FAQ

Fragen zu Inselanlagen

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.