|
a) System- und Anlagentechnik
Ein aus mehreren zusammengeschalteten Solarmodulen bestehender Solargenerator erzeugt aus der Sonnenenergie Gleichstrom [A11]. Dieser wird durch ein sogenanntes Netzkopplungsgerät - Wechselrichter [A12] - in netzkonformen Wechselstrom [A13] umgewandelt und direkt in das mit dem öffentlichen Stromversorgungsnetz verbundene Hausnetz eingespeist. Hier versorgt er alle angeschlossenen Verbraucher, wie Haushaltsgeräte, Lampen usw. Bei nicht ausreichendem Solarstromangebot wird automatisch zusätzliche Energie aus dem öffentlichen Netz bezogen, um den Betrieb der angeschlossenen Geräte sicherzustellen. Überschüssiger Solarstrom, den man nicht für den eigenen Verbrauch benötigt, wird direkt ins öffentliche Netz eingespeist und steht somit anderen Stromabnehmern zur Verfügung. "Ein Energiespeicher ist in diesem Fall nicht erforderlich" (Schmid 114).
Außer dem im Haushalt bereits installierten Elektrizitätszählern für die aus dem öffentlichen Netz bezogene elektrische Energie benötigt man einen zusätzlichen Einspeisezähler. Er dient als Basis für die Vergütung der ins öffentliche Netz eingespeisten Solarenergie durch das EVU [A14].
Bei der zentralen PV- Systemtechnik werden mehrere in Reihe geschaltete Solarmodule - sogenannte Strings - zur Erhöhung der Leistung in einem Verteiler parallel geschaltet und dann einem gemeinsamen Wechselrichter zugeführt. Für den Benutzer ist ferner wichtig, daß auch kleinste Anlagengrößen bereitgestellt werden können und daß sich die Anlage im Baukastensystem beliebig erweitern läßt. So ist ein schrittweiser, kostengünstiger Aufbau einer Solaranlage möglich.
Solarer Gleichstrom kann im Wechselrichter in Wechselstrom mit einer Nennspannung von 230 V umgewandelt werden, was den Verbund mit dem öffentlichen Stromnetz ermöglicht. An schönen Tagen versorgt dann der Solargenerator die elektrischen Verbraucher, während der überschüssige Strom in das öffentliche Netz eingespeist werden kann. In der Nacht und bei ungünstiger Witterung erfolgt die Versorgung aus dem öffentlichen Netz. (Staatsministerium 26)
b) Anwendungsbereiche
Den Anwendungsbereichen netzgekoppelter Solarstromanlagen, sind kaum Grenzen gesetzt. Es lassen sich ohne weitere Probleme potentielle Großverbraucher im Haushalt, wie Kühlschrank, Waschmaschine, Fernseher oder Schlag - Bohrmaschine, betreiben. Dies wird nur durch die wie in 2a) beschriebene System - und Anlagentechnik möglich.
Ausgereifte Technik und ein einwandfreies Zusammenspiel der notwendigen Komponenten, ermöglichen eine Solarstromnutzung, natürlich mit Unterstützung des Netzes, daß ganze Jahr über.
Die photovoltaische Stromerzeugung hat sich mittlerweile in zahlreichen Anwendungen bewährt. Einmal in ganz gewöhnlichen Gebrauchsgegenständen, wie beispielsweise Taschenrechnern, Uhren und Radios, aber auch in größeren Systemen wie Baustellenbeleuchtungen, Haushalten und anderen Bereichen. [...] (Staatsministerium 27)
c) Probleme aus der Praxis
Neben den "normalen" Problemen wie z.B. der Ausrichtung der Module oder den Bauordungsnormen, gibt es weitaus gravierendere Probleme mit der technischen Realisierung. Wie man im Punkt 2a) sehen konnte, wurde nur von einer netzgekoppelten Anlage gesprochen, aber nicht von einer autarken Solaranlage [A15]. Dies hat einen besonderen Grund, nämlich den der Speicherung der Energie. Verdeutlichen wir uns dies an dem unten aufgeführten Diagramm.
Abb.4
Wie wir dem Diagramm entnehmen können erzeugen die Solarmodule in den Monaten April - September am meisten Strom, daß hängt damit zusammen das in diesen Monaten die Tage länger sind, die Sonne geht früher auf und später unter. Aber gerade in dieser Zeit wird am wenigsten Strom verbraucht. Viele Geräte im Haushalt, wie Heizung oder Trockner fallen fast ganz weg, Licht wird erst in den späten Abendstunden benötigt.
Dazu im Gegensatz die Monate von Oktober - März. Die Tage werden kürzer und kälter, der Energiebedarf steigt.
Der Einsatz von Akkumulatoren [A16] steht im krassen Gegensatz dazu. Im Sommer speichern sie viel Energie obwohl wenig benötigt wird. Im Winter können sie nicht soviel Energie speichern, da zu wenig geerntet [A17] wird, wie Energie gebraucht wird. Folglich müßte man in den energiearmen Monaten noch zusätzlich neben den Akkus, ein Aggregat [A18] betreiben, welches für ein Einfamilienhaus relativ teuer kommen würde.
Autarke- oder auch Inselnetze sind daher für den normalen, häuslichen Einsatz völlig ungeeignet, und werden laut Solid-Mitarbeitern nur noch in besonderen Gebieten eingesetzt.
In autarken PV - Anlagen schwankt der Energieertrag des Solargenerators entsprechend der unterschiedlichen Sonneneinstrahlung im Tag- / Nachtzyklus und im Sommer- / Winterzyklus. die im Mittel eingestrahlte Sonnenenergie kann im Sommer 5- bis 6mal so groß sein wie im Winter. Die Anlagen müssen deshalb mit Energiespeichern ausgestattet sein, die in Energieüberschuß - Perioden vom Solargenerator aufgeladen werden und energetische Defizit - Perioden überbrücken. Bei ganzjähriger Nutzung der Anlage muß der Solargenerator nach dem Einstrahlungswert im einstrahlungs - schwächsten Monat des Jahres, bei Nutzung innerhalb einer Periode innerhalb des Jahres nach dem Einstrahlungswerten im einstrahlungs - stärksten Monat der Betriebsperiode dimensioniert werden. In den übrigen Monaten steht Überschuß - Energie zur Verfügung, die nicht genutzt werden kann, weil kein Bedarf vorhanden ist.
Befindet sich die Anlage im Bereich eines EVU - Netzes, ist es möglich, Energiedefizite aus dem EVU - Netz zu decken und / oder Überschuß - Energie in das EVU - Netz abzugeben.
Damit können separate Energie eingespart werden, das EVU - Netz wirkt als Energiespeicher und die Energiekosten infolge der Vergütung (wird im Punkt 3c noch näher erläutert) für die in das EVU - Netz eingespeiste elektrische Energie gesenkt werden. [...] (Schoedel 142)
Außerdem besitzen PV - Anlagen eine Reihe von Besonderheiten, welche sich in der technischen Realisation bemerkbar machen. Wie wir bereits wissen liefern PV - Anlagen Gleichstrom. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Gleichstromes, stellt er eine der größten Schwierigkeiten in der Photovoltaik dar. Zunächst einmal läßt sich der Gleichstrom, nicht wie der Wechselstrom einfach abschalten. Es fehlt ihm, im Gegensatz zum Wechselstrom, der charakteristische Nulldurchgang der Sinuskurve. Bei Abschaltvorgängen stellt das ein großes Problem dar, da nämlich nicht wie beim Wechselstrom ein Lichtbogen erlischt. Daher sind besondere Varistoren [A19] notwendig, normale Schalter wären Wirkungslos. Diese Varistoren werden ab einer Spannung von 60 V eingesetzt, daß hört sich zunächst ziemlich niedrig an, wird jedoch bereits bei drei in Reihe geschalteten Modulen erreicht.
Hinzu kommt noch, das für Gleichstrom besondere Kabel eingesetzt werden müssen, denn Gleichstrom läßt sich nicht transformieren. Das heißt der Leiterquerschnitt wird um so dicker, je mehr Energie benötigt wird. Außerdem muß man beim Gleichstrom auf die richtige Polarität achten. Bei Wechselstrom betriebenen Geräten, steckt man den Stecker beliebig in die Steckdose, auf eine besondere Polarität ist nicht zu achten. Im Gegensatz zum Wechselstrom, muß das Gerät bei Gleichstrom entsprechend der Polarität angeschlossen werden, nur gibt es noch keine gängige Normung für Gleichstromstecker oder Steckdosen, welche jedoch ohne einen Wechselrichter unbedingt erforderlich wären.
Wobei wir gleich bei einem weiteren Problem wären, nämlich dem das es kaum Geräte gibt die auf Gleichstrombasis funktionieren, mal abgesehen von den Campinggeräten. Jeder Kühlschrank, Fön, Fernseher usw. den man im Handel kaufen kann arbeitet mit Wechselstrom, obwohl zum Beispiel der Fernseher den Wechselstrom zum Betrieb wieder in Gleichstrom umwandelt. Dies führt uns wieder zum ersten Punkt zurück. Denn wenn viele Geräte sowieso mit Gleichstrom funktionieren, warum nutzen wir dann den Wechselstrom? Weil es auch für das EVU unmöglich ist, Gleichstrom zu transformieren oder 10 000 V über normale Leitungen zu schicken. Der Durchmesser für ein 10 000 V Gleichstromkabel würde wahrscheinlich mehrere Meter betragen.
Des weiteren ist es besonders wichtig zu wissen, daß PV- Generatoren Stromquellen und keine Spannungsquellen sind. Ihr Nennkurzschlußstrom liegt daher nur wenig (1,2 fach) über dem Nennstrom. Ein Solargenerator ist aus diesem Grunde unbegrenzt Kurzschlußfest. Herkömmliche Überstromschutzvorrichtungen (Sicherungen mit Schmelzeinsatz oder Leitungsschutzschalter) sprechen hier nicht an, da sie zum schnellen Auslösen mindestens den dreifachen Nennstrom benötigen. Da die Anlage schon bei geringster Einstrahlung Strom produziert, also fast immer unter Spannung steht, läßt sie sich bei Fehlströmen, beispielsweise ausgelöst durch Isolationsdefekte an den Kabeln und Leitungen, nicht einfach abschalten.
|
