Wesentliche Komponenten für die Solarpaneel-Installation: Zuverlässigkeit & Kosteneinsparung

Allgemeine Anforderungen für eine Solarpaneel-Systeminstallation

Grüne Energie, die saubere und erneuerbare Solarenergie, ist die beste Alternative für private und industrielle Verbraucher weltweit. Sie minimiert die Gesamtbetriebskosten und die Kohlenstoff-Umweltverschmutzung. Der Umstieg von herkömmlichen Stromquellen auf grüne Energie, besonders Solarstrom, wächst rasant in den USA, EU, China, Nahost und Asien.

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Solarpaneel-System

Ein Solarpaneel (auch Photovoltaikzelle oder Solarzelle genannt) ist ein Gerät, das Photonen aus Sonnenlicht absorbiert und in elektrische Energie umwandelt.

In jüngeren Jahren sind Off-Grid- und Smart-Grid-Konzepte populärer geworden, und Verbraucher steigen auf saubere Energie wie Wind- und Solarsysteme um, um die Abhängigkeit vom regulären Stromanbieter zu verringern oder ganz zu eliminieren und die Gesamtbetriebskosten zu senken. Ein effizientes Solarsystem mit langjähriger Garantie amortisiert die Anschaffungskosten und liefert dann kostenlose Energie.

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Hauptkomponenten eines Solarpaneel-Systems

Im Folgenden die grundlegenden und allgemeinen Komponenten und Geräte, die für eine Solarpaneel-Systeminstallation zu Hause benötigt werden. Details zu jedem Gerät finden Sie in den jeweiligen Abschnitten.

(1) Solarpaneel

Das Solarpaneel, auch Solarzelle oder Photovoltaikzelle genannt, ist das Rückgrat des Solarsystems. Es gibt verschiedene Typen: polykristallin und monokristallin. Monokristallin ist effizienter und etwas teurer als polykristallin. Auswahlkriterien sind: Platz, Garantie, Effizienz, Technologietyp, Kosten etc. Wichtig: Die Leistung ist entscheidend bei der Auswahl des richtigen Solarpaneels für die private Installation.

Generell wird das Solarpaneel direkt an den Laderegler angeschlossen, aber es gibt verschiedene Array-Verschaltungen (Reihe/Parallel), die von Lastberechnung, Energiebedarf, Batteriebank, Dachfläche, Klima und Sonnenstunden abhängen.

Sie können die benötigte Anzahl an Solarpaneelen und Ladestrom für die Batterie einfach ermitteln und der Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Installation mit Wechselrichterdimensionierung, Batterie-Backup-Leistung gemäß Lastanforderung folgen.

In der Abbildung unten ist ein 120-Watt-, 12-V-, 10-A-Solarpaneel gezeigt, das 12 V DC für direkten Batterieladestrom und DC-Last über den Laderegler liefert.

(2) Laderegler (Charge Controller)

Ein Laderegler (auch Laderegler genannt) regelt Spannung und Strom von den Solarpaneelen zu den Batterien. Hauptzweck: Verhinderung von Batterieüberladung (die zur Beschädigung führen kann), da 12V-Solarpaneele bei Leerlauf oder Volllast 17–20V liefern. Hersteller dimensionieren Paneele für verschiedene Klimazonen, damit auch bei Bewölkung, geringer Sonneneinstrahlung und Dunst die Nennspannung erreicht wird.

Es gibt verschiedene Ladereglertypen:

• Einfach – 1- und 2-Stufen-Laderegler: Relais und Shunt-Widerstand steuern Spannung in ein oder zwei Stufen, um das Solarpaneel bei Überspannung von der Batterie zu trennen.
• PWM (Pulsweitenmodulation) – 3-Stufen-Laderegler: Basiert auf Pulsweitenmodulation und trennt den Batteriekreis vom angeschlossenen Solarpaneel bei Überladung.
• MPPT (Maximum Power Point Tracking) Regler: MPPT ist ein DC-DC-Wandler für Solarpaneel-Arrays zur Batteriebank. Er optimiert und regelt die höheren DC-Spannungen vom Solarpaneel und wandelt sie in niedrigere, optimierte und geregelte Spannung zum Batterieladen um. Etwas teurer, aber effizienter. Sie liefern 10–30 % mehr Leistung zur Batterie bei 94–98 % Wirkungsgrad.

In der Abbildung unten ist ein 5–100-A-MPPT-Laderegler für 12–48V-Batteriebanken gezeigt, max. 170A, 150V für Solarpaneelsysteme.

(3) Batterie

Batterien dienen der Backup-Speicherung. Verschiedene Batterietypen werden in Solarsystemen für Speicherung und Backup bei Nacht verwendet, wenn direkter Strom von den Paneelen nicht verfügbar ist. Reihen-, Parallel- oder Reihenschaltung der Batteriebank hängt vom Systemdesign ab (12V, 24V oder 48V). Bei Bewölkung und fehlender Sonne kann die Batteriebank über Wechselrichter aus dem AC-Netz nachgeladen werden.

Die folgende Abbildung zeigt eine 150Ah, 12V Batterie. Sie ist direkt an den Laderegler angeschlossen, der die eingehenden Ladeströme und -spannungen von der Photovoltaikzelle steuert für Backup-Speicherung und -betrieb.

(4) Wechselrichter / USV (Inverter / UPS)

Ein Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um. Wechselrichter und Konverter, bekannt als USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung), wandeln DC-Spannung in AC für haushaltsübliche AC-Geräte. USV wandelt auch AC in DC zum Laden der Batterie aus direkter AC-Stromversorgung.

Es gibt viele Wechselrichtertypen je nach Bedarf:

• Zentraler oder String-Wechselrichter – geringere Kosten, aber weniger effizient.
• Leistungsoptimierer (Power Optimizer) – wandelt DC in AC und wird an zentralen Wechselrichter angeschlossen.
• Mikro-Wechselrichter (Micro Inverter) – reibungsloser, zuverlässiger Betrieb auch bei geringer Sonneneinstrahlung, aber teurer.

Die folgende Abbildung zeigt einen 1000-Watt-, 12-V-DC-zu-110VAC-und-230V-AC-Wechselrichter. Er ist zwischen Batterie und Last geschaltet, um den Batterieausgang (12V DC zu 230V AC) für unsere Haushaltsgeräte umzuwandeln, die mit 230V AC arbeiten. Der zweite Anschluss ist für 110–120V AC Geräte.

Welches ist das beste Solarpaneel für Zuhause und was kostet es?

Monokristalline Solarpaneele sind die bessere Wahl gegenüber polykristallinen, aber etwas teurer. Die finale Entscheidung hängt von vielen Faktoren ab: Region und Umgebung, Sonnenstunden, Lastanforderungen, verwendete Batterietypen etc. Wir haben das Thema bereits detailliert besprochen, da es von vielen Faktoren abhängt: Last, Platz, Umgebung, Technologie, Backup-Stunden etc. All diese Faktoren sollten bei der Auswahl einer geeigneten Solarpaneel-Installation berücksichtigt werden. Den Beitrag finden Sie hier.