Solarpanels für Inselanlagen richtig dimensionieren

Um die Solarpanels einer Inselanlage richtig zu dimensionieren, muss zuerst der voraussichtliche Leistungsbedarf ermittelt werden. Dazu macht man sich eine Aufstellung der Geräte, die durch die Anlage betrieben werden sollen, und ihres Leistungsverbrauchs. Außerdem muss man sich überlegen wie viele Stunden pro Tag diese Geräte laufen werden. Daraus kann man dann die benötigten Wh Leistung berechnen.

Beispiel:

Eine Inselanlage für einen Wohnwagen soll die folgenden Geräte versorgen:

  • 2 Lampen mit je 12 W Nennleistung werden voraussichtlich 2 h pro Tag genutzt → 2 x 12 W x 2 h = 48 Wh pro Tag
  • 1 Kühlschrank mit einem täglichen Normverbrauch von 250 Wh (wird in der Betriebsanleitung angegeben)
  • 1 Fernseher mit 50 W wird voraussichtlich 3 h pro Tag genutzt → 50 W x 3 h = 150 Wh

Der gesamte Energiebedarf beträgt also 448 Wh = 0,448 kWh pro Tag.

Jetzt stellt sich noch die Frage, ob Kühlschrank und Fernseher speziell für den Anschluss an eine Solaranlage ausgelegt, also mit 12 V Spannung zu betreiben, sind oder ob es sich um Wechselstromgeräte handelt. Will man Wechselstromgeräte verwenden, ist ein Wechselrichter erforderlich, der aus dem Gleichstrom Wechselstrom macht. Dieser hat aber keinen Wirkungsgrad von 100 %. Üblich ist ein Wirkungsgrad von ca. 85 %. Dies bedeutet, dass 15 % der erzeugten Energie durch die Umwandlung verloren gehen. Diese 15 % müssen dann natürlich zur benötigten Energiemenge hinzu gerechnet werden.

Nachdem die benötigte Leistung nun bekannt ist, kann die erforderliche Panelfläche berechnet werden. Die Leistung, die ein Solarmodul erzeugt, wird vom Hersteller in xkW(p) angegeben. Das (p) steht für peak = Spitze, das heißt es handelt sich um einen Maximalwert. Dieser Wert ist unter Laborbedingungen bei einem Neigungswinkel von o° und einer Modultemperatur von 25°C gemessen worden, wenn eine Lichtmenge von 1 kW/m² auf das Modul trifft.

Die Leistung eines Solarmoduls ist von der einfallenden Lichtmenge, dem Winkel, in dem das Licht auftrifft und der Temperatur der Module abhängig. So ideale Bedingungen wie im Labor hat man in der tatsächlichen Anwendung normalerweise nicht.

Die einfallende Lichtmenge ist vom geografischen Standort und der Jahreszeit abhängig. Im Sommer und in südlichen Regionen ist die Sonneneinstrahlung wesentlich höher als im Norden oder im Winter.

Zur Berechnung der Leistung, die die Solarpanels erbringen können, muss man wissen wie viele Stunden am Tag die Sonneneinstrahlung die Normleistung von 1 kW/m² ergibt. Dieser Wert schwankt zwischen 0,4 h im Winter im Norden und 5,8 h im Sommer im Süden.
Ein Panel mit einer angegebenen Leistung von 100 W(p) würde also 100 W x 0,4 h = 40 Wh im Winter im Norden und 100 W x 5,8 h = 580 Wh im Sommer im Süden produzieren. Die Werte für die Sonneneinstrahlung kann man Tabellen entnehmen. Hierbei ist aber zu berücksichtigen, dass es sich dabei um meteorologische Mittelwerte handelt.

Beispiel:

Der Wohnwagen aus dem obigen Beispiel soll in der Gegend um Trier von Anfang Mai bis Ende Oktober durch ein Solarpanel mit Strom versorgt werden.
Die günstigsten Bedingungen herrschen in dieser Gegend im Juli mit einer Norm-Sonneneinstrahlung von 5,27 h und die ungünstigsten im Oktober mit 1,79 h. Zur Berechnung benutzt man den ungünstigsten Wert. Wenn man den Betrag der benötigten Energie durch die Stundenzahl teilt, erhält man die benötigte Panelleistung. In diesem Fall 448 Wh/1,79 h = 250,3 W. Da man aber nicht sicher sein kann, dass im Oktober der meteorologische Mittelwert der Sonneneinstrahlung erreicht wird, sollte man diesen Wert mit dem Faktor 1,4 multiplizieren, um auf der sicheren Seite zu sein. Daraus folgt für das Beispiel 250,3 W x 1,4 = 350,4 W.

Werden die Solarpanels nicht flach, also mit einem Neigungswinkel von 0° montiert, muss für die Neigung noch ein Korrekturfaktor berücksichtigt werden. Die Höhe dieses Faktors ist sowohl vom Neigungswinkel als auch von der Ausrichtung in Bezug auf die Himmelsrichtung abhängig. Am günstigsten ist eine Montage im Winkel von 60° mit der Ausrichtung nach Süden. Auch bei einer Ausrichtung nach Südost bzw. Südwest ist die Montage unter 60° am günstigsten, bei der Ausrichtung nach Ost bzw. West sollte das Panel möglichst unter 30° montiert werden. Die Korrekturfaktoren kann man entsprechenden Tabellen entnehmen. Sie liegen zwischen 1,6 bei der Ausrichtung nach Süden und einem 60° Montagewinkel und 0,9 bei Ausrichtung nach Ost oder West und 60° Montagewinkel. Die berechnete Panelleistung muss jetzt noch mit diesem Faktor multipliziert werden.

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