Wie baue ich eine 1000 Watt Inselanlage selbst? Diese Frage wir in diesem Artikel beantwortet. Das Thema Photovoltaik nimmt immer mehr an Bedeutung zu sei es wegen der Erneuerbaren Energie – der Umwelt – oder einfach weil man eine kostengünstige Sicherheit im Falle eines Blackouts haben möchte. Mithilfe einer Inselanlage kann man zum Beispiel die Garage, Stadel, Scheune oder Wohnwagen mit Strom betreiben. Dies ist unabhängig vom Netzstrom.
Was benötigt man um eine Photovoltaikanlage zu bauen?
In diesem Artikel wird eine 1000 Watt Dauerleistung Anlage gebaut. Mit dieser kann man zum Beispiel 1-2 Kühlschränke oder das Licht im entfernten Stadel betreiben.
Bauteile:
- Photovoltaikplatte
- In diesem Beispiel wird ein 300 Watt Panel genutzt
- Batterie/Akku
- Es gibt spezielle Akkus welche auf die Verwendung als Solarakku ausgelegt sind. Weiters gibt es noch 6V, 12V oder 24V Batterien. Hier sind die 12 V das mittel der Wahl. Mit zwei 12 V Batterien kann man auch in einer Serienschaltung 24 V Spannung bereitstellen
- Laderegler
- Mithilfe diesen Geräts wird eine Verbindung zwischen Verbraucher, Akku und PV-Modul hergestellt. Dieser Regelt die verschiedenen Spannung vom PV-Modul und schützt die Batterie vor Über- und Tiefenentladung.
- Wechselrichter
- Ein Wechselrichter erzeugt eine Wechselspannung aus den Vorhandenen 12V/24V. An diese Wechselspannung kann man dann ganz normal die bekannten Geräte anschließen.
- Klemmen für Batterie und Solarmodul
- Für die Verbindung zur Batterie werden spezielle Klemmen (meist Rundpolklemmen) benötigt um den Übergangswiderstand so gering wie Möglich zu halten. Bei dem Panel werden meist sogenannte MC4-Steckverbinder benötigt. Diese gibt es mit Kabel bereits Fertig zu kaufen und man benötigt kein Extra Werkzeug.
- Aderendhülsen und Sicherungen
- Beim anklemmen der Kabel an den Laderegler und Wechselrichter sollte man die Drähte zuerst mit einer Hülse pressen dass das Kabel einer erhöhten Übergangswiderstand hat. Weiters kann man dadurch auch einfach Sicherungen zwischen die Geräte schalten.
- Kabel
- Mithilfe einer Kabelquerschnittrechners kann man einfach Feststellen welchen Querschnitt man benötigt. Im Idealfall sollte man den Querschnitt immer größer nehmen. Weiters sollte man darauf achten das man verschieden Farben (Rot und Schwarz) nimmt um keine Verpolung herbeizuführen.
Funktion einer Insel-Photovoltaikanlage
Im Allgemeinen gibt es eine Netzgekoppelte Photovoltaikanlage oder eine Insel Photovoltaikanlage. Bei der ersten Variante ist die Anlage mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden und muss sich an die vorhandene Freuquenz halten Bei der Inselanlage ist diese völlig Eigenständig. Die Energie wird in einem Akku gespeichert um auch bei keinen oder mäßigen Sonnenlicht Strom bereitzustellen.
das Photovoltaikmodul
Das PV-Modul erzeugt Energie durch das Licht der Sonne. Beim Panel liegen zwischen 20-40V an welches an den Laderegler weitergegeben wird. Diese wandelt die Spannung danach um das der 12V Akku geladen werden kann.
Ausrichtung
Optimal ist eine Ausrichtung des PV Moduls in Richtung Süden, da dort sie Sonneneinstrahlung am höchsten ist. Der Aziumtwinkel beschreibt die Ausrichtung der Anlage. Diese gibt die Abweichung zur optimalen Ausrichtung an (0°). Wenn man jedoch seine Anlage nach Osten Ausrichtet hat man einen Winkel von 90 Grad. Bei einer Ausrichtung nach Südwest oder Südost beträgt die maximale Leistung noch immer 95%.
Die Neigung sollte am besten so sein dass, das Sonnenlicht im 90 Grad Winkel, also Senkrecht, auf das Photovoltaik-Modul trifft. Da die Sonne jedoch immer wandert sollten zwischen 30 und 35 Grad gewählt werden.
Monokristallin oder Polykristallin?
Photovoltaik-Module aus monokristallinen Solarzellen sind teurer, jedoch aber auch am leistungsfähigsten. Sie sind daher für eine kleine Fläche welche nach Süden ausgerichtet ist geeignet. Polykristalline Module haben einen geringeren Wirkungsrad und benötigen daher mehr Platz sind jedoch für unser Projekt ebenfalls geeignet.
der Laderegler
Dieser wird zwischen Photovoltaikmodul und Batterie geschalten. Hier passt er die Spannung der Batterie an und lädt sie bis sie voll ist. Weiters kann man an den Laderegler den Verbraucher anschließen, also meist den Wechselrichter. Bei den meisten Laderegler wird hier die Verbrauchte Energie und die aktuelle Leistungsaufnahme mitprotokolliert. Man kann den Wechselrichter jedoch auch direkt an die Batterie Klemmen. Hier sollte man jedoch beachten das der Wechselrichter sich automatisch abschaltet wenn man eine gewisse Batteriespannung unterschreitet. Weiters kann man mithilfe einer Sicherung die Leistungsaufnahme absichern. Die meisten Wechselrichter schalten jedoch ab einer gewissen Spannung ab.
Weiters ist noch zu beachten wie große die PV-Anlage ist. Die Amper werden in der Regel am Modul angegeben und es gibt verschieden Laderegler mit 5A, 10A, 20A, usw… Natürlich sollte man bedenken wenn man seine Anlage erweitern möchte muss man danach einen größeren Laderegler kaufen, es sei den man kauft gleich einen größeren.
Zu guter letzt gibt es noch den Unterschied zwischen eines PWM-Laderegler bei welchen die Spannung abgeschnitten wird, die zu viel ist. Meist entspricht das 14,4V. Im Gegensatz dazu stellt ein MPPT-Tracker einen höheren Ladestrom zur Verfügung da dieser die Spannung runterbricht, dieser ist jedoch in der Anschaffung teurer.
der Akku
Die erste Idee fällt bei vielen gleich auf eine normale Autobatterie. Diese ist jedoch eine reine Starterbatterie welche dünne Bleiplatten besitzt um hohe Ströme für kurze Zeit zu liefern. Für kleine und günstige Projekte mögen diese reichen. Möchte man jedoch eine Dauerhafte Lösung sollte man einen Blei-Gel Akku (Solarakku) mit AGM Technologie verwenden, die nicht gasen kann. Oft werden zyklenfeste Akkus auch als Solarakkus bezeichnet. Hier gibt es verschieden Kategorien wie z.B.:
- 12V 100AH (C20) > diese Batterie ist darauf ausgelegt 5A pro Stunde für 20 Stunden zu liefern
- 12V 100AH (C5) > diese Batterie ist darauf ausgelegt 20A pro Stunde für 5 Stunden zu liefern
Es gibt jedoch auch Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator (LiFePO4) welche hohe Ströme liefern können, viele Zyklen standhalten und weit entladen werden können. Diese sind jedoch in der Anschaffung um einiges teurer.
12V oder 24V? Es gibt sowohl 12V oder 24V Batterien zu kaufen. Man kann jedoch auch zwei 12V Batterien in Serie schalten dadurch erhält man 24V und der Strom und daher der Leiterquerschnitt verringert sich.
Weiters sind die Ladeströme und Entladeströme der Akkus laut Datenblatt zu beachten.
Info: Man sollte nahe des Plus-Pol eine Sicherung verbauen um vor zu höhen und Kurzschlüssen zu schützen.
Verkabelung der Anlage
Der Laderegler hat drei Anschlüsse:
- PV-Modul
- Batterie
- Verbraucher
Wichtig ist immer die Polung zu beachten. Es gibt also immer einen Plus und einen Minus Pol.
Zuerst schließt man die Kabeln für das PV Modul an welche einen MC-4 Stecker haben sollten (das Modul noch nicht anschließen bzw. Abdecken). Die Seite des Kabels welche an den Laderegler kommt sollte mit einer Aderendhülse gekrimt sein. Am besten Rot und Schwarz verwenden um die Polung nicht zu vertauschen. Nun kann man den Akku anklemmen. Dieser wird mit Polklemmen an verbunden. Man sollte eine Sicherung nahe des Akkus (Pluspol) verwenden denn dadurch verhindert man eine Überbeanspruchung des Akkus und man kann die Batterie jederzeit vom System trennen. Nun sollte der Laderegler die Batteriespannung erkennen. Nun kann man den Wechselrichter an die Batterien klemmen mit jeweils wieder einen Sicherung. Bei kleineren Leistungen kann man diese auch am Ausgang „Verbraucher“ des Laderegler anschließen.
Nun muss nur noch das PV-Modul angeschlossen und schon arbeitet das System.
