Photovoltaik |
Sonne als Energie-Quelle - Prinzip - neue Verfahren |
Vom Prinzip her ist so eine Zelle eine Halbleiter-Diode. Es gibt einen Bereich mit vielen freien Elektronen (n-Dotierung, Phosphor-Atome), einen Bereich mit fehlenden Elektronen, quasi Löcher (p-Dotierung ,Bor-Atome). Zwischen beiden Schichten gibt es eine Übergangsschicht (Trennschicht) |
Was passiert?
In der Diode wird durch einen elektrischen Strom je nach Richtung die Trennschicht (Übergangsschicht) mit Elektronen voll- oder leergeschwemmt, also leitend oder sperrend. |
In der Trennschicht der Photo-Diode bilden sich aus den p- und n-Ladungen Paare (sind neutral).
Durch Licht werden diese aber getrennt, die sich jeweils zu den Elektroden bewegen, es entsteht
so ein Potential, was nun durch äußere Verbindung einen Potentalausgleich,
also Stromfluss, bewirkt. Das Schaltzeichen der Photo-Diode ist mit der einfachen Diode gleich, lediglich die Pfeile zur Diode deuten auf den Lichteinfluss hin. Das Schaltzeichen einer Photo-Zelle einer Solaranlage wurde als Energiequelle mit Pfeilen rein dargestellt, ist aber nur eine andere Darstellung. |
Das Potential
beträgt etwa 0,5V (max. 0,68V ohne Verbraucher). Auf meiner Anlage werden pro Zelle 0,29V erzeugt. In Reihe geschaltet ergibt sich bei 108 Zellen pro Modul eine Spannung von etwa 31,14V (im Leerlauf). Diese Spannung wird über die leitenden Kontakte nach außen zur Verfügung gestellt. Man sieht sofort, dass eine Menge solcher Zellen bzw. Module in Reihe geschaltet werden müssen, um eine Spannung von mehr als 220V (etwa 311V Gleichspannung) zu erreichen, die zerhackt dann etwa 220V Wechselspannung ergeben, in meinem Fall sind das 12 Module, das ist mehr als 360V (es geht auch mit kleinerer Spannung - siehe Akku, Wechselrichter). |
Da das Bauelement Photo-Zelle recht einfach aufgebaut ist, kann man hier neue Technologien zur Herstellung entwickeln.
Die neuste Variante sind auf Folie gedruckte Photozellen. Die sind so dünn, dass man sie aufrollen kann und natürlich überall aufbringen kann.Die flexiblen Module werden einfach auf ein reißfestes Material geklebt und können zur Lagerung sogar auf eine Rolle aufgerollt werden. Die Technologie besticht jedoch vor allem durch ihr geringes Gewicht, ein Quadratmeter der Module wiegt nur 105 Gramm. |
nach"
https://globalmagazin.eu/themen/wissenschaft/graphen-als-baustoff-der-solarzelle-30/
(gelesen: April 2023)
Graphen als Baustoff der Solarzelle 3.0
Forscher am spanischen Institut für Photonik (ICFO) experimentieren mit neuartigen Solarzellen aus Graphen.Überall wo Graphen zur Anwendung kommt, scheint es das besser zu können als herkömmliche Materialien - das ist fast unheimlich, aber eben für die Gesellschaft sehr nützlich! Weitere Informationen zu Graphen habe ich unter: Supermaterial Graphen! formuliert. |
nach: " https://www.tcs.ch/de/testberichte-ratgeber/broschueren-publikationen/touring-magazin/artikel/sun2wheel.php Das Auto als Stromspeicher Konkret bedeutet das: Der von der Solaranlage auf dem Dach überschüssig produzierte Strom wird im Auto gespeichert und kann mittels der bidirektionalen Ladestation zur gewünschten Zeit ins Haus zurückgespeist werden. Durch Vehicle-to-Home (V2H), wie es im Fachjargon heisst, lässt sich Solarstrom auch bei Dunkelheit nutzen – zum Kochen, Fernsehen, Waschen oder zum Heizen der elektrisch betriebenen Wärmepumpe.Doch: Wie viel Strom muss aus dem Auto gesogen werden, um einen Haushalt zu versorgen? Und: Besteht nicht die Gefahr, dass der Akku am Morgen leer ist? Marco Piffaretti rechnet vor: «Ein typisches E-Auto hat eine Kapazität von fünfzig bis sechzig Kilowattstunden, und ein durchschnittlicher Haushalt verbraucht pro Tag zehn bis fünfzehn Kilowattstunden. Das heisst: Mit nur zwanzig Prozent Akkukapazität kann das gesamte Hausbedürfnis eines Tags mit Strom gedeckt werden. » Hinzu komme, dass sich das ganze System per intelligenter App steuern lässt und man einen Mindestladestand im Auto definieren kann, zum Beispiel achtzig Prozent. Die Angst, am Morgen vor einem leeren Auto zu stehen, sei also unbegründet. " Was mit so einem Computer-Programm geleistet werden kann, wird im folgenden Abschnitt an der Steuerung einer PV-Anlage gezeigt. |
Die Dachfläche ist nach Süden ausgerichtet und hat eine Neigung von 45°.
Der Wechselrichter ist mit einem Computer ausgestattet, der sehr flexibel die gesamte Anlage steuert und zugleich eine Verbindung zum Router im Haus herstellt. Ein eigenes Programm macht die Anzeige des Betriebszustandes über LAN möglich.ungetrübter Sonnenschein | Wolken am Himmel | bedecktes Himmel |
Interessant ist die einzelne Kurve, sie zeigt den Ladezustand der Batterie.
Das Laden der Batterie steuert der Computer, dabei nutzt er die Statistik der bisherigen
Ladung und stellt Prognosen über den zu erwartenden Verlauf der Erzeugung des Stromes.
Die Batterie wird bis maximal 97% aufgeladen und auf minimal 7% entladen.
Man sieht im linken und mittleren Bild die unterschiedlichen Strategien. Grundsätzlich
wird die Batterie vor dem Erzeugungsende, also zur Nacht, auf 97% aufgeladen. Ist zu
erwareten, dass das immer noch funktioniert (aus der Prognose) wird zunächst der überschüssige
Strom ins Netz eingespeist, verkauft.
Die Nacht über wird das Haus aus der Batterie versorgt. Den idealen Zustand zeigt das linke
Bild, der Ladezustand sinkt bis etwa 60% ab.
Nicht so gut aber noch funktionsfähig zeigt das mittlere Bild. Der Ausgangszustand war nicht
97%, so sinkt die Batterieladung auf unter 10%, wird aber in 2 Stunden sofort af 97% geladen.
Ganz schlecht sieht es im rechetn Bild aus, es gibt kaum erzeugte Energie, gegen 20.00Uhr ist der
Ladezustant unter 7%, die Batterie wird abgeschaltet, nun erfolgt alle Versorgung nur noch
aus dem Netz, das wäre der Zustand ohne PV-Anlage!
Interessant ist die Situation am folgenden Tag (zum rechten Bild). Ab etwa 7.00Uhr beginnt die Anlage wieder Strom zu erzeugen. Der Computer stellt die Prognose, dass es einen wolkenlosen Himmel gibt (?), die Batterie wird nur bis 60% aufgeladen, danach wird alle überflüssige Energie ins Netz eingespeist. Erst am Abend wird die Batterie auf 97% aufgeladen und ist so für die Nacht fit. Zu sehen ist aus den Beispielen, dass die Batterie von 3,8kW für die Versorgung des Hauses in der Nacht ausreichend ist. Diese Aussage gilt nur für diese Zeit, für diese Jahreszeit. Der Betrieb von Kühlschränken und Heizung wird abgedeckt, Wasserkocher, Kaffeemaschine, Trockner, Geschirrspühler werden durch die Batterie gepuffert, sind die größten Verbraucher aber es wird nur kurzzeitig viel Energie gebraucht. |
In den 43 Tagen wurden also 1,22MWh (Mega-Watt-Stunden) durch die PV-Anlage erzeugt. Davon wurden 337,41kWh für den eigenen Verbrauch, was das genau ist kann nicht gesagt werden, da sowohl im Haus Energie verbraucht wird, aber auch der Wechselrichter selbst Energie braucht. Ins Netz eingespeist (verkauft) wurden 883,08kWh. |
Das Herzstück der Anlage ist der Wechselrichter (WR). Grundsätzlich wird hier der Stromfluss der Anlage gesteuert, ob Strom aus dem Netz gebraucht wird oder eingespeist werden kann, ob Strom aus der Batterie entnommen oder eingespeichert werden muss. Man sieht auch, dass bei der Installation der Anlage die vorhandene Hausversorgung getrennt werden muss, diese Arbeiten kann nur ein Fachmann durchführen. Gleiches trifft für den Zähler zu, der nun auch die ins Netz gespeiste Energie registrieren muss. Einfach den Zähler rückwärts zählen zu lassen, geht auf Grund der unterschiedlichen Preise nicht. Eine weitere Aufgabe des WR ist das Anpassen der Spannungen. So erzeugen die Module auf dem Dach Gleichspannung von etwa 360V, diese muss in Wechselspannung von 230V gewandelt und auf die 3 Phasen verteilt werden. Noch komplizierter ist es mit der Batterienutzung, denn diese nutzt eine Gleichsüannung von etwa 160V. Soll also die Batterie von den Modulen geladen werden, muss die Spannung der Module reduziert werden. Soll aus der Batterie das Haus versorgt werden, muss aus der kleineren Gleichspannung eine Wechselspannung von 230V erzeugt werden, das ist nicht so einfach. In besonderen Situationen wird der Akku durchs Netz auf bestimmte Werte geladen, bzw. entladen und direkt ins Netz eingespeist, z.B. bei der Kalibrierung des Akkus (die wird nach 28 Tagen durchgeführt) . Die Organisation auch dieser Leistung wird vom WR erbracht. Und für die Synchronisation und Phasenwinkel der erzeugten Wechselspannung ist ebenfalls der Wechselrichter zuständig. Dazu müssen die Netzwerte im entsprechendem Rhythmus ermittelt werden um daraus Parameter für die Erzeugung der Wechselspannungen abzuleiten. |
Mein Netzanbieter berechnet nach folgender Tabelle den Preis für die Energie-Versorgung. Erstaunlich sind die Punkte unter Nettopreis, die zur Berechnung benutzt werden. Nimmt man das Jahr 2022 ergibt das einen Preis von 25,018ct / kWh Bis auf wenige Auanahmen werden viele Preise von Jahr zu Jahr verändert, eine Vorausrechnung ist daher kaum richtig. Probleme sehe ich mit dem Grundpreis pro Jahr, es könnte sein, wenn ich keine Energie gebrauche dennoch 106,00€ bzw. 121,65€ bezahlen muss. Optimistisch stimmt mich die Spalte zuvor, in der die Tage angegeben werden, also könnte der Wert pro Tag berechnet werden. Aus den Teilen Grundpreis und Messstellenbetrieb kann man einen Tagpreis von: 42,2ct / Tag berechnen. Somit ergibt sich folgender gesamter Preis: 67,2ct / kWh / Tag
In 43 Tagen wurden vom Energieversorger 10kWh bezogen d.h., dann sollte daraus
ein gesamter Preis von :
6,72€
Nun kann man noch ermitteln, was man verkauft hat. |
Firma:
Den Vertrag zu einer Photovoltaikanlage habe ich vor etwa einem Jahr (also 2022) unterzeichnet
und obwohl es bis zur Installation etwa ein Jahr gedauert hat, kann ich ja froh sein,
dass es so lange gedauert hat, denn 2023 sind in unserem Land diesbezüglich Förderungen
in Kraft getreten.
Die Anlage hat die Firma
aufgebaut, sie hat sich mit den guten Leistungen beim
Aufbau einer Anlage beim Nachbarn empfohlen.
Es ist eine Firma aus der Region.
Die Solar-Module werden durch die Firma "aleo" in Prenzlau (Deutschland) hergestellt, es sind
Hochleisungsmodule vom Typ LEO 395-405 W. Auf diese gibt die Firma 25 Jahre Leistungsgarantie
und 25 Jahre Produktgarantie.
Wechselrichter und Batterie wird von der Firma "RCT" geliefert.
Mit einer eigenen Produktionsstätte in China baut die RCT Power GmbH aus Konstanz ihre
Marktpräsenz weiter aus. Der Wechselrichter ist gut an verschiedene Konfigurationen anpassbar,
die Batterie ebenso, von 3,8kW (2 Module) bis 11,5kW (6 Module).
Ich habe z.Z. die kleinste Einheit, könnte aber bei Bedarf aufrüsten.
So weit zu den technischen Daten der Anlage, das ist jedoch nicht alles, denn es sind einige bürokratische Hürden zu nehmen, wie da sind:
Diese Aufgaben wurden in meinem Auftrag von der Firma durchgeführt! Man braucht nur noch einschalten und los geht es. Da die Firma auch über einen zertifizierten Elektriker verfügt, der die Verbindung der Anlage zum Netz herstellen darf, konnte bereits am zweiten Tag der Installation die Anlage in Betrieb genommen werden (der Zähler war bereits lange zuvor installiert worden). Der Elektriker vom Netzbetreiber kam ein paar Tage später und nahm die Anlage ab, das Gerüst war ebenfalls bald weg. |
Bedenken sollte man auch, dass die Anlage versichert werden sollte.
Das kann man über eine erweiterte Hausrat-Versicherung erreichen und ist dann u.a. gegen
Blitzeinschlag, gegen mechanische Beschädigung, Diebstahl usw. der gesamten Anlage versichert.
Für diese Leistungen muss ich etwa 7€ zusätzlich bezahlen, das ist vertretbar!
mehr als
1t CO2 eingespart hat!