt 5A in die Batterie laden (wenn man seine eigene Verlustleistung
einmal vernachlässigt).
Also 25% mehr als der normale Regler. im Sommer jedoch, wenn das Modul durch
die Sonneneinstrahlung auf ca. 60 bis 70 Grad aufgeheizt wird beträgt die Spannung
nur noch 14,5V. Der MPP würde in diesem Fall nichts bringen da der Gewinn bei
unter 2% läge.
Lohnenswert ist ein MPP-Regler also
nur dann, wenn man wie schon erwähnt ein Modul mit einer sehr hohen Spannung
hat oder daß die mit Solarenergie betriebenen Systeme im Winter benutzt werden,
da sich die Spannung des MPP bei niedrigen Temperaturen enorm erhöht.
Welche Arten von Ladereglern gibt
es?
Mann unterscheidet folgende Arten
von Solarladereglern:
Der einfachste Reglertyp ist der
des Zweipunktreglers oder auch Ein-Aus Regler genannt. Bei diesem Reglertyp
wird die Spannung bei erreichen der Ladeschluss-Spannung durch ein in Serie
mit dem Ladestromkreis liegendes Schaltelement (Relais oder Schalttransistor)
unterbrochen. Der Solargenerator läuft somit im Leerlauf. Nach dem sinken der
Akkuspannung unter einen vorgegebenen Schwellwert wird dann der Modulstrom wieder
zugeschaltet.
Beim Shuntregler wird nach erreichen
der Ladeschluss-Spannung das Modul durch einen parallel zum Ladestromkreis liegenden
Schalttransistor kurzgeschlossen. Der Nachteil ist genau wie auch beim Zweipunktregler,
dass der Arbeitspunkt des Solargenerators (MPP) durch die Akkuspannung bestimmt
wird.
Der MPP beinhaltet intern einen DCDC
Wandler der Strom und Spannung des Solargenerators optimal an die erforderliche
Spannung der Batterie anpasst.
Welchen Solarmodultyp soll ich einsetzen?
Es werde drei unterschiedlichen Solarmodularten
unterschieden, monokristalline, multikristalline und Dünnschicht Module.
Dünnschicht Module
Das älteste verwendete Dünnschichtverfahren ist das mit amorphen Silizium
(a-Si), bereits in den 70ger Jahren entwickelten Forscher die ersten amorphen
Zellen. Seitdem findet man diesen Zellentyp besonders im Consumerbereich. In
Taschenrechnern, Taschenlampen, Uhren u.s.w. kommen die kleinen dunklen Zellen
millionenfach zum Einsatz und arbeiten dort meist relativ unspektakulär.
Nachdem sich die Vorbehalte mancher Forscher hinsichtlich der Langzeitstabilität
bei amorphen Modulen als unbegründet erwiesen haben, kommt dieser Zellentyp
auch in PV-Anlagen immer häufiger zum Einsatz.
Dünnschichtmodule sind anders
als kristalline Module im Aussehen nicht an Wafer gebunden. Sie können
in beliebiger Form und Größe gefertigt werden und sind teilweise
auch als flexible Module zu bekommen.
Vorteile der Dünnschichtmodule
sind eine geringere Temperaturunempfindlichkeit und sie können das diffuse
Licht bei bedecktem Himmel besser nutzen. Sie erzielen daher in unseren Breiten
oft einen höheren Stromertrag als kristalline Module.
Nachteil der Dünnschichtmodule
ist der geringe Wirkungsgrad. Ausserdem altern amorphe Zellen in den ersten
12 Monaten Ihres Einsatzes noch nach und verringern den Wirkungsgrad damit noch
mehr. Amorphe Module werden deshalb mit einer über der Nennleistung liegenden
Leistung ausgeliefert. Erst nach der Alterung und Stabilisierung erreichen die
Zellen dann langsam Ihre Nennleistung. Durch den geringen Wirkungsgrad bedingt,
ist eine wesentlich größere Modulfläche notwendig als bei kristallinen
Modulen.
Ausser den Dünnschichtmodulen
mit amorphen Silizium (a-Si) gibt es noch CIS Module deren Dünnschicht-Zellen
überwiegend aus den Elementen Kupfer, Indium und Selen bestehen und CdTe Module
aus Cadmiumtellurid.
Polykristalline Module
Der am häufigsten anzutreffende Modultyp ist sicherlich der mit
polykristallinen Zellen. Das kommt daher das die Module mit Monokristallinen
Zellen zwar die etwas höheren Wirkungsgrade haben aber auch im Verhältnis
sehr teuer sind. Bei den polykristallinen Modulen stimmt da schon eher das Preis-Leistungsverhältnis.
Die preiswertesten Module sind sie aber trotzdem nicht, da liegen die Dünnschichtmodule
vorn.
Bei der Herstellung wird Silizium im Unterdruckbereich unter Schutzglas aufgeschmolzen
und in so genannte Kokillen gegossen. Dort erstarrt es kontrolliert unter Temperaturzuführung.
Die entstandenen multikristallinen Blöcke werden mit feinsten Sägen zu Säulen
mit quadratischen Zellen weiterverarbeitet. Diese Säulen werden dann mit Innenlochsägen
in Scheiben (Waver) mit einer Stärke von 0,5 mm zerteilt und gereinigt.
Monokristalline Module
Monokristalline Zellen gibt es schon sehr lange. Sie haben einen sehr
guten Ruf und gelten als die Leistungsstärksten Module überhaupt.
Auch in der Raumfahrt wurde dieser Modultyp zuerst eingesetzt, da sie bezogen
auf Ihre Leistung den kleinsten Platzbedarf haben. Der Preis für diese
Module ist jedoch sehr hoch, denn die Herstellung von monokristallinem Material
ist langwierig und teuer.
Die Leistungsausbeute bei diffusem
Licht ist nicht so gut, so das bei nicht optimaler Ausrichtung nach Süden
bzw. einer Gegend in der die Sonne nicht so häufig scheint ein monokristallines
Modul schlechter abschneiden kann wie ein polykristallines oder Dünnschichtmodul.
Bei direkter Sonneneinstrahlung liegt es aber klar vorne. Zur
Herstellung wird ein einkristalliner Siliziumstab aus einer Schmelze gezogen
und anschließend in dünne Scheiben (Wafer) gesägt. Der Herstellungsprozeß bei
der monokristallinen Technik ist energetisch betrachtet am aufwendigsten.
Was bedeutet dieLeistungsangabe
Wp bei Modulen?
Die Abkürzung W p steht für die
Watt-Peakleistung (1.000 W p = 1 kW p ). Dies ist die Leistung die ein Solarmodul
unter bestimmten Prüfbedingungen erreicht. Wp bezeichnet also nicht die ständige
Leistungsabgabe eines Solarmoduls , sondern die Höchstleistung eines Moduls
unter optimalen Bedingungen. Wp entspricht also der elektrischen Leistung die
erreicht wird, wenn Solarstrahlung mit 1.000 W/m2 senkrecht auf das Modul trifft
und die Temperatur der Solarzellen bei 25 Grad C gehalten wird.
Diese Bedingungen liegen im Praxisbetrieb
natürlich nicht vor, so dass die Dauerleistung meist bis zu 20% unter der
Wp Angabe liegt.
Was ist Globalstrahlung?
Als Globalstrahlung bezeichnet
man die gesamte Strahlungsenergie der Sonne, die für eine bestimmte Zeiteinheit
auf eine horizontale Fläche fällt. Sie besteht aus direkter und diffuser Einstrahlung.
Bei senkrechter Einstrahlung beträgt sie ca. 1000W/m2 . In Deutschland beträgt
die pro Jahr eingestrahlte Energie 1000 kWh/m2 . Am Äquator sind es etwa 2200
kWh/m2.
Wie hoch ist die Lebensdauer
einer Solarstromanlage?
Über die Lebensdauer
von Solarmodulen liegen noch keine entgültigen Erfahrungen vor, jedoch
gibt es Module die bereits seit Jahrzehnten problemlos funktionieren. Den meisten
Ärger machten am Anfang unsaubere Laminierung, schlechte Lötverbindungen
und nicht besonders geeignete Laminate. Diese Probleme sind bereits seit langem
gelöst und die technischen Verbesserungen gehen unaufhaltsam voran.
Die Hersteller von Solarmodulen bieten
Leistungsgarantien zwischen 20 und 25 Jahren auf bis zu 85% der Modulleistung
an. Generell ist eine Fotovoltaikanlage sehr wartungs- und störungsarm. Die
Betriebszeit der Wechselrichter ist grundsätzlich auf mehr als 20 Jahre ausgelegt,
was aber nicht immer erreicht wird, jedoch ist bei Bedarf eine Reparatur jedoch
zu vertretbaren Kosten problemlos möglich.
Was bedeuten Temperaturabhängigkeit
und Temperaturkoeffizient?
Mit steigender Temperatur sinkt die
Zellenspannung und da die Leistung das Produkt aus Spannung und Strom ist nimmt
die Leistung des Solarmoduls entsprechend ab. Die Temperaturkoeffizienten geben
diese Abnahme (negative Temperaturkoeffizienten bei Leistung und Spannung) bzw.
Zunahme (positiver Temperaturkoeffizient beim Strom) pro ºC (oder Kelvin) an.
Bei kristallinen Solarzellen sinkt die Leistung mit steigender Temperatur um
etwa 0,5 Prozent pro Kelvin. Die Temperaturabhängigkeit von amorphem Silizium
ist im Vergleich dazu nur halb so groß.
Was sind Bypassdioden und welche
Funktion haben sie?
Die einzelnen Solarzellen eines Moduls
sind in Serie geschaltet um eine geeignete Spannung pro Modul zu erreichen.
Bei Abschattung einer Zelle kann es passieren, dass diese eine Zelle keinen
Strom mehr liefert. Dadurch würde an der Zelle die Spannung mit umgekehrter
Polarität anliegen (Diode in Sperrrichtung) und die Zelle würde in Serie zum
eigentlichen Verbraucher als Last auftreten. Je nach anliegender Spannung an
dieser Zelle würde ab ungefähr 15 Volt (Durchbruchsspannung) die Zelle in den
leitenden Zustand übergehen. Um die Solarzellen vor Schäden (Überhitzung, „Hot
spot“) zu bewahren und bei Teilabschattung zumindest einen gewissen Teil der
Modulleistung zu erhalten, werden parallel zu den Solarzellen so genannte Bypassdioden
geschaltet. Bei Abschattung fließt der Strom nicht durch die Solarzelle sondern
durch diese Diode.
Was ist Energetische Amortisationszeit?
Energetische Amortisationszeit nennt
man jene Zeit, nach der ein Solarmodul die Menge an Energie geliefert hat, die
zu seiner Herstellung (kumulierter Energieaufwand) nötig war. Nach dieser Zeit
ist der bis dahin erhaltene Energieertrag des Solarmoduls gleich dem Energieaufwand
für seine Herstellung.
Das Verhältnis von erhaltener Energie
zur insgesamt benötigten Energie für Herstellung und Betrieb des Moduls, betrachtet
für seine gesamte Lebensdauer nennt man auch Erntefaktor (Verhältnis Energieertrag
zu Energieaufwand).
Was ist Diffuse Strahlung?
Sonneneinstrahlung, die nicht den
direkten Weg von der Sonne zum Modul nimmt, sondern durch Streuung auf dessen
Oberfläche gelangt. Diffuses Licht ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Schatten bei den Lichtverhältnissen nicht scharf begrenzt sind wie zum Beispiel
bei einem bewölkten Himmel. Anhand des Schattenwurfs von Gegenständen lässt
sich daher sehr gut der Anteil der direkten Solarstrahlung an der Globalstrahlung
erkennen denn auf die beschattete Fläche trifft nur die reflektierte und diffuse
Strahlung. Das heisst je stärker der Schatten ausgeprägt ist desto
geringer ist der Anteil der diffusen Strahlung und je weniger ein Schatten zu
erkennen ist desto größer ist der Anteil der diffusen Strahlung.
Der Anteil der diffusen Strahlung
beträgt im Jahresmittel etwa 50 Prozent der Globalstrahlung.
Benötige ich Dioden um die
Module parallel zu verschalten?
Um Module gleichen Typs und gleicher
Spannung zu verschalten werden keine Strangdioden benötigt. Eventuelle
Verluste durch Abschattung eines einzelen Modules werden bereits über die
in den meisten Solarmodulen vorhandenen Bypasdioden verhindert. Ohnehin spielt
bei der Parallelschaltung von Modulen die Abschattung nicht so eine große
Rolle wie bei der Reihenschaltung, da maximal der halbe Strom durch das abgeschattete
Modul fließen kann.
Werden mehr als zwei Module parallel verschaltet dann veringert sich dieser
Anteil immer mehr. Bei der Reihenschaltung sieht das anders aus, dort fliesst
der gesamte Strom durch das abgedunkelte Modul und kann damit das Solarmodul
beschädigen und die Leistung der gesamten Anlage bis auf wenige Prozent
herunterdrücken, falls keine Bypassdioden eingesetzt sind.
Module unterschiedlichen Typs oder
unterschiedlicher Spannug sollten möglichst nicht parallel geschaltet werde.
Bypassdioden zum Schutz vor Hot-Spots
Ein wirksamer Schutz zur Vermeidung
von Hot-Spots ist der Einsatz von Bypassdioden. Sie werden antiparallel zu den
Solarzellen geschaltet.
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