Stromspeicher und Solaranlage- das perfekte Duo für niedrige Stromrechnung
Um die erzeugte elektrische Energie einer Solaranlage optimal zu nutzen, lohnt sich der Einsatz von einem speziellen Stromspeicher. Die so gespeicherte Sonnenenergie lässt sich dann auch nachts nutzen. Dabei sorgt die intelligente Steuerung für das reibungslose Zusammenspiel aller Komponenten der Anlage. Wie das funktioniert, beschreibt dieser Beitrag.
Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln, gilt als umweltfreundlich und steht allgemein für eine saubere Energiegewinnung. So ein umweltschonendes kleines Kraftwerk wird als Photovoltaikanlage bezeichnet und besteht prinzipiell aus nur wenigen Komponenten:
- Mehrere Solarzellen: Sie wandeln das Sonnenlicht in elektrische Energie um und sind miteinander elektrisch verbunden.
- Der Wechselrichter: Diese elektronische Komponente wandelt die erzeugte elektrische Gleichspannung in eine für das öffentliche Stromnetz übliche Wechselspannung von 230 Volt 50 Hertz um.
- Die Steuerung: Sie überwacht die Photovoltaikanlage und sorgt für die richtige Verteilung der gewonnenen Energie. Zum Beispiel managt sie die Eigennutzung der erzeugten Elektroenergie und weiß, wann und wieviel überschüssige Energie ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen ist.
- Ein Stromspeicher: Diese Komponente speichert einen bestimmten Teil nicht genutzter Energie für den Eigenbedarf. So lässt sich der saubere Solarstrom auch nachts oder an einem trüben Tag nutzen, denn in diesem Fall würde die Solaranlage gar keinen oder zu wenig Strom liefern.
- Eine Ladestation: Besitzen Sie umweltfreundliches Elektrofahrzeug? Dann tanken Sie mit der Photovoltaikanlage und einer Ladestation die benötigte Energie für Ihr Fahrzeug direkt von der Sonne.
Wer sich für eine Photovoltaikanlage interessiert, sollte die prinzipielle Funktionsweise der wichtigsten Komponenten kennen.
Die Solaranlage: So wird Sonnenlicht zu Elektroenergie
Die Umwandlung des Sonnenlichts in elektrische Energie erledigen die Solarmodule, die sich bei einer Photovoltaikanlage fast immer auf dem Dach eines Gebäudes befinden. Dabei setzt sich ein Solarmodul aus mehreren Solarzellen zusammen. Das weltweit am häufigsten eingesetzte Material für Solarzellen ist das Halbleitermaterial Silizium. Halbeiter besitzen einige interessante physikalische Eigenschaften. Eine davon ist, dass ihre elektrische Leitfähigkeit von der Temperatur und dem einfallenden Licht abhängt.
In der Praxis bedeutet das: Sobald auf eine Solarzelle Sonnenlicht trifft, setzen die mit dem Licht einfallenden Photonen kontinuierlich Elektronen frei. Die Elektronen wiederum erzeugen eine elektrische Spannung mit gleichbleibenden Plus- und Minuspol, also eine Gleichspannung. Innerhalb eines Solarmoduls befinden sich viele Solarzellen, die elektrisch miteinander so verbunden sind, dass sich alle Spannungen der einzelnen Solarzellen zu einer Gesamtspannung addieren (Reihenschaltung).
Die Stärke des einstrahlenden Lichts auf die Solarzelle steht im proportionalen Verhältnis zur Stromstärke, die eine Solarzelle liefert. Einfach ausgedrückt: Je intensiver die Sonne scheint, desto höher die Stromstärke und desto höher die produzierte elektrische Leistung.
Der Wechselrichter: Aus Gleichspannung wird Wechselspannung
Die produzierte Elektroenergie der Solarmodule wird über ein Kabel zum Wechselrichter geleitet. Was hat es nun mit dem Wechselrichter auf sich?
Die Energieversorgung im Haushalt ist genormt. Die Spannung beträgt 230 Volt. Dabei handelt es sich um eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 50 Hertz. Während die Polarität bei einer Wechselspannung im Rhythmus der Frequenz wechselt, bleibt sie bei Gleichspannung immer gleich. Die produzierte Gleichspannung der Solarmodule ist daher für die direkte Hausenergieversorgung ohne eine Anpassung nicht zu verwenden.
Genau diese Anpassung übernimmt der Wechselrichter. Seine Elektronik sorgt dafür, dass aus der Gleichspannung eine normgerechte Wechselspannung mit einer Frequenz von 50 Hertz wird. Es ist wichtig, dass er entsprechend der Gesamtleistung (Nennleistung in Watt) der Anlage dimensioniert ist. Um die elektrischen Verluste zu minimieren, sollte er möglich nah an den Solarmodulen montiert sein.
Der Wirkungsgrad – also das Verhältnis zwischen Eingangsleistung und Ausgangsleitung – ist bei heutigen modernen Wechselrichtern besser als 99%. Zudem sorgt ein MPP-Tracker – MPT steht für Maximum Power Point – dafür, dass die Leistung der Photovoltaikanlage optimal umgesetzt wird. So lassen sich Leistungseinbußen durch eventuell auftretende Verschattungen, veränderte Sonneneinstrahlung und variierende Temperaturen kompensieren.
Stromspeicher als Schlüssel zur Unabhänigkeit
Auf den ersten Blick hat Solarenergie einen großen Nachteil: Sie lässt sich nur bei Tage produzieren und erbringt den besten Ertrag, je intensiver die Sonneneinstrahlung ist. Das bedeutet: Geringe Sonnenstrahlung, wenig Elektroenergie – hohe Sonnenstrahlung, viel Elektroenergie – keine Sonne, kein Solarstrom. Diesen Rhythmus lässt sich der Energieverbrauch im Haushalt aber kaum anpassen.
Die beste Lösung ist daher, die nicht verbrauchte Elektroenergie zu speichern. Die mit der eigenen Photovoltaikanlage erzeugte Elektroenergie steht dann kontinuierlich zur Verfügung, beispielsweise auch nachts, wenn die Sonne nicht scheint.
Beim Stromspeicher handelt es sich im Prinzip um einen Akkumulator wie bei einem Smartphone – allerdings mit deutlich anderen Parametern. So hat der Stromspeicher einer Photovoltaikanlage eine wesentlich größere Kapazität und kann damit wesentlich mehr Energie speichern.
Stromspeicher Technologien
Als Speicher kommen unterschiedliche Technologien zum Einsatz, etwa Blei-Säure-, Blei-Gel- oder meist Lithium-Ionen-Akkus. Zum Laden des Stromspeichers eignet sich nur Gleichspannung. Hierfür kommt wieder der Wechselrichter zum Einsatz, der die Wechselspannung für den Stromspeicher in Gleichspannung umwandelt. Wird Energie aus dem Stromspeicher entnommen, wandelt er dessen Gleichspannung in Wechselspannung um.
Die Kapazität bestimmt, welche Energiemenge der Speicher aufnehmen kann. Für einen durchschnittlichen Haushalt mit drei bis vier Personen ist eine Kapazität von 5 bis 7 kWh zu empfehlen. Der Speicher selbst ähnelt im Aussehen einen Hängeschrank und lässt sich beispielsweise komfortabel an einer Wand montierten. Bei Bedarf lassen sich auch mehrere Stromspeicher für eine höhere Kapazität kombinieren.
Zugleich ist ein Steuersystem integriert, das gemeinsam mit einem Energiemanager optimale Betriebsverhältnisse garantiert. Der Energiemanager regelt den Stromfluss zwischen den Solarmodulen auf dem Dach, dem Stromspeicher und dem öffentlichen Energienetz. Überschüssig produzierter Strom lädt zuerst den Stromspeicher. Erst wenn er voll ist, wird überschüssige Energie ins öffentliche Netz eingespeist.
Solarmodule vergleichen
Bei den technischen Parametern einer Photovoltaikanlage fällt die Angabe Wp in Verbindung mit der Nennleistung auf. Dabei steht das W für Watt, also die elektrische Leistung. So wird die Leistung eines Kraftwerks beispielsweise in MW oder GW (Megawatt oder Gigawatt) angegeben. Damit weiß man, wieviel elektrische Leistung dieses Kraftwerk produziert oder produzieren kann.
Ähnlich ist es bei der Photovoltaikanlage, die ja prinzipiell auch ein Kraftwerk ist – nur eben in einem kleinen Maßstab. Hier möchte man schließlich auch wissen, wieviel elektrische Energie die Photovoltaikanlage produzieren kann. Das lässt sich aber aufgrund des standortabhängigen Sonnenstandes und der nicht vorhersehbaren Wetterbedingungen nicht eindeutig bestimmen. Daher wurden für die Leistungsbestimmung von Solarmodulen einheitliche Testparameter festgelegt, etwa die maximale in Deutschland mögliche Sonnenstrahlung und eine definierte Umgebungstemperatur. Diese einheitlichen Testbedingungen liefern dann Werte, mit denen sich verschiedene Solarmodule vergleichen lassen.
Bezeichnungen und Werte
Wp steht für „Watt Peak“. Der Wert gibt Auskunft über die elektrische Nennleistung, die unter den definierten Testbedingungen erreicht wird. Im praktischen Betrieb kann und wird die erreichbare elektrische Leistung von diesem Wert abweichen. Dennoch ist dieser Wert wichtig, da er die Leistungsfähigkeit der Solarmodule vergleichbar macht. Bei der Projektierung eine Photovoltaikanlage ist das zudem ein wichtiger Parameter für die Ermittlung des zu erwartenden Ertrags der Photovoltaikanlage. Mit einem kWp können Sie an einem Hochsommertag ca. 5 bis 6 kWh und pro Jahr ca. 800 bis 1.000 kWh in Süddeutschland erzeugen. Was ist eine kWh?
Fazit
Eine Photovoltaikanlage ist eine zuverlässige und zukunftssichere Technologie. Sie ist wirtschaftlich und schont die Umwelt. Zudem wird damit ein großes Stück Unabhängigkeit vom öffentlichen Stromversorger und steigenden Energiepreisen erreicht. Die Einspeisung überschüssiger Elektroenergie in das öffentliche Stromnetz sorgt zusätzlich für eine rasche Amortisation der gesamten Anlage.
Der Einsatz eines Stromspeichers sichert zudem eine ausreichende Versorgung mit Solarstrom bei geringer Sonnenstrahlung oder nachts. Als Besitzer eines Elektroautos tankt man zudem besonders umweltfreundlich.
Haben Sie noch Fragen zum Thema Solaranlage und Stromspeicher, dann kontaktieren Sie uns. Wir beraten Sie gerne.
