1. Grundlagen der Solarstromversorgung

Einführung

Zu wissen, wie man Energie und Leistung miteinander in Beziehung setzt, ist ein sehr wichtiges Konzept, aber es ist auch wichtig, ein tieferes Verständnis der Elektrizität zu haben. In diesem Abschnitt wird erläutert, woraus Elektrizität besteht und welche Anwendungsmöglichkeiten es gibt.

Strom, Spannung und Watt

Strom, Spannung und Watt hängen alle mit Elektrizität zusammen. Der Strom wird in Ampere gemessen. Den Strom kann man sich als die Menge an Elektronen vorstellen. Die Spannung wird in Volt gemessen. Man kann sich die Spannung als den Druck vorstellen, der diese Elektronen antreibt. Mehr Elektronen oder mehr Druck, der Elektronen antreibt, bedeuten mehr Energie, genauso wie mehr Masse oder mehr Geschwindigkeit für ein Objekt mehr Energie bedeutet.

So wie Sie Masse und Geschwindigkeit benötigen, um die Leistung oder Energie eines Objekts zu berechnen, gilt das Gleiche auch für Strom und Spannung. Nur einen zu haben, reicht nicht aus. Die Wattzahl ist ein Maß für die Leistung in einem elektrischen System und setzt sich aus Ampere x Volt zusammen. Wattstunden sind ein Maß für die Energie in einem elektrischen System und setzen sich aus Ampere x Volt x Zeit zusammen.

Wechsel- und Gleichstrom

Strom fließt standardmäßig in eine Richtung, die als Gleichstrom oder Gleichstrom bezeichnet wird. In einem Gleichstromkreis fließen Elektronen kontinuierlich in eine Richtung von der Stromquelle über einen Leiter zu einer Last und zurück zur Stromquelle. Ursprünglich wurde auf diese Weise Elektrizität transportiert. Das Problem besteht darin, dass Gleichstrom nicht nachhaltig ist, da es aufgrund des niedrigen Spannungsniveaus schwierig ist, Strom über große Unterschiede ohne Leistungsverluste zu übertragen.

Schließlich wurde Wechselstrom oder Wechselstrom entdeckt. Ein Wechselstromgenerator sorgt dafür, dass Elektronen zunächst in eine Richtung und dann in eine andere fließen. Tatsächlich kehrt ein Wechselstromgenerator die Polarität seiner Anschlüsse viele Male pro Sekunde um, sodass der Strom bei jeder Umkehrung seine Richtung ändert. Wechselstrom kann je nach Nutzung eine höhere Spannung erzeugen. Dies bietet Versorgungsunternehmen den Vorteil, Strom über Hunderte von Kilometern verlustarm zu übertragen, indem zeitweise über eine Million Volt genutzt werden, da Spannung leichter übertragen werden kann als Strom. Wenn der Strom schließlich zu Ihrem Haus zurückkehrt, wird er auf 100–120 VAC oder manchmal 200–240 VAC ausgegeben. Aus diesem Grund sind die meisten Haushaltsgeräte mit Wechselstrom ausgestattet, und wenn Sie das Datenblatt lesen, werden Sie feststellen, dass die Spannung in diesen Bereichen liegt.

Nachdem Sie nun die allgemeinen Unterschiede kennen, ist es wichtig, den Leistungsunterschied zwischen Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC) zu verstehen. Wenn man die Effizienzverluste beider außer Acht lässt, sollte die Leistung bei beiden relativ konstant bleiben. Nehmen wir zum Beispiel einen 200-W-Fernseher und betrachten ihn als Gleichstrom (12 V) oder Wechselstrom (110 V). Bei Gleichstrom würde der Fernseher 200 W/12 V u003d 16,6 Ampere erzeugen. Bezogen auf den Wechselstrom würde der Fernseher 200 W/110 V u003d 1,8 Ampere erzeugen. Obwohl sich die Verstärker- und Spannungswerte unterscheiden, ist die Gesamtleistung gleich, sodass der Energieverbrauch, ohne Effizienzverluste mitgerechnet, gleich wäre.

2. Was sind Solarmodule?

Einführung

Im Grunde funktionieren Solarmodule, indem sie verfügbares Sonnenlicht in nutzbaren Strom umwandeln. Wir definieren diese Leistung in Watt. Watt setzt sich aus Ampere und Volt zusammen. Verschiedene Panels haben unterschiedliche Nennwerte für Ampere und Volt, und es ist hilfreich zu verstehen, was diese Zahlen bedeuten, wenn Sie ein System betrachten. Sie können sich Ampere als die Menge an Elektronen vorstellen und die Spannung als den Druck, der diese Elektronen antreibt.

Gleichung: Watt u003d Volt x Ampere

Komponenten

Ein Solarpanel besteht aus verschiedenen Komponenten, wie im folgenden Modell dargestellt. Nicht alle Panels verfügen an bestimmten Stellen über diese spezifischen Komponenten, aber im Allgemeinen verfügen unsere Panels über diese.

Solarzelle: Die Solarzellen sind auf der Vorderseite des Solarpanels zu sehen. Je nach Zelltyp variieren sie in Farbe und Aussehen. Der Zelltyp definiert im Allgemeinen, um welche Art von Panel es sich handelt, zum Beispiel monokristallin, polykristallin, amorph usw.

Rahmen: Die meisten Higon-Solarmodule haben einen Aluminiumrahmen, der Rahmentyp kann jedoch je nach Modultyp variieren.

Anschlussdose: Der Anschlusskasten befindet sich im Allgemeinen auf der Rückseite des Panels. Es enthält Bypass-Dioden, um den Leistungsverlust aufgrund von Verschattung zu verhindern. Außerdem dient es als Anschluss und Halterung für die Schalttafeldrähte.

PV-Kabel: Unsere Higon-Solarmodule werden mit standardmäßigem PV-Kabel geliefert, das wetterfest und isoliert ist (sofern kein freiliegendes Kupferkabel vorhanden ist).

MC4-Anschluss: Am Ende des PV-Kabels befindet sich ein MC4-Stecker. Dieser MC4-Stecker ist Standard in der PV-Branche, ist wetterfest und dient als Verbindungspunkt zu unseren anderen MC4-Kabeln, beispielsweise einem Adapter-Kit.

Monokristallin vs. polykristallin

Monokristalline Solarmodule haben einen etwas höheren Wirkungsgrad als polykristalline Module, da jedes eine andere Herstellungstechnik verwendet. Eine monokristalline Zelle besteht aus einem einzelnen Kristallblock, während eine polykristalline Zelle aus einem Wachstum besteht, das mehrere Kristallstrukturen enthält. Beide Zelltypen bestehen aus Siliziumbarren,Allerdings ist der Reinheitsanspruch des Siliziums auf monokristalliner Basis höher. Daher sind monokristalline Module effizienter und damit teurer. Durch die Verwendung einer einzelnen Zelle ermöglicht monokristallines Silizium dem Elektron eine größere Bewegungsfreiheit, sodass weniger Energie verloren geht und eine höhere Effizienz erzielt wird. Die meisten monokristallinen Zellen erreichen einen Spitzenwirkungsgrad von 22 %, wohingegen die meisten polykristallinen Zellen einen Spitzenwirkungsgrad von 18 % erreichen. Monokristalline Zellen sind dunkelblau und wirken fast schwarz, polykristalline Zellen sind blau.

Sonnenspitzenzeiten und Einstrahlungsstärke

Es ist wichtig, die Spitzenstunden zusammen mit der Wattleistung Ihres Systems zu verwenden, um zu berechnen, wie viele Wattstunden Ihr System pro Tag produziert. Sie können die Spitzensonnenstunden als Durchschnitt betrachten, da es nicht ausreicht, die Stromversorgung auf die Tageslichtstunden während des Tages zu stützen. Der Grund dafür ist, dass das Sonnenlicht morgens und abends nicht so viel Strahlung erzeugt wie die Sonne am Mittag. Zur Berechnung der Spitzenzeiten der einzelnen Bundesstaaten wird die Strahlung auf der Grundlage der Höchst- und Tiefstwerte sowie anderer Faktoren gemittelt, z. B. was in die Atmosphäre eingemischt ist.

Wie Sie den gesammelten Daten entnehmen können unter model, die Höhe der Bestrahlungsstärke oder W/m2 variiert im Laufe des Tages. Die Leistung der Panels steht in direktem Zusammenhang mit der W/m2 zu diesem Zeitpunkt. Die meisten Solarmodule haben eine Nennleistung von 1000 W/m2. Wenn die Einstrahlungsstärke beispielsweise 500 W/m2 beträgt, wie in der Grafik um 8 Uhr morgens, dann sollten Sie mit der halben Leistung (50 %) rechnen. Aus diesem Grund handelt es sich bei den solaren Spitzenstunden in Ihrem Bundesstaat nicht um die Dauer der Sonneneinstrahlung, sondern um einen Durchschnitt aus den Tiefst- und Höchststunden, sodass es sich um eine verlässliche Zahl bei der Berechnung der Energieerzeugung handelt.

3. Energie und Kraft

Einführung

Eines der wichtigsten Konzepte, die Sie verstehen sollten, wenn Sie ein System dimensionieren oder herausfinden, wie viel Ihr Panel produziert, ist Energie und Leistung. Nachfolgend finden Sie jeweils eine Beschreibung sowie einige Beispiele.

Leistung

Leistung ist definiert als Arbeitsleistung. Es sagt Ihnen im Wesentlichen, wie schnell Sie Energie produzieren können. Leistung kann verschiedene Formen annehmen, aber wenn es um Elektrizität oder Solarenergie geht, definieren Sie Leistung als Watt. Wie bereits erwähnt, ist Watt u003d Volt x Ampere. Wenn Sie die Spannung des Panels mit der Stromstärke multiplizieren, erhalten Sie einen Wattwert. Dies gilt auch für ein Gerät. Sie können sich Macht auch als Maß dafür vorstellen, wie viel Geld Sie pro Stunde bei einem Job verdienen, d. h. 8 $/Stunde.

Energie

Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Es sagt Ihnen im Wesentlichen, wie viel Arbeit erledigt werden kann. Energie kann verschiedene Formen annehmen, aber wenn es um Elektrizität oder Solarenergie geht, definieren Sie Energie als Wattstunden. Wattstunden u003d Watt x Stunden. Multipliziert man die Wattzahl eines Geräts mit der Betriebsdauer, erhält man den Energiewert. Durch Multiplizieren der Wattleistung eines Moduls mit den Spitzensonnenstunden erhalten Sie den Energiewert. Sie können sich Energie auch in Form Ihres Gehaltsschecks vorstellen: Wenn Sie 8 US-Dollar pro Stunde verdienen und 5 Stunden arbeiten, haben Sie 8 US-Dollar x 5 Stunden u003d 40 US-Dollar.

Energie in Panels

Bei Solarmodulen hängt die erzeugte Energie davon ab, wie viel Sonne Sie an Ihrem Standort haben. Die Sonnenstunden variieren von Land zu Land, es ist jedoch wichtig, eine Vorstellung davon zu haben, wie hoch die Sonnenstunden in Ihrem Bundesstaat sind. Schauen wir uns zum Beispiel ein 500-W-Panel in Deutschland im Vergleich zu Thailand an. Anhand des deutschen Niedrigwerts von 4 Spitzenstunden und des Thailands niedrigen Werts von 6 Spitzenstunden können wir die vom Panel erzeugte Energie bzw. Wattstunden berechnen. Für Deutschland 500 Watt x 4 Stunden u003d 2000 Wattstunden. Für Thailand: 500 Watt x 6 Stunden u003d 3000 Wattstunden. Wie Sie sehen, hat der Standort des Bundesstaates einen Einfluss auf die Energieproduktion, in diesem Fall um 1000 Wattstunden.

Energie in Geräten

Bei Geräten hängt die erzeugte Energie von der Wattzahl des Geräts und der Betriebszeit in Stunden ab. Es ist sehr wichtig, dass Sie die Wattzahl haben, nicht nur die Spannung oder Stromstärke, da es sich dabei nicht um vollständige Leistungswerte handelt. Bei Geräten können Sie die Spannung mit der Stromstärke multiplizieren. Ein 6-Ampere-Kühlschrank bei 220 V hat beispielsweise 6 Ampere x 220 Volt u003d 1320 Watt.

Nehmen wir zwei 35-Watt-Lüfter. Beim einen laufen wir 2 Stunden und beim anderen 5 Stunden. Der erste Lüfter verbraucht 35 Watt x 2 Stunden u003d 70 Wattstunden und der zweite Lüfter verbraucht 35 Watt x 5 Stunden u003d 175 Wattstunden. Wie Sie sehen, verbraucht der zweite Lüfter bei gleichem Lüfter mehr Energie, da er länger läuft.

Energie in Batterien

Wir können Energie auch mit unseren Batterien in Verbindung bringen. Oft wird uns mitgeteilt, dass ein Kunde eine 12-V- oder 6-V-Batterie hat. Wie Sie zuvor gesehen haben, handelt es sich hierbei nicht um eine vollständige Energieform. Daher reicht es nicht aus, nur über diese Informationen zu verfügen, um zu bestimmen, wie viel Ihre Batterien speichern können. Wir müssen den Wattstundenwert ermitteln. Glücklicherweise werden die meisten Batterien nach Amperestunden bewertet. Obwohl dies Stunden in sich birgt, ist es immer noch keine Energie. Um Wattstunden zu erhalten, müssen wir Amperestunden mit Volt multiplizieren.

Amperestunden x Volt u003d Wattstunden

Nehmen wir zum Beispiel an, wir haben zwei Batterien, eine 6V und eine 12V. Die 6-V-Batterie hat eine Nennleistung von 100 Amperestunden und die 12-V-Batterie eine Nennleistung von 75 Ah. Die Energie der ersten Batterie beträgt 6Vx100Amp-Stunden u003d 600 Wattstunden. Die Energie der zweiten Batterie beträgt 12V x 75 AH u003d 900 Amperestunden. Wie Sie sehen, verfügt die erste Batterie zwar über mehr Amperestunden, aber nicht über mehr Energie oder Speicher.

4. Reihen-, Parallel- und Reihen-Parallel-Verbindungen

Bei der Verbindung von Solarmodulen in einem System spielt die Art der Verbindung eine wichtige Rolle für die Menge an Spannung oder Ampere, die von den Modulen zum Laden und für Energiezwecke gesendet wird. Die drei wichtigsten Möglichkeiten, Solarmodule miteinander zu verbinden, sind die Reihenschaltung, die Parallelschaltung und die Reihenparallelschaltung.

Serienverbindung

Wenn Sie Panels in Reihe schalten, verbinden Sie das Pluskabel eines Panels mit dem Minuskabel des nächsten Panels und so weiter. Die Spannungswerte der einzelnen Module werden addiert, die Stromstärkewerte werden jedoch nicht addiert und bleiben gleich, egal wie viele Solarmodule Sie in Reihe schalten.

Parallele VerbindungIon

Bei der Parallelschaltung von Panels verbinden Sie den positiven oder negativen Draht eines Panels mit dem positiven oder negativen Draht des nächsten Panels und so weiter. Bei Parallelschaltungen verbinden Sie die Drähte mit demselben Vorzeichen zwischen den Panels. Sie benötigen wahrscheinlich auch Abzweigverbinder, um die Parallelverbindungen der Solarpanel-Drähte abzuschließen. Bei der Parallelschaltung von Panels werden die Spannungswerte nicht addiert und bleiben gleich, egal wie viele Panels Sie parallel schalten, und die Stromstärkewerte der einzelnen Panels werden addiert.

Reihen-Parallel-Verbindung

Bei der Serien-Parallel-Verbindung von Paneelen werden die Paneele in Reihe miteinander verdrahtet, um Paneelketten zu bilden. Anschließend werden die Strings der in Reihe geschalteten Panels parallel miteinander verbunden. Dies führt dazu, dass die Spannung jedes Panels addiert wird und der Stromstärkewert der Panels innerhalb der verbundenen Panelreihe gleich bleibt, aber dann werden auch die Stromstärkewerte jedes Panelstrings addiert, nachdem jeder String parallel geschaltet wurde. Wie oft die Stromstärkewerte der Strings addiert werden, hängt davon ab, wie viele Panel-Strings parallel geschaltet sind.