4. Juni 2017

Bestandteile einer Solaranlage

Grundsätzlich besteht ein Solar-Kit aus drei Bestandteilen: Solarmodul, Laderegler und Batterie. Das Solarmodul erzeugt Strom mit einer relativ konstanten Spannung, die dann vom Laderegler in eine für die Batterie passende Ladekurve umgewandelt wird. Die Verkabelung einer solchen Anlage ist sehr einfach und kann normalerweise direkt vom Kunden vorgenommen werden.

Bei der Auswahl der Komponenten ist darauf zu achten, dass diese gut zusammenarbeiten und möglichst wenig Verluste entstehen. Unser Team ist Ihnen hierbei gerne und natürlich kostenfrei behilflich. Hier finden Sie grundlegende Informationen, worauf bei der Auswahl der Einzelteile zu achten ist:

Solarmodule

Das Herz des Systems bilden die Solarmodule, die Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Abhängig von der vorhandenen Fläche, der benötigten Leistung und dem Budget gibt es hier zahlreiche Möglichkeiten. Grundsätzlich gilt: Auch wenn eine Solaranlage nicht groß genug sein sollte, um das System völlig unabhängig von der Steckdose zu machen, so verlängert es in jedem Fall die Laufzeit mit der Batterie und sorgt nebenbei durch laufende Erhaltungsladung für eine deutlich verlängerte Batterie-Lebensdauer. Auch ein kleines Solarsystem kann dadurch einen großen Komfort-Gewinn darstellen.

Leistung

Die benötigte Leistung hängt von den Verbrauchern ab, die durch die Solaranlage versorgt werden sollen. Dies lässt sich wie folgt berechnen: Der Strom, den ein Gerät benötigt (in Ampere), wird mit der Zeit, die es an einem durchschnittlichen Tag in Betrieb ist (in Stunden) multipliziert. Die Werte sämtlicher Geräte werden zusammengezählt, dies ergibt den täglichen Strombedarf in Amperestunden (Ah).

Um aus den Amperestunden (Ah) die Wattstunden (Wh), also den Energiebedarf, zu berechnen, werden die Amperestunden nun noch mit der Systemspannung multipliziert. Folgende Systemspannungen sind für die Berechnung üblich (und fügen etwas Reserve für Tage mit höherem Bedarf hinzu): 12V-Batterie: 14,0V | 24V-Batterie: 28,0V


Mit diesem Formular lässt sich der tägliche Energiebedarf eines Geräts einfach berechnen:

Ah

Wh

Aus dem so berechneten täglichen Energiebedarf für das System (Summe der Wh-Werte aller Geräte) lässt sich nun die benötigte Solarleistung berechnen.

Solarmodule werden mit der Kennzahl „Wp“ gekennzeichnet, was Watt-Peak bedeutet und als die maximale Leistung, die dieses Solarmodul liefert, verstanden werden kann. Nachdem die Sonne nicht den ganzen Tag optimal auf das Solarmodul scheint (Wolken, Einfallswinkel, …), ist der durchschnittliche Ertrag aber geringer. Für ein horizontal befestigtes Solarmodul, das nicht abgeschattet wird, kann aus diesem Wert der tägliche Energie-Output errechnet werden, indem er mit 4 multipliziert wird. Fallen regelmäßig Schatten auf das Modul oder ist es stark bewölkt, ist die Energie entsprechend geringer und der Faktor muss erhöht werden.

Wp

Solarmodule mit der so berechneten Spitzenleistung (Wp) können also an einem durchschnittlichen Tag genug Energie erzeugen, um die Batterie wieder voll zu laden. Grundsätzlich sollte für ein autarkes System versucht werden, eine etwas größere Anlage zu installieren – hier kann man z.B. mit dem Faktor 5 statt mit 4 multiplizieren.


Zelltyp

Solbian arbeitet mit drei verschiedenen Zelltypen – diese unterscheiden sich in der genutzten Technologie und im Wirkungsgrad. Ein hoher Wirkungsgrad ermöglicht es, auf kleiner Fläche die gleiche Leistung zu bringen wie vergleichbare Module mit geringerem Wirkungsgrad.

SP- und ALLinONE-Serie

Die Module der SolbianFlex SP- und ALLinONE-Serie nutzen die derzeit fortschrittlichsten Solarzellen am Markt: Monokristalline SunPower™ MAXEON BackContact-Zellen mit einem Wirkungsgrad von über 22,5%. Der hohe Wirkungsgrad ermöglicht höchste Leistungen auf kleinsten Flächen, außerdem sorgt eine Rückplatte aus massivem Kupfer für hohe Widerstandsfähigkeit. Die BackContact-Technologie macht die Solarmodule optisch besonders ansprechend, da auf der Oberseite keine Leiterbahnen zu sehen sind. Die SP-Solarmodule zeichnen sich außerdem durch ein hervorragendes Verhalten bei Schwachlicht und Bewölkung aus und liefern dadurch über den Tag durchschnittlich höhere Erträge als Solarmodule mit gleichen Nennleistungen.

Die ALLinONE-Serie erweitert diese Technologie um einen direkt ins Modul integrierten MPPT-Laderegler. Dadurch kann das Modul direkt an die Batterie angeschlossen werden.

SR-Serie

Die SolbianFlex SR-Serie nutzt monokristalline Zellen mit einem Wirkungsgrad von über 20%, die durch ein Sandwich aus zwei patentierten Metallgittern mechanisch verstärkt und dadurch besonders robust und unempfindlich gegen Zellbrüche sind. Ein entlang der Stromaufrichtung progressiv stärker werdendes Gitter sorgt auf der Vorderseite für eine große verfügbare Fläche zur Energiegewinnung, ein stabiles Gitter auf der Rückseite verstärkt die Zelle und hält sie selbst bei Brüchen so stark zusammen, dass kaum Verluste zu messen sind.

Die größeren Zellen der SR-Serie erlauben eine Erweiterung des Spektrums möglicher Modulgrößen – so kann unser technisches Büro abhängig vom Projekt noch besser auf spezielle Anfragen eingehen und den verfügbaren Platz optimal ausnutzen. Mit einem Preisvorteil von 25% gegenüber der SP-Serie sind diese Module zudem günstiger.

SXp-Serie

Die SXp-Serie nutzt polykristalline Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von ca. 19%, die durch patentierte Day4™-Technologie mittels tausender Kontaktpunkte miteinander verbunden sind. Durch hausinterne Zellproduktion kann die SXp-Serie noch einmal 25% günstiger als die SR-Serie angeboten werden und bietet dadurch hervorragende Qualität zu einem günstigen Preis.

Die SXp-Serie wird hauptsächlich bei Anwendungen, bei denen größere Flächen zur Verfügung stehen, genutzt – beispielsweise bei Wohnmobilen und LKW.

Montage

Durch ihr geringes Gewicht, das flexible Laminat und umfangreiche Möglichkeiten für Sonderanfertigungen eignen sich SolbianFlex Solarmodule für eine Vielzahl von Montageorten. Sollten Sie sich nicht sicher sein, wo und wie Solarmodule in Ihr Projekt integriert werden können, hilft unser Team gerne weiter.

Feste Oberflächen

Solbian Solar Wohnmobil autark Renault Täglich VeganWerden Solbian-Module auf festen Oberflächen aufgeklebt, sind sie voll begehbar und besonders widerstandsfähig. Zur einfachen Montage können sie inklusive vormontiertem Industrie-Klebstoff auf der Unterseite geliefert werden – für die Installation muss in Folge nur die Schutzfolie abgezogen werden. Die innovative Kabelführung auf der Rückseite ermöglicht dabei optisch ansprechende Installationen mit versteckter Verkabelung, der Klebstoff sorgt dabei für perfekt wasserdichte und geschützte Kabeldurchführungen.

Selbstverständlich sind auch umfangreiche Möglichkeiten zum Anschluss der Kabel auf der Oberseite gegeben – offene Kabel, integrierte MC4-Steckverbinder oder klassische Solar-Anschlussboxen können nach Kundenwunsch integriert werden.

Textile Oberflächen

Durch ihr geringes Gewicht eignen sich Solbian Solarmodule optimal für die integration in textile Strukturen. Hierfür können die Module mit Edelstahl-Ösen, TENAX-Schnellverbindern, Reißverschlüssen und/oder Klettverschlüssen ausgestattet werden. Um Schäden durch Trägerstrukturen (Knicke etc.) zu vermeiden, können die Module nach Kundenwunsch mit GFK-Streben oder Schaumplatten verstärkt werden.

Beweglicher Einsatz

Sollen die Module beweglich genutzt und je nach Situation platziert werden, empfehlen sich Edelstahl-Ösen, um die Module fixieren zu können. Durch die geringe Höhe von 2mm können die Module wenn sie nicht genutzt werden einfach unter Matratzen gelagert werden. Das geringe Gewicht macht den Transport zum Kinderspiel.

Laderegler

Der Laderegler ist das Bindeglied zwischen Solarmodul und Batterie. Er wandelt die feste Spannung des Solarmoduls in eine Ladekurve für die Batterie, um stets die optimale Energieausbeute zu gewährleisten und die Lebensdauer der Batterie zu maximieren.

MPPT oder PWM?

Solarmodule haben laut Datenblatt eine bestimmte Nennspannung und einen maximalen Strom. Tatsächlich schwanken diese Werte aber in Abhängigkeit mehrerer Faktoren: Unterschiedliche Lichtverhältnisse führen zu unterschiedlichen Strömen, Temperaturschwankungen können die Spannung, bei der das Modul die größtmögliche Leistung hat, beeinflussen.

PWM-Laderegler sind vereinfacht gesagt elektrische Schalter, die, abhängig vom Ladezustand und ohne die Modulspannung zu beeinflussen, das Solarmodul mit der Batterie verbinden bzw. von ihr trennen. Die Spannung des Solarmoduls sinkt dabei fast auf die Batteriespannung ab, der Strom bleibt konstant. Sollte das Modul eine höhere Spannung liefern können, bleibt diese Energie ungenutzt.

Laderegler - SOLBIAN SolarMPPT-Laderegler nutzen hocheffiziente DC/DC-Wandler, um die Spannung des Solarmoduls in die perfekte Ladespannung für die Batterie zu wandeln. Dies kann bei von der Norm abweichenden Temperaturen und schwierigen Lichtverhältnissen bis zu 30% zusätzlicher Leistung bringen, außerdem können Solarsysteme mit deutlich höheren Spannungen genutzt und so Kabelverluste minimiert werden. In normalen Verhältnissen beträgt der Vorteil gegenüber PWM-Reglern üblicherweise noch immer 10%. Über spezielle Boost-Laderegler können sogar Solarmodule mit geringen Spannungen ab 5V zum Laden von Batterien mit beispielsweise über 40V genutzt werden.

Wichtig bei der Auswahl von Ladereglern ist ein hoher Wirkungsgrad, um maximale Energieausbeute zu garantieren. Ein guter Anhaltspunkt ist hierfür, ob ein Laderegler große Kühlrippen oder sogar elektrische Lüfter benötigt – ein Hinweis auf große Wärmeentwicklung und damit schlechte Wirkungsgrade.

Solbian arbeitet ausschließlich mit MPPT-Ladereglern, durch Kooperationen mit führenden Herstellern (Victron Energy, GenaSun, Western Co., CTec) können wir diese gemeinsam mit unseren Solarmodulen anbieten.

Unser Team berät Sie gerne bei der Auswahl des passenden Ladereglers.

Schatten – Aufteilung des Systems durch mehrere Regler

Der große Feind der Solaranlage heißt Schatten. Fällt dieser ungünstig, kann selbst ein kleiner Schatten für große Verluste sorgen. Durch in das Solarmodul einlaminierte Bypassdioden (Standard bei SolbianFlex-Modulen) kann dieses Problem vermindert werden, Strings mit Schatten werden in diesem Fall durch eine Diode überbrückt. Ist die Spannung noch hoch genug für den Laderegler, kann dieser mit den verbleibenden Zellen weiter Strom produzieren.

Eine weitere Möglichkeit, die Auswirkungen von Schatten zu minimieren, ist die Parallelschaltung gleicher Solarmodule. Eine gegenseitige Beeinflussung der Solarmodule kann so ausgeschlossen werden, allerdings werden Blockierdioden benötigt, um Stromfluss zwischen den Modulen zu unterbinden.

Die optimale Lösung, die wir speziell für Anwendungen bei denen regelmäßig mit Schatten zu rechnen ist (z.B. Segelyachten und Aufbauten mit zahlreichen Antennen) empfehlen, ist die Nutzung eines eigenständigen MPPT-Ladereglers für jedes einzelne Modul. So kann sich jeder Regler optimal auf die Lichtverhältnisse „seines“ Solarmoduls einstellen und die Auswirkungen von Schatten werden minimiert. Vorteil: Maximale Energieausbeute. Nachteil: Höhere Kosten.

Modulspannung und -leistung

Solarmodule bestehen aus mehreren Zellen, die innerhalb des Moduls in Serie geschaltet sind. Jede dieser Zellen trägt eine gewisse Spannung  zur Gesamtspannung bei, die Modulspannung ist also abhängig von der Anzahl der verbauten Zellen.

Diese Spannung ist bei der Auswahl des Ladereglers wichtig: Die meisten Regler benötigen eine Modulspannung, die höher als die Spannung des Solarmoduls ist, um arbeiten zu können. Spezielle Regler können auch mit geringeren Spannungen arbeiten.

Ein zweiter wichtiger Faktor ist die Leistung des Solarmoduls, da jeder Laderegler eine maximale Leistung besitzt. Den besten Wirkungsgrad haben Laderegler üblicherweise bei 80-100% Last, weshalb sie nicht zu groß dimensioniert werden sollten. Eine zu kleine Auslegung führt auf der anderen Seite dazu, dass die maximale Leistung des Moduls evt. nicht genutzt werden kann.

Batterietyp

Neben klassischen Blei-Nass, Gel- und AGM-Batterien sind in den letzten Jahren auch verschiedene Lithium-Ionen-Batterietypen auf den Markt gekommen, durch Elektromobilität oft auch verbunden mit hohen Batteriespannungen. Jeder dieser Batterietypen hat unterschiedliche Anforderungen an die Ladetechnologie, um die Lebensdauer zu maximieren und Gefahren auszuschließen.

Durch unsere Kooperation mit den führenden Herstellern von MPPT-Ladereglern sind wir in der Lage, für jeden Batterietyp den passenden Laderegler anzubieten und können Regler speziell für Ihre Anforderungen programmieren. Selbstverständlich unterstützen wir Sie auch bei der Auswahl der passenden Batterie und des zugehörigen Energiemanagements.


Zusammenfassung

Ein Solar-Kit besteht aus Solarmodul und Laderegler, um eine Batterie zu laden. Wichtig ist die passende Zusammenstellung dieser Komponenten, um eine maximale Energieausbeute sicher zu stellen.

Auch wenn Sie nicht genügend Fläche zur Verfügung haben sollte, um völlig unabhängig von externen Energiequellen zu sein, verlängert eine kleine Solaranlage bereits die Laufzeit Ihrer Batterie deutlich. Durch die höhere Lebensdauer der Batterie ist der Break-Even zudem oft schon nach wenigen Jahren erreicht. Der Komfortgewinn ist enorm – so muss beispielsweise auf einer Yacht vor Anker nicht mehr regelmäßig der Motor gestartet werden, um die Batterie zu laden.

Sollten Sie im Solbian-Katalog nicht die passenden Solarmodule finden, fertigen wir gerne ohne Aufpreis ein Solarmodul nach Maß für Sie. Höchste Qualitätsstandards und moderne Prüfverfahren sorgen dafür, dass Sie sich auf unsere Solarmodule verlassen können.