Solar produktion: Angesichts der zunehmenden Kosteneffizienz von Solarenergie und ihrer steigenden Verwendung als handelsübliche Alternative zur Stromerzeugung versuchen viele Gebäudebesitzer, PV-Systeme für den Eigenverbrauch zu integrieren. Dabei wird die erzeugte Energie direkt genutzt. Dieses Kapitel behandelt die unkomplizierte Steuerung einer elektrischen Anlage mit einer eigenverbrauchsoptimierten Photovoltaikanlage.
Solarstrom (Solar produktion) wird parallel zum Netz eingespeist
Während des Tages, wenn das Sonnenlicht auf die Solarpaneele fällt und Strom erzeugt, wird das elektrische System sowohl vom Netz als auch von der Photovoltaikanlage mit Energie versorgt. Diese beiden Quellen arbeiten parallel, ohne dass ein Umschalten von einer Quelle zur anderen erforderlich ist.
Um diese Integration zu ermöglichen, wandeln die Wechselrichter den von den Solarpaneelen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Die PV-Wechselrichter synchronisieren ihre Ausgangsleistung mit der Netzspannung und -frequenz, um Unstimmigkeiten und Probleme bei der Stabilität zu verhindern.
Abb. P28 – Der Photovoltaik-Ausgang wird mit der Netzspannung und -frequenz synchronisiert, um Fehlanpassungen und Stabilitätsprobleme zu vermeiden
Der solare Eigenverbrauch geschieht auf natürliche Weise
Der Eigenverbrauch von Solarstrom erfordert keine spezielle Ausrüstung zur Steuerung des Elektronenflusses. Dieser Fluss erfolgt auf natürliche Weise, da der von den Photovoltaikmodulen erzeugte Strom den Weg des geringsten Widerstands nimmt und zu den Verbrauchern gelangt.
Der Weg zu den Verbrauchern, der aus Kabeln und Stromschienen besteht, bietet einen weitaus geringeren Widerstand als der Weg zum Transformator und ins Netz. Daher nutzen die Verbraucher die vorhandene Photovoltaik-Produktion und greifen bei Bedarf auf zusätzliche Energie aus dem Netz zurück.
Abb. P29 – Der durch Photovoltaik erzeugte Strom geht an die Last, da der Weg zu den Lasten einen viel geringeren Widerstand aufweist als der Weg zum Transformator und zum Netz
Wenn die Solarenergieproduktion den aktuellen Energiebedarf übersteigt, beispielsweise an Wochenenden, wird der überschüssige Strom ins Netz eingespeist, was möglicherweise auch finanziell belohnt wird. Allerdings, wenn der Vertrag mit dem Energieanbieter die Einspeisung von Strom ins Netz nicht vorsieht, ist es ratsam, die Solarproduktion zu diesen Zeiten zu regulieren. Dies kann entweder durch die Nutzung von Energiespeichern oder durch die Verschiebung des Energieverbrauchs auf die Zeiten der Photovoltaikproduktion geschehen.
Nachts produzieren Photovoltaikanlagen zwar keine Energie, können aber Energie verbrauchen
In der Nacht erzeugen die Solarpaneele keinen Strom. Obwohl die Photovoltaik-Wechselrichter sich im Standby-Modus befinden, können sie eine geringe Menge elektrischer Energie verbrauchen. Normalerweise beträgt der nächtliche Verbrauch der Photovoltaik-Wechselrichter weniger als 1 Watt pro Stunde.
Indem man die Photovoltaikanlage nachts abschaltet, können die Standby-Stromverluste vermieden werden. Dies wird jedoch nur selten durchgeführt, da es zusätzliche Geräte und eine tägliche Schaltoperation erfordert.
Abb. P30 – Nachtstromverbrauch des Photovoltaik-Wechselrichters – Auszug aus der technischen Spezifikation
Netzgekoppelte Photovoltaik-Wechselrichter schalten sich bei einem Netzausfall ab
Wenn es zu einem Stromausfall im Netz kommt und keine andere lokale Quelle Ersatzstrom bereitstellen kann, schalten sich die netzgekoppelten PV-Wechselrichter schnell ab und die Stromversorgung der Elektroanlage wird unterbrochen. Obwohl dies auf den ersten Blick möglicherweise widersprüchlich erscheint, birgt es doch ein ernsthaftes Sicherheitsrisiko. Im Falle eines Stromausfalls müssen Anlagen mit lokaler Stromerzeugung sicherstellen, dass kein Strom ins Netz eingespeist wird, um die Sicherheit der Mitarbeiter der Versorgungsunternehmen zu gewährleisten.
Abb. P31 – Netzgekoppelte Photovoltaik-Wechselrichter trennen sich bei einem Netzausfall schnell
Ein netzunabhängiger Solarbetrieb ist möglich – erfordert jedoch einen Stromspeicher oder einen Generator
Photovoltaikanlagen können im Off-Grid-Modus nicht garantieren, dass die Elektroanlage autonom betrieben wird, da die erzeugte Solarenergie volatil ist und nur begrenzt steuerbar. Obwohl sie vorhersehbar, aber nicht planbar ist, müssen Photovoltaikanlagen mit einer anderen stabilen Quelle wie einem Speicher oder einem Generator verbunden werden, um einen netzunabhängigen Betrieb zu gewährleisten. Der Betrieb einer solchen elektrischen Anlage sowohl im netzgekoppelten als auch im netzunabhängigen Modus ist komplexer und erfordert ein spezifisches Elektroinstallationsdesign, ein zusätzliches Steuerungssystem und einen effektiven Schutzplan für jeden Betriebsmodus.
