Was ist eine eigene Photovoltaikanlage, und wie funktioniert sie?

Definition eines selbstbetriebenen Solaranlagen

Eine selbstbetriebene Solaranlage ist eine Solarkraftwerksanlage, die von Unternehmen, Institutionen oder Privatpersonen selbst errichtet, betrieben und besessen wird, hauptsächlich um ihren eigenen Strombedarf zu decken. Im Gegensatz zur Stromversorgung aus dem öffentlichen Stromnetz handelt es sich um ein relativ unabhängiges Energieversorgungssystem, wobei der erzeugte Strom hauptsächlich den Erbauern selbst zur Verfügung gestellt wird, wie zum Beispiel für Fabriken, Schulen, Rechenzentren oder große Wohnhäuser.

Hauptkomponenten einer selbstbetriebenen Solaranlage und ihre Funktionen

Solarmodule (Photovoltaik-Module)

Diese sind die Kernkomponenten des Solarkraftwerks, deren Funktion darin besteht, Sonnenenergie in Gleichstrom umzuwandeln. Solarmodule bestehen aus mehreren Solarzelleneinheiten. Wenn Sonnenlicht auf die Module fällt, absorbieren die Halbleitermaterialien (wie Silizium) in den Solarzellen Photonen und erzeugen Elektron-Loch-Paare. Unter dem Einfluss des inneren elektrischen Feldes der Zellen bewegen sich die Elektronen und Löcher zu den beiden Polen der Zellen, wodurch Gleichstrom entsteht. So erreichen beispielsweise die photoelektrische Wirkungsgrade von gängigen Monokristallsilizium-Solarmodulen etwa 15% - 20%, während Polykristallsilizium-Module etwas niedrigere Werte zwischen 13% - 18% aufweisen.

Wechselrichter

Da durch die Solarmodule Gleichstrom erzeugt wird und die meisten elektrischen Geräte Wechselstrom benötigen, hat der Wechselrichter die Aufgabe, den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Er verwendet komplexe elektronische Schaltungen und Techniken wie die Pulsbreitenmodulation (PWM), um den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, der den Anforderungen des Stromnetzes oder der Lastgeräte entspricht. Beispielsweise kann in einem hochwertigen Wechselrichter der Gleichstrom in Wechselstrom mit einer Frequenz von 50Hz oder 60Hz (abhängig von den Netzstandards in verschiedenen Regionen) und einer stabilen Spannung umgewandelt werden, um den Bedarf verschiedener Wechselstromlasten wie Motoren und Beleuchtungseinrichtungen zu decken.

Laderegler (in einigen Systemen)

Der Laderegler dient hauptsächlich dazu, den Ladevorgang der Speicherbatterie (sofern vorhanden) durch die Solarmodule zu steuern. Er kann eine Überladung und Entladung der Speicherbatterie verhindern und den Lebensdauer der Batterie schützen. Zum Beispiel, wenn die Speicherbatterie vollständig geladen ist, schaltet der Laderegler automatisch die Ladeschaltung zwischen den Solarmodulen und der Speicherbatterie ab; wenn die Speicherbatterie einen niedrigen Ladezustand aufweist, kann der Laderegler die Verbindung der Last steuern, um eine übermäßige Entladung der Speicherbatterie zu vermeiden und sicherzustellen, dass die Speicherbatterie innerhalb eines sicheren Ladebereichs arbeiten kann.

Speicherbatterie (optionaler Komponente)

Die Speicherbatterie dient dazu, den von den Solarmodulen erzeugten Strom zu speichern, sodass sie Strom liefern kann, wenn das Sonnenlicht nicht ausreicht (zum Beispiel nachts oder an bewölkten Tagen). Gängige Speicherbatterien umfassen Blei-Säure-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien. Blei-Säure-Batterien haben niedrigere Kosten, aber eine relativ geringe Energiedichte und eine kürzere Lebensdauer; Lithium-Ionen-Batterien weisen eine hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer auf, haben aber höhere Kosten. Zum Beispiel können in einigen netzunabhängigen selbstbetriebenen Solaranlagen die Speicherbatterien den überschüssigen Strom, der tagsüber von den Solarmodulen erzeugt wird, speichern und nachts für Lastgeräte wie Beleuchtungssysteme und Überwachungseinrichtungen Strom liefern.

Verteilerkasten und Überwachungssystem

Der Verteilerkasten dient dazu, den Strom zu verteilen, indem er den vom Wechselrichter ausgegebenen Wechselstrom auf jede einzelne Lastverzweigung verteilt. Gleichzeitig kann er auch den Schutz des Stromkreises gewährleisten, indem Sicherungen und Schalter installiert werden, um Überlast und Kurzschluss zu verhindern. Das Überwachungssystem dient dazu, den Betriebsstatus des Solarkraftwerks zu überwachen, einschließlich der Leistungserzeugung der Solarmodule, der Ausgangsspannung und -stromstärke des Wechselrichters, des Ladezustands der Speicherbatterie (sofern vorhanden) und anderer Parameter. Durch das Überwachungssystem können Geräteausfälle und abnorme Stromerzeugungssituationen rechtzeitig erkannt werden, was die Wartung und Verwaltung erleichtert.

Betriebsablauf einer selbstbetriebenen Solaranlage

Stromerzeugungsphase

Während des Tages, wenn genügend Sonnenlicht vorhanden ist, absorbieren die Solarmodule Sonnenenergie und wandeln sie in Gleichstrom um. Während dieses Prozesses wird die Ausgangsleistung der Solarmodule von Faktoren wie der Intensität, dem Winkel und der Temperatur des Sonnenlichts beeinflusst. Zum Beispiel, wenn das Sonnenlicht direkt und intensiv ist, ist die Ertragseffizienz der Solarmodule hoch und die Ausgangsleistung groß; bei bewölktem Wetter oder bei niedrigem Sonnenwinkel nimmt die Ertragseffizienz und die Ausgangsleistung entsprechend ab.

Stromumwandlung und -speicherung (falls eine Speicherbatterie vorhanden ist)

Der durch die Solarmodule erzeugte Gleichstrom gelangt zunächst über den Laderegler (sofern vorhanden) in die Speicherbatterie, oder er wird direkt in den Wechselrichter geleitet, um in Wechselstrom umgewandelt zu werden. Falls eine Speicherbatterie vorhanden ist und diese noch nicht vollständig geladen ist, passt der Laderegler den Ladestrom gemäß dem Ladezustand der Speicherbatterie und der Ausgangsleistung der Solarmodule an, um sicherzustellen, dass die Speicherbatterie sicher und effizient geladen wird. Wenn keine Speicherbatterie vorhanden ist oder die Speicherbatterie vollständig geladen ist, geht der Gleichstrom direkt in den Wechselrichter, um umgewandelt zu werden.

Stromversorgungsphase

Der vom Wechselrichter umgewandelte Wechselstrom gelangt in den Verteilerkasten, und dieser verteilt den Strom nach Bedarf der Last auf jede einzelne Verzweigung, um verschiedene elektrische Geräte mit Strom zu versorgen. Während dieses Prozesses überwacht das Überwachungssystem in Echtzeit die Stromerzeugung und -versorgung, um die Stabilität und Sicherheit der Stromversorgung zu gewährleisten. Bei einer netzgebundenen selbstbetriebenen Solaranlage kann der überschüssige Strom, nachdem der eigene Strombedarf gedeckt ist, ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden; bei einer netzunabhängigen selbstbetriebenen Solaranlage, wenn die Solarenergieerzeugung nicht ausreicht (zum Beispiel nachts), muss die Stromversorgung durch eine Reservequelle (wie einen Dieselmotor) ergänzt werden.