1 - Wie wird die elektrische Energie von der Sonne erzeugt?

 2 - Was ist der globale energische Verbrauch? Wie viel Solarenergie erreicht die Oberfläche der Erde?

 3 - Was ist ein photovoltaisches- oder ein Windsystem, und wie funktioniert es?

 4 - Was sind die Anwendungsgebiete der photovoltaischen Solarenergie?

 5 - Ist photovoltaische Energie kosteneffektiv?

 6 - Kann photovoltaische Energie für Heizungshäuser oder Heizungswasser verwendet werden?

 7 - Wie lange ist die Lebensdauer eines photovoltaischen Moduls?

 8 - Können PV-Module leicht zu Bruch gehen?

 9 - Wie ist der Wartungsbedarf eines photovoltaischen Systems?

10 - Wie ist die Klimaauswirkung der photovoltaischen Solarenergie?

11 - Wie groß ist die Leistungsspitze eines PV-Moduls?

12 - Was sind die Elemente eines PV-Moduls?

13 - Was ist der Unterschied zwischen den monokristallinen und polykristallinen PV-Modulen?

14 - Lohnt es sich PV-Module an bewölkten Tagen laufen zu lassen?

15 - Welche Faktoren beeinflussen die Leistungsfähigkeit eines PV-Moduls?

16 - Verbessert der Gebrauch von einem Spurhaltungssystem die photovoltaische Umwandlungs-Leistungsfähigkeit?

17 - Was ist die Funktion der Dioden in einer photovoltaischen Installation?

18 - Was sind die Eigenschaften, die das Verhalten einer Batterie definieren?

19 - Wie ist der Aufbau einer Leiter-Säure Batterie?

20 - Was sind die Unterschiede zwischen den Leiter-Säure und den Nickel-Cadmium Batterien?

21 - Was ist „Verschwefelung“ einer Blei-Säure Batterie?

22 - Wie kann der Zustand während dem Ladevorgang einer Batterie herausgefunden werden?

23 - Können Batterien einfrieren? Wenn ja, ab welcher Temperatur?

24 - Was sind die Effekte nach der Kapazität und der Spannung von Serien- oder Parallel geschalteten Batterien?

25 - Was ist der Effekt der schnellen Entladung einer Batterie?

26 - Wie sind die Wärmewirkungen in einer Batterie?

27 - Wo sollten die Batterien installiert werden?

28 - Was ist die Gefahr wenn eine Batterie über eine lange Zeit entladen war?

29 - Was sind die allgemeinen Ursachen von Batterie „Verschwefelung“?

30 - Was sind die Symptome, die zeigen, dass eine Batterie „verschwefelt“ wird?

31 - Welche Art von Wassers sollte verwendet werden, um eine Batterien zu füllen?

32 - Ist der Gebrauch eines Aufladungssteuerpults in einer photovoltaischen Installation notwendig? In welchen Fällen kann das Aufladungssteuerpult vermieden werden?

33 - Was ist der Unterschied zwischen den unterschiedlichen Arten von Invertern? Welches ist der beste  Inverter für jeden Anwendungsbereich?

34 - Wie legt man einen Inverter aus?

35 - Was ist der Unterschied zwischen der widerstrebenden und der induktiven Belastung?

36 - Welche Arten von Beleuchtungselementen werden für eine photovoltaische Anlage empfohlen?

37 - Was ist der Unterschied zwischen einem direkten photovoltaischen Pumpsystem und einem herkömmlichen?

38 - Was ist eine Brennstoffzelle?

Photovoltaischer Effekt in einer Solarzelle

    Die Energieproduktion basiert auf einem körperlichen Phänomen, das "photovoltaischen Effekt" genannt wird, dieses ist im Allgemeinen die Umwandlung des Solarlichtes in elektrische Energie mit den Halbleiterelementen, die photovoltaische Zellen genannt werden.  Diese Zellen sind vom Silizium (eins der reichlich vorhandensten Elemente, des Hauptbestandteils des Sandes) mit der Hinzufügung der Verunreinigungen einiger chemischer Elemente (Bor und Phosphor) hergestellt. Diese Zellen sind in der Lage, einen Strom von zwischen 2 und 4 Amperen an einer Spannung von 0,46 bis 0,48 Volt mit leuchtender Strahlung als die Quelle zu produzieren.  Die Zellen werden in Reihe an den photovoltaischen Modulen (PV) angebracht, um eine Spannung zu erreichen, die für das Laufen lassen der normalen Lasten verwendbar ist.  Etwas von der Ereignisstrahlung wird durch Reflexion und durch die Verbindungen verloren. Der Rest ist in der Lage, Elektronen von einem Zustand zu anderen springen zu lassen, dadurch verursacht er einen elektrischen Strom, der zur Ereignisstrahlung proportional ist.  Die anti-reflektier Schicht erhöht die Zellen-Wirkungsgrad.
 

Ansicht der Erde aus dem Weltall

    Die Sonne produziert eine große Menge Energie:  ca. 1,1 x 10²⁰ kWh in jeder Sekunde.
(Mit einer Energie von 1 kWh ist es möglich eine 100W Lampe 10 Stunden zu betreiben). Die äußere Atmosphäre zerstreut ungefähr  die hälfte der von der Sonne produzierten Energie. Dies entspricht ungefähr 1,5 Trillionen (1,500,000,000,000,000,000) kWh pro Jahr. Allerdings kommen durch die Reflektion des Gases in der Atmosphäre nur 47% auf der Erde an! D.h. ungefähr 0,7 Trillionen (700,000,000,000,000,000) kWh pro Jahr erreichen die Erdoberfläche.

    Dies ist die Energie die die Sonne auf der Erde abgibt. Sie heizt die Atmosphäre auf, die Ozeane, die Kontinente, sie brachte den Lebenskreislauf indem Bäume wuchsen, Nahrung für Tiere entstand und sogar nach langer Zeit Fossile Brennstoffe entstehen lies! Wir sind auf diese Energien angewiesen. Wir brauchen sie um unsere Industrie aufrecht zu erhalten, unsere Häuser zu heizen, sowie unsere Infrastruktur aufrecht zu erhalten.

    Die Energiemenge die unsere Welt verbraucht ist um die 85,000 Milliarde kWh (85,000,000,000,000). Dies ist der Energieverbrauch der erfasst werden kann. D.h. Energie die verkauft, gekauft oder in den Handel gebracht wurde. Es besteht keine Möglichkeit die genaue Menge die die Menschheit an Holz, Kohle oder sonstigen Energieträgern verbraucht zu erfassen. Entsprechend der Daten der Experten kann diese kommerzielle Energie nicht mehr als 1/5 der Gesamtenergie sein. Aber in jedem Fall ist der globale Energieverbrauch bis 1/7000 der Sonnenenergie auf der Oberfläche der Erde nun jedes Jahr gleich!
 

    Ein photovoltaisches System ist ein System, das elektrische Energie mithilfe von Sonnenstrahlen produziert. Das System hat die folgenden Elemente (siehe Diagramm):
        · ein photovoltaischer Generator.  Bestehend aus photovoltaischen Modulen, die die Solarstrahlung einfangen und sie in direkten (DC) elektrischen Strom an einer Niederspannung umwandeln (12 bis 48 V).
        · Ein Akku oder eine Batterie speichern die Energie, die durch den Generator produziert wird und kann sie abgeben wenn sie benötigt wird z.B. während Abwesenheit des Tageslichts oder an bewölkten Tagen.
        · Ein Kontrollmodul, dessen Aufgabe es ist, Überbeladungen oder vollständige Entladungen zu verhindern - Probleme, zu vermeiden die irreversible Beschädigungen produziert - und um sicherzugehen, dass das System sich im Augenblick in der maximalen Leistungsfähigkeit befindet, ist ebenfalls im System erhalten.
        · Der Inverter wandelt Gleichstrom um zu Wechselstrom, der dann in der Batterie zum mit 230 V gespeichert werden kann.

Photovoltaische Installation ohne Inverter, DC Betrieb

Photovoltaische Installation mit Inverter, betrieben bei 230V AC

    Sobald die Energie in der Batterie gespeichert ist, gibt es zwei Möglichkeiten:  die Energie von der Batterie zu den Beleuchtungssystemen und zu den Gleichstrom-Abnehmern  zu schicken (erstes Diagramm) oder den Gleichstrom, mithilfe eines Inverters (zweites Diagramm), in Wechselstrom umwandeln

    Wenn, anstelle des photovoltaischen Generators ein Windgenerator angebracht wird, denn nennen wir das System ein Windsystem.  Wenn beide Generatoren angebracht werden, haben wir ein Wechselsystem.  In diesem Fall sollte jeder Generator sein eigenes Aufladungssteuerpult haben.
 

    Im Grunde genommen würde jede Anwendung die Elektrizität benötigt sich für diese Art von Energiegewinnung eigenen. Als Beschränkung sind lediglich die ökonomischen Kosten zu betrachten. Jedoch außerhalb des Stromnetzes und von der Größe unabhängig, scheint die Photovoltaik Anlage immer die kostengünstigste zu sein.

    Anwendungen sind z.B.:  Hauptelektrisierung, Pumpen- und Bewässerungssysteme, Beleuchtung jeglicher Art, Radio und Fernsehapparatverstärker, usw.
 

    Die Antwort zu dieser Frage hängt von der Position der vorgeschlagenen Installation ab.  Ein großer Anteil der Menschen, besonders in jenen Ländern, die einen Prozess der Entwicklung durchmachen, hat nicht Zugang zur Elektrizität wegen  Mangel an grundlegenden elektrischen Infrastrukturern.  In diesen Ländern kann die photovoltaische Anlage die kostengünstigste und effektivste Lösung sein. Es ist aber auch wirklich so, das es an gewissen Plätzen auch die einzige Möglichkeit sein kann.

    In jenen Ländern, in denen die Produktions- und Verteilungsinfrastrukturen völlig neu entwickelt worden sind, klingt die Frage ganz anders. Ökonomisch gesehen hat hier unsere Anlage nur den Effekt der Kostenersparnis gegenüber zum herkömmlichen Stromversorgungsnetz. Wenn man jedoch von der eigentlichen Kostenersparnis absieht und die Klimakosten betrachtet, stellt sich die Frage wiederum anders.
 

    Technisch gesehen ist dies zwar möglich, Ökonomisch betrachtet jedoch, verliert es jeden Sinn. Die beste Variante Wasser aufzuheizen, ist ein thermisches Solarsystem. Dieses System besitzt thermische Kollektoren welche Hitze speichern bzw. Sammeln und sie auf Wasser oder andere Heizflüssigkeiten übertragen. Die beste Anwendung von Solartechnik um ein Haus zu Heizen, ist die Kombination von einer thermischen Solaranlage in Verbindung mit einer Fußbodenheizung.
 

    Da die Zellen in einem Harz eingegossen sind und somit sehr robust sind,  ist von einer guten Langlebigkeit zu sprechen. In der Realität hat sich herausgestellt, das solche Module 30 Jahre und sogar länger im Betrieb sein können. Selbst wenn einmal eine Zelle eines Moduls ausfällt, können die anderen Zellen weiterarbeiten und die Justierung der Spannung kann man einfach durchführen, indem man die Zellenzahl variiert.
 

    Die Oberfläche eines solchen Moduls, ist mit speziellem Glas geschützt. Es ist standhaft gegenüber Eis, Schnee und großen Temperaturschwankungen. Sogar Hagelkörner können das Glas nicht beschädigen. Es gibt sogar einen Test, bei dem Eiskugeln einer definierten Größe mithilfe eines pneumatischen Gewehrs auf die Oberfläche der Module abgefeuert werden.
 

    Photovoltaik-Anlagen sind im Grunde genommen sehr wartungsarm. Die Aufgaben beschränken sich auf folgende:

        - PV-Module:  Sie benötigen keine Wartung, da sie keine beweglichen Teile enthalten und sie in schonende Materialien eingehüllt sind. Eine Kontrolle einmal pro Jahr ist völlig ausreichend, da nur die Anschlüsse überprüft werden müssen. Sie sind eventuell von der Korrosion zu befreien und man sollte sich vergewissern das die Anschlüsse noch fest sitzen. Gewaschen werden müssen die Module auch nicht, da diese Aufgabe der Regen erfüllt. Nach eibelieben kann man die Module auch mit einem Tuch und nicht ätzenden Reinigungsmittel säubern.

        - Aufladungssteuerpult:  seine Einfachheit verringert die Notwendigkeit an der Wartung im Wesentlichen und bildet Störungen sehr selten.  Die durchzuführenden Haupttätigkeiten sind die folgende:  Sichtkontrolle des Zustandes und des Betriebes des Aufladungssteuerpults;  Überprüfung der Anschlüsse und Kabel und Überprüfung der rasch umspringenden Werte des Voltmeters und des Amperemeter, die auf der Anzeige abzulesen sind.

        - Batterien: Sie sind der Teil der Anlage, der am meisten Zuwendung benötigt. Die Lebensdauer hängt stark von der Handhabung ab.
            · Überprüfen Sie das Elektrolytniveau (alle 6 Monate ca.):  das Elektrolytniveau sollte zwischen dem maximalen und den minimalen Markierungen sein. Das korrekte Niveau ist 20mm über den Separatorstutzen.  Wenn ein niedriges Niveau in irgendeiner der Batteriezellen beobachtet wird, sollten sie mit destilliertem Wasser aufgefüllt werden.  Füllen Sie nie mit Schwefelsäure!
            · Eine Batterie ist jedenfalls schon vor dem Einsatz auf Herz und Nieren zu prüfen .Es ist besonders auf die Anschlüsse achten! Sie sollten sauber und frei von Schwefelrückständen sein. Mit Vaseline ist mit sich hier aber schnell beholfen.
            · Maß der Elektrolytdichte (wenn passender Apparat) vorhanden ist:  wenn die Batterie völlig aufgeladen ist, ihm sollte von 1,24 +/- von 0,01 bei 20 Grad sein Celsius.  Die Dichten sollten in allen Batteriezellen ähnlich sein.

    Photovoltaische Energie, wie andere Quellen der erneuerbaren Solarenergie ist ein ganz anders arbeitendes Energiesystemes. Sie trägt zum nationalen Energie-Versorgungsmaterial bei und ist weniger zerstörend für das Klima und vermeidet die negativen Effekte, die durch den direkten Gebrauch von herkömmlichen Kraftstoffen verursacht werden (atmosphärische Verunreinigung, Überreste, usw.) und ihre Erzeugungsableitungen (Aushöhlungen, Gruben, Steinbrüche, usw.).  Die Effekte der photovoltaischen Energie nach den Hauptklimafaktoren sind die folgenden:

    Klima:  das Erzeugung der elektrischen Energie mithilfe vom Solarlicht erfordert keine Art von Verbrennung, weder werden thermische Verunreinigung noch CO₂-Emissionen produziert und somit ist der Beitrag zum Treibhauseffekt inexistent.

    Geologie: PV – Zellen sind aus Silicium hergestellt. Da man für die Produktion nicht sehr viel davon benötigt, und Sand auf der Erde in rauen Mengen vertreten ist, greift man nicht in den Zyklus der Natur ein.

    Boden: Der Boden bleibt unversehrt, da keine Schmutz- oder Schadstoffe ausgestoßen werden. Lediglich der Stellplatz wird benötigt.

    Grundwasser und Oberfläche der Erde: Bleibt ebenfalls unversehrt.

    Flora und Fauna: Es entstehen keine hässlichen und für Vögel störenden Überlandleitungen

    Klimaintegration:  Man kann dies auf zwei Arten betrachten. Es erscheint logisch, das eine solche Einheit in der Natur fehl am Platze ist und die Sicht erheblich beeinträchtigt, jedoch braucht man keine Überlandleitungen und somit weniger „Material“!

    Geräuschpegel: Solaranlagen arbeiten absolut geräuschlos! Dies ist natürlich ein erheblicher Vorteil im Gegensatz zu Generatoren oder sonstigen Energieerzeugern.

    Soziale Kritikpunkte: Normalerweise ist der Grund und Boden, auf dem eine Anlage aufgestellt wird uninteressant. Außerdem können Solaranlagen ohne Probleme in Häuser und Dächer integriert werden.

Das heißt, photovoltaische Energie stellt eine der besten Lösungen für jene Plätze dar, in denen es eine Notwendigkeit für elektrische Energie gibt. Sogar an solchen Plätzen wie in National Parks, da die Klimabedingungen auf jeden Fall erhalten bleiben.
 

    Die Abgabeleistung, in Watt, die ein PV-Modul in den Standardtestbedingungen (STC) produziert ist im Durchschnitt ca.1000 W/m².
 

    Ein photovoltaisches Modul besteht aus Solarzellen, welche elektrisch in Reihe und Parallel angeschlossen werden, dadurch erreicht man eine verwendbare Spannung für eine Anwendung.
 

Einblick in ein photovoltaisches Modul

    Die Zellen sind von Materialien und Elementen umgeben, die vor äußeren Einflüssen schützen sollen. Die Elemente werden nun hier aufgelistet:

    Kapsel: äußerer Schutz aus einem Material das gut Strahlungsdurchlässigkeit liefert.

    Äußere Schale: Temperaturglas welches ebenfalls eine sehr gute Durchlässigkeit aufweist jedoch aber scharfen Bedingungen sowie rapiden Temperaturschwankungen standhält.

    Spezielle Oberfläche der Rückseite: Durchgelassenes Licht welches die Zelle schon passiert hat, wird reflektiert und erneut verwendet.

    Metallischer Rahmen: Hergestellt aus Aluminium, bildet die Wasserresistenz und lässt sich durch Bohrungen auf dem dafür vorgesehenen Ständer befestigen.

    Anschlusskaste: In ihm befinden sich die nötigen Anschlüsse

    Schutz Diode: Verhindert „Teil Schatten“ auf den Modulen, da dies zu Beschädigungen führen kann.
 

    PV werde aus Polykristallinem und Monokristallinem Silicium hergestellt. Der unterschied beginnt im Herstellungsprozess. Monokristalline Zellen benötigen sehr reines Silicium, welches in einem Tiegel, unter Zugabe von geringen Mengen Bor, geschmolzen wird. Sobald das Material in seinem flüssigen Zustand ist, wird ein Silikonsamen eingeführt und wird dann sehr langsam zurückgenommen, dadurch enthält man die neuen Atome von der Flüssigkeit, die ihre Positionen in der kristallinen Silikonstruktur aufnehmen. Auf diese Art wird ein lackierter einzelner Kristall erreicht, der in Oblaten von ungefähr 300 Mikrometern in der Breite geschnitten wird.

    Diese Oblaten werden in spezielle Öfen eingeführt, in denen die Phosphoratome in die Oberfläche diffundieren. Nun werden die Zellen noch mit einer Antireflektierenden Schicht versehen, die entweder aus Titan oder Zirkoniumoxid besteht.

    Bei Polykristallinem Silizium, wie der Name schon sagt, werden als Anfangsprodukt mehrere Atome verwendet, die man aus einer Art Kupferpaste bekommt. So erhält man einen Körper der aus vielen kleinen Siliziumteilchen besteht. Dieser wird nun ebenfalls zu Oblaten geschnitten und weiterverarbeitet.
 

    Photovoltaische Module produzieren Elektrizität sogar an den bewölkten Tagen, dennoch nimmt der Wirkungsgrad ab. Die Produktion von Elektrizität läuft linear mit dem Ereignislicht. Bei einem bewölkten Tag zum Beispiel, wenn das Ereignislicht bis ungefähr 10% der Gesamtintensität der Sonne entspricht, verringert sich die Leistungsfähigkeit der PV-Module im Verhältnis zu diesem Wert.
 

    Im Allgemeinen die Strahlungsintensität und die Zelltemperatur.

Strom- und Spannungsveränderung in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung und der Temperatur

    Der Strom, der durch das Modul erzeugt wird, erhöht sich mit der Strahlung, und die Spannung bleibt mehr oder weniger konstant. Hier spielt noch die Position der Module  eine ganz wichtige Rolle, da die Strahlungswinkel sich laufend ändern. Also müssen die Strahlungswerte an einem Tag eine Funktion bezogen auf den Horizont bilden und somit die Module entsprechend ausgerichtet werden.

    Eine Temperaturzunahme der Zellen ruft ein Zuname des erzeugten Stromes herbei, was wiederum aber eine Verringerung der Spannung mit sich führt. Fazit: die Modulenergie verringert sich wenn sich die Temperatur sich erhöht

    Wenn das Modul bei 1000 W/m² funktioniert, kann die Modultemperatur ungefähr 30 Grad über der Umgebungstemperatur liegen, und die Spannung wird um 2 mV/(cell * Grad) * 6 Zellen verringert * 30 Grad = 2.16 Volt d.h. die Energie wird um 15% verringert. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, die PV-Module an einen gut gekühlten Platz zu installieren.
 

    Dieses hängt vom Klima und von der Art der Anwendung ab.  Bestenfalls kann die Leistungsfähigkeit des Systems um 40% verbessert werden, aber die höheren Kosten, die der Gebrauch der Verfolger annimmt, gleichen nicht die erreichte Leistungsfähigkeits-Zunahme aus.  Die Anwendungen werden im Allgemeinen auf jene Fälle begrenzt, in denen die Leistungsfähigkeits-Zunahme zur gleichen Zeit wie die Zunahme der Energienachfrage auftritt.
 

    Dioden sind elektronische Bauelemente, die den Fluss des Stromes in nur eine Richtung erlauben.  In den photovoltaischen Systemen werden sie im Allgemeinen in zwei Möglichkeiten benutzt:  als Blockieren der Dioden und als Überbrückungsdioden.

Diodenschaltschema

    Dioden blockieren, Sie vermeiden die Entladung der Batterie durch die photovoltaischen Module, wenn es kein Sonnelicht gibt. Sie verhindern auch den gegenseitigen Fluss unterschiedlicher Teilchen in der parallel geschalteten Reihe, wenn in einer von ihnen sich im Schatten befindet.

    Überbrückungsdioden schützen jedes  einzelne Modul vor eine mögliche Beschädigung, die durch „Teil-Schatten“ verursacht werden.  Sie sollten benutzt werden, wenn die Module in  Reihe geschalten sind, aber dies ist normalerweise nicht in den Systemen notwendig, da die Spannungen sich unter 24 Volt bewegen.

    Blockierende Dioden verhindern den Fluss zwischen einer serienmäßig verbundenen Gruppe  Modulen durch eine andere die parallel zur ersten geschaltet ist. Überbrückungsdioden vermeiden dass sich die Module verstreuen und durch die serienmäßig Installierten gelangen. Dies kann vorkommen wenn sich ein oder mehrere Module im Schatten befinden.
 

    Es gibt im Allgemeinen zwei:  Kapazität in Amperestunden und in der Tiefe der Entladung.

    Kapazität in Amperestunden

    Die Amperestunden einer Batterie sind einfach die Zahl Ampere, die eine Batterie leisten kann multipliziert mit der Zahl Stunden, die dieser Strom vorhanden ist.

    Es dient, in den photovoltaischen Installationen festzustellen, wie lang das System ohne Solarstrahlung funktionieren kann, und die Batterien wieder Neuzuladen.  Diese Zahl der Tage, an denen ein System autonom funktioniert ist  einer der wichtigen Aspekte im Design einer Installation.

    Theoretisch z.B. kann eine Batterie von 200 Amperestunde 200 A eine Stunde lang oder 50A 4 Stunden lang oder 4 A 50 Stunden lang oder 1 A 200 Stunden lang zur Verfügung stellen.
 
    Dennoch ist dieses nicht für alle Batterien zutreffend, einige Batterien, wie z.B. die Autobatterie,  werden entworfen um schnelle Entladungen in kurzen Zeitabschnitten zu produzieren, ohne irgendeine Beschädigung zu erleiden.  Sie sind nicht geeignet um für lange Zeitabschnitte mit einem niedrigen Zustand der Aufladung zu funktionieren. Aus diesem Grund sind Autobatterien nicht für photovoltaische Systeme verwendbar.

    Es gibt allerdings verschiedene Faktoren die die Kapazität einer Batterie beeinflussen.

    Aufladungs- und Entladungsrate: Wenn die Batterie verschieden geladen oder entladen wird, nimmt di Kapazität zu oder ab! Wenn die Batterie z.B. langsam entladen wird, steigt die Kapazität ein wenig an! Wenn sie jedoch schnell entladen wird, verringert sich die Kapazität!

    Temperatur:  ein anderer Faktor, der die Kapazität beeinflusst, ist die Batterietemperatur und die Umgebungstemperatur.  Das Batterieverhalten wird bei ºC 27 Katalogisiert.  Niedrigere Temperaturen verringern die Kapazität erheblich.  Höhere Temperaturen produzieren eine kleine Zunahme der Kapazität, aber diese kann die Wasserverluste erhöhen und dadurch die Lebensdauer(Zyklen) der Batterie erheblich verkürzen.

 Entladungstiefe

    Die Tiefe der Entladung ist der Prozentsatz der Gesamtbatteriekapazität, die im Lade- Entladezyklus verwendet wird.

    Batterien des flachen Zyklus "sind für Entladungen von 10 bis 25% ihrer Kapazität in jedem Zyklus bestimmt.  Die meisten Batterien "des tiefen Zyklus", die für photovoltaische Anwendungen hergestellt werden, sind für Entladungen von bis 80% ihrer Kapazität bestimmt, ohne irgendeine Beschädigung zu erleiden.  Nickel-Cadmiumbatteriehersteller bestätigen, dass sie ohne irgendeine Beschädigung völlig entladen werden können.

    Die Tiefe der Entladung hat Einfluss auf „Tief Zyklus Batterien“. Desto tiefer die Entladung, desto geringer die Wiederholungszyklen der Batterie.
 

    Leiter-Säure Batterien bestehen aus Leiterplatten die sich in einer schwefligen Säure sie befinden. Die Platte ist von einer Leitungsoxidpaste ummantelt. Die Lösung der Schwefelsäure und die des Wassers nennt man Elektrolyt.

Struktur einer Monoblock-Batterie (VARTA)

    Das Leitermaterial ist eine spezielle Legierung, da ansonsten die Leitung zerbrechlich und unstabil wäre und möglicherweise beim Transport oder Betrieb beschädigt werden kann.

    Die Legierung enthält normalerweise 2-6% Antimon. Desto niedriger der Antimon Gehalt ist, desto weniger wird die Batterie beim Aufladen beschädigt, da weniger Antimon die Wasser- und Sauerstoffproduktion verringert.
Fazit: Viel Antimon erlaubt eine höhere Entladung ohne der Batterie zu schaden, d.h. höhere Lebensdauer. Diese Art von Batterien nennt man Batterien mit „tiefen Zyklus“

    Kadmium und Strontium werden anstatt dem Antimon verwendet um das Leitermaterial zu verstärken. Diese Materialien haben dieselben Vor- und Nachteile wie Antimon, jedoch verringern sie die Gefahr der Selbstentladung, welche eintritt wenn die Batterie nicht aktiv ist.

    Kalzium verstärkt auch das Leiterfeld und verringert die Selbstentladung.  Dennoch verringert Kalzium die empfohlene Tiefe der Entladung bis nicht mehr als 25%.  Kalziumbatterien gehen folglich dem "flachen Zyklus" nach.

    Die positiven und negativen Platten werden in einer Schwefelsäurelösung untergetaucht und werden einer "Wachstums-Aufladung“ durch den Hersteller unterzogen.  Die Richtung dieser Aufladung verursacht die Umwandlung der Paste auf dem Rasterfeld in poröses Leitungsdioxid.  Beide Materialien sind in hohem Grade porös und so lassen sich die Schwefelsäurelösungen über den Platten kreuzen.

    Die Platten werden in der Batterie gewechselt und Separateren werden zwischen ihnen in Position gebracht.  Die Separatoren sind aus einem porösen Material hergestellt, die den Fluss des Elektrolyts ermöglichen.  Sie sind elektrische Isolatoren und können eine Mischung des Siliziums und des Plastiks bzw. des Gummis sein.

    Die Separatoren können einzelne Blätter oder Umschläge sein.  Die Umschläge sind entlang ihrem oberen Rand geöffnet und werden über die positiven Platten gesetzt

    Eine Gruppe von positiven und von negativen Platten mit Seperatoren bildet ein Batterieelement.  Ein Element und Elektrolyt in einen Behälters, ergeben eine Batteriezelle.

    Größere Platten oder eine erhöhte Anzahl von ihnen erhöhen die Amperestunden.

    Unabhängig von der Plattengröße, liefert eine Zelle eine Nennspannung von 2 Volt (für Leiter-Säure).  Eine Batterie wird durch viele Zellen oder Elemente gebildet. Eine Batterie besteht aus mehreren Zellen oder Elementen, geschaltet in Reihe intern oder extern hat sie die Aufgabe eine bestimmte Spannung für normale Anwendungen zu produzieren. Aus diesem Grund besteht eine Batterie von 6 Volt aus drei Zellen und einem von 12 Volt von 6 Zellen.

    Die Positivplatten auf einer Seite und die negativen Platten auf der anderen, werden mittels des externen Anschlusses auf der Oberseite der Batterie zusammengescharten.
 

    Wenn eine Leiter-Säure Batterie in dem Zustand der tiefen Entladung für eine längere Zeit bleibt, erleidet sie einen Sulfationprozess.  Etwas von der Schwefelsäure kombiniert mit der Leitung von den Platten ergibt ein Leitungssulfat. Wenn die Batterie dann nicht  mehr regelmäßig  mit destilliertem Wasser aufgefüllt wird, bleibt ein Teil der Platten in der Luft und der Prozess wird beschleunigt.

    Das Leitungsulfat bedeckt die Platten, so dass der Elektrolyt nicht in sie eindringen kann.  Dies bedeutet einen irreversiblen Verlust der Batteriekapazität, der sogar mit der Hinzufügung des Wassers, nicht mehr zurückgewinnen werden kann.
 

    Wenn eine Säure-Lauge Batterie in einem tiefen Entladungszustand für eine längere Zeit bleibt, erleidet sie einen Sulfationprozeß. Etwas von der Schwefelsäure wird sich mit der Leitung von den Platten kombinieren, und so Leitungsulfat bilden. Wenn die Batterie regelmäßig nicht mit destilliertem Wasser befüllt wird, bleibt ein Teil der Platten in der Luft und der Prozeß wird somit beschleunigt.

    Das Leitungsulfat bedeckt die Platten, so daß der Elektrolyt nicht in sie eindringen kann. Das bedeutet ein irreversiblen Verlust der Batteriekapazität, der sogar mit der Hinzufügung des Wassers, nicht zurückgewonnen werden kann.
 

Ein Hydrometer (zerlegt) wie er in einer Batterie verwendet wird

    Die einfachste Weise ist durch das Maß der Dichte (oder des spezifischen Gewichtes) oder der Flüssigkeitsinhalt der Batterie (der Elektrolyt). Dichte wird mit dem Hydrometer gemessen und zeigt das Gewicht des Elektrolyts im Vergleich mit der gleichen Menge des Wassers an. Die geläufigsten Hydrometer sind jene, welche für Autos verwendet werden, welche die Aufladung als Prozentsatz zeigen.  Jedoch ist der Nachteil dieser Vorrichtungen, dass sie für den Elektrolyt kalibriert werden, eigentlich für „starter Batterien“ und nicht für stationäre Batterien. Aus diesem Grund bekommt man weniger angezeigt, als es der Realität entspricht. (50% für voll geladene stationäre Batterien)
 
 
Typische Werte der Dichte und der Spannung für eine Zelle in einer Säure-Base Batterie

    Desto höher die Dichte des Elektrolyts, desto höher der Zustand der Aufladung der Batterie. Die Spannung in jeder Zelle ist höher und folglich auch die Batteriespannung.

    Das Maß der Dichte während einenes Entladungsprozesses ist eine gute Anzeige des Ladezustandes von der Batterie. Während des Ladens der Batterie ist das Dichtemaß verzögernd zu berücksichtigen, die Mischung des Elektrolyts taucht erst am Anfang der Gasphase auf. (siehe Diagramm)  Auf jeden Fall kann man dieses nicht als absolutes Maß der Batteriekapazität betrachten, sondern, an sollte es mit anderen Techniken kombinieren.
 

Da die Leiter-Säure Batterie einen Elektrolyt benutzt, der Wasser enthält, ist es möglich dass die Batterie einfriert. Dennoch hat die Schwefelsäure die Wirkung eines Frostschutzmittels. Desto höher der Prozentsatz der Säure im Wasser, desto niedriger der Gefrierpunkt des Elektrolyts.  Dennoch kann sogar eine völlig belastete Batterie, die bei extrem niedrigen Temperaturen funktioniert, einfrieren.

Wie in der folgenden Tabelle, friert eine Leiter-Säure Batterie bei einem Ladezustand von ca. 50%  bei ungefähr -25ºC ein.

Wie gesehen werden kann, sollte die Batterie über ºC -10 gehalten werden, wenn sie völlig entladen werden soll.  Wenn eine höhere Temperatur nicht beibehalten werden kann, sollte der Zustand der Aufladung auf einem ausreichendes Niveau gehoben werden um das einfrieren zu verhindern. Dies kann mit einem Aufladeregler erzielt werden. Dieser Regler trennt dann automatisch die Last wenn die Batterie Gefahr läuft, unter das definierte Niveau zu gelangen.
 

    Die Batterien können in Reihe geschaltet sein, um die Spannung zu erhöhen, oder parallel, und die Kapazität (Amperestunden) zu erhöhen.

    Wenn man mehrere Batterien in Reihe und Parallel-Schaltung schaltet, erhöht sich die Kapazität sowohl als auch die Spannung.
 

Batterien parallel, in Reihe und in Rheie und parallel geschaltet
 

    Erstens wird nicht die ganze Energie, die eine Batterie liefern kann, erhalten.

    z.B. kann eine Batterie, die in 72 Stunden entladen wird, könnte die doppelte Energie liefern, als wie wenn sie nur 8 Stunden entlladen worden würde.

    Schnelle Entladung führt auch zu vorzeitigem Zerfall und Deformation der Zellplatten. Sie lösen sich auf und bilden ein Sediment was sich am Boden der Batterie absetzt.

    Dieses Sediment kann einen Kurzschluss zwischen den Platten verursachen und die Batterie so zerstören.
 

    Eine Temperaturzunahme ist für Batterien extrem schädlich, deshalb muss der Ladestrom bei einer Batterietempereatur von über 40 Grad erheblich reduziert werden.
 

    Etwas wärmere Plätze sind am besten geeignet. Tiefe Temperaturen sollten vermieden werden, da bei einer Temperatur kleiner 0 ºC der innere Widerstand sich erheblich erhöht.
 

    Das Leitungssulfat, welches die Platten bedeckt, härtet aus, die Poren verstopfen und erlauben keinen Fluss der Elektrolyten zu. D.h. eine bereits „verschwefelte“ Batterie wieder zu laden, ist sehr schwer.
 

    · Ein Batterie die über einen großen Zeitraum entladen war
    · Die Hinzugabe von purer Säure in den Elektrolyt
    · Häufige Überladungen
    · Nicht rechtzeitig destilliertes Wasser nachgefüllt
    · Die Übertragung des Elektrolyts von einer Zelle auf die andere
 

    · Das Hygrometer misst immer eine andere Dichte, obwohl die Zelle genauso aufgeladen ist wie die anderen
    · Die Spannung ist niedriger gegenüber den anderen Zelle
    · Es ist nicht mehr möglich die Batterie vollständig zu laden
    · Der übliche Intensitätsfluss findet nicht mehr statt, da der eigene elektrische Widerstand zu hoch ist
    · Positive sowie Negative Platten haben eine helle Farbe
 

    Wasser- oder Regenwasser, das in den sehr sauberen Glasbehältern gespeichert werden sollte.  Das Regenwasser ist das Beste, aber es sollte nicht in Kontakt mit Metallen (Zinkdächer, usw.) kommen, da dieses die Verursachender der Verunreinigungen sind.  Ansammlung auf einem Dach mit z.B. keramischen Fliesen oder Segeltuch  sind sehr gute Wahlen.
 

    Die Primärfunktion eines Aufladungssteuerpults in einem photovoltaischen System ist, die Batterie vor Überbeladungen zu schützen.  Fast alle Installationen erfordern ein Aufladungssteuerpult.  Systeme ohne Aufladungssteuerpulte verringern das Batterieleben und die Lastsverwendbarkeit

    Systeme mit kleinen, vorhersehbaren und ununterbrochenen Lasten, können auch ohne Aufladungssteuerpult funktionieren. Eine grosse Batterie muss vorhanden sein und die Spannung darf nicht unter den kritischen Punkt fallen. Dann kann auf ein Aufladungssteuerpult verzichtet werden.
 

    Inverter wandeln Gleichstrom in Wechselstromstrom um. Gleichstrom hat einen gegenwärtigen Fluss, der nur in eine Richtung fließt, während Wechselstromstrom den gegenwärtigen Fluss sehr schnell von einer Richtung in die andere ändert. Die Frequenz des Wechselstromstromes in Spanien beträgt normalerweise 50 Zyklen pro Sekunde (Hertz). Jeder Zyklus bezieht die Bewegung des Stromes in eine Richtung und dann in die andere mit ein.  Dies heißt, dass die Richtung des Stromes 100mal pro Sekunde geändert wird.

Unterschiedliche Welle für AC

    Der Wechselstromstrom, der durch ein Kraftwerk oder durch einen Dieselgenerator geliefert wird, ist (oder sollte sein), wie in der Abbildung schwarz dargestellt. Die Größenänderungen der Spannung folgen einem sinusförmigen Gesetz, so dass der Strom in einer sinusförmigen Welle dargestellt werden kann.

    Die Umwandlung des Gleichstromes zu Wechselstromstrom kann in unterschiedlichen Weisen durchgeführt werden.  Die beste Weise hängt davon ab, wie weit man sich von einer idealen Sinuskurve wegbefindet im Bezug auf di Kurve der Wechselspannung.

    Quadratische Welleninverter: die meisten Inverter bilden den Strom, durchfließen einen Transformator zuerst in die eine und dann in die andere Richtung. Die Umwandlungvorrichtung, die die Stromrichtung ändert, sollte sehr schnell fungieren. Während der Strom die Primärseite des Transformators durchläuft, ändert die Polarität 100mal pro Sekunde.  Infolgedessen wechselt der Strom, der die Sekundärspule des Transformators verlässt, bei einer Frequenz von 50 Zyklen pro Sekunde. Der Strom fließt durch die Primärseite des Transformators und wechselnd schlagartig, so dass die sekundäre Kurve quadratisch wird, wie im Bild als rosa Kurve dargestellt.

    Quadratische Welleninverter sind preiswerter, aber sie sind auch normalerweise weniger leistungsfähig.  Sie produzieren Harmonik und Störung (Geräusche) und sind nicht für Induktionsmotoren verwendbar

    Wenn Wechselstromstrom angefordert wird, um einen Fernsehapparat, einen Computer oder eine kleine elektrisches Gerät laufen zu lassen, kann diese Art des Inverters verwendet werden.  Die Energie hängt von der nominalen Energie der Last ab (für 19 Zoll Fernsehgeräte ist ein 200 W Inverter genügend).

    Geänderte quadratische Welleninverter: Sie sind hoch entwickelter und kostspielig, und sie verwenden Pulsbreitenmodulationtechniken (PWM):  die Breite des Impulses wird geändert, um so nahe wie möglich an einer sinusförmigen Wellenform zu sein. Der Ausgang ist nicht durchaus eine Annäherbahre sinusförmige Welle. Die Harmonik ist niedriger als mit einer quadratischen Welle.  In der Abbildung wird sie im Blau dargestellt. Diese Inverter stellen das beste Preis/Leistungsverhältnis für Beleuchtungen, Fernsehapparate oder Frequenzumrichter dar.  Ein Beispiel dieser Art der Inverter ist das SM-1500.

    Sinuswelleninverter: mit mehr ausgearbeiteter Elektronik kann eine Sinuswelle erreicht werden. Bis vor kurzem waren diese Inverter groß, kostspielig und hatten einen niedrigen Wirkungsgrad (manchmal nur 40%). Vor kurzem sind neue Sinuswelleninverter mit einem Wirkungsgrad von 90% oder mehr, in Abhängigkeit von der Energie, wie z.B. das S-1200 entwickelt worden. Die Mikroprozesstechnik hat neue Optionen, wie z.B. Fernbedienung, Energiezählmodus, Batterieauswahl u.v.m. mit sich gebracht. Deswegen sind die Kosten auch höher als bei normalen Invertern.

    Da nur Induktionsmotoren oder die hoch Entwickeltesten Vorrichtungen oder Lasten eine sinusförmige Wellenform erfordern, ist es normalerweise vorzuziehend, einen weniger kostspieligen und dafür leistungsfähigeren Inverter zu benutzen.  In naher Zukunft werden sich auch die Kosten für die Sinuswelleninverter verringern, dadurch wird ihre Anwendung mit Sicherheit erhöht.
 

    Die Inverter sollten in zwei Gruppen aufgeteilt werden. Die erste zieht die elektrische Energie in Betracht (gemessen in den Watt) die der Inverter während des normalen und Dauerbetriebs liefern kann.

    Ein Inverter ist auch weniger effizient wenn er nur mit einem geringen Prozentsatz seiner Leistung arbeitet. Aus diesem Grund ist es nicht ratsam den Inverter zu überdimensionieren sondern er sollte möglichst genau auf seine Leistung abgestimmt sein.
Die zweite Gruppe von Inverter nutzt die Anlassleistung. Einige Inverter können mehr als ihre nominale Kapazität für kurze Zeitabschnitte liefern. Diese Schwankungskapazität ist wichtig, wenn man Motoren oder andere Lasten verwendet, sie benötigen 2 bis 7 mal soviel mehr die Energie zum Anlassen als um die in Kraft zu behalten (Induktionsmotoren, Lampen der hohen Energie...).
 

    Eine Last ist jeder mögliche Abnehmer, der Energie in einem elektrischen System verbraucht.  Geräte und elektrische Abnehmer im allgemeinen, werden in zwei grosse Gruppen Lasten geteilt: resistiv und induktiv.Widerstrebende Lasten sind einfach die, welche die Elektrizität verwenden, um Hitze und nicht Bewegung zu produzieren.  Typische Lasten dieser Art sind Weißglühende Lampen oder elektrische Heizungen.

    Induktive Belastungen sind im Allgemeinen die, in denen die Elektrizität Spulen durchfließt.  Sie sind normalerweise Motoren, wie Ventilatoren oder Kühlräume; oder Transformatoren, dies sind in den meisten elektronischen Abnehmer, wie Fernsehapparate, Computern oder Leuchtstofflampen.
 

    Wegen der tatsächlichen Eigenschaften der photovoltaischen Systeme, in denen die Kapazität des Energiespeichers begrenzt ist, sollten die Beleuchtungsvorrichtungen von der hoher Leistungsfähigkeit und von niedrigen Verbrauch sein, um die Verbrauchzeit zu maximieren. Die besten sind elektronische Lampen, diese haben die gleichen leuchtenden Fähigkeiten wie herkömmliche Weißglühende Lampen, aber ihr Energieverbrauch liegt ungefähr bei  80% weniger und ihre Lebenszeit ist 8mal so lang.
Dies liegt daran, dass bei den Weißglühenden Lampen 95% der Energie in Hitze umgewandelt wird, und nicht in Licht. Elektronische Lampen hingegen produzieren viel weniger Hitze und wandeln ca. 30% der Energie in Licht um. Es können auch herkömmliche Leuchtstoffröhren verwendet werden, sollten jedoch immer von elektrischen Ballasten begleitet werden.
 

    Ein herkömmliches Solar Pumpsystem  besteht aus PV-Modulen, Batterien, einem Inverter (wenn erforderlich) und der Pumpe.  Im direkten Pumpvorgang durch Solarenergie ist kein Aufladungssteuerpult keine Batterien, und ein preiswerterer Inverter anstatt eines herkömmlichen vorhanden. Dieses verringert die Installationskosten und den Wartungsbedarf.  Andererseits kann dieses System nur während der Tageszeit arbeiten. Bei manchen Installationen ist es also notwendig das Wasser in einem Behälter oder Reservoir zu speichern. Dies ist im Prinzip das gleiche wie bei Batterien. Bei Batterien wird die Energie gespeichert um auf sie zurückzugreifen wenn sie fehlt, bei einem Wasserreservoir greift man auf das Wasser zu wenn die Pumpe nicht arbeiten kann.Wenn das direkte Pumpsystem eine Verdrängerpumpe benutzt, ist die energische Leistungsfähigkeit fast doppelt so hoch wie die eines herkömmlichen Pumpsystems, d.h. die Zahl der photovoltaischen angeforderten Module halbiert sich und obwohl die Pumpe teurer ist werden Einsparungen infolge der Module gemacht.
 

Eine Brennstoffzelle ist ein elektrochemischer Vorgang, welcher Elektrizität aus chemischer Energie erzeugt. Seine Struktur des Ablaufs ist der der Akkumulatoren, welche allgemein in der Solarenergietechnik benutzt werden, sehr ähnlich:  Sie besteht aus einer Säure des Elektrolyts (alkalisches, phosporic, einem flüssigen Karbonat oder einem festen Oxid) und zwei Elektroden.  Die Anode ist inmer im Kraftstoff (normalerweise Wasserstoff) und in der Kathode im Oxydationsmittel (normalerweise Sauerstoff). Beide Elektroden haben sehr poröse Oberflächen und sind in Verbindung mit dem Überdruckdruck und der Temperatur reaktionsfördernd. Der Überrest der Reaktion ist heißes wassert.  Die Kraftstoffzellen, die mit phosporic Säure gebildet werden, haben eine Leistungsfähigkeit von 40% und eine Arbeitstemperatur von 200ºC.  Die allgemeinen Maßeinheiten erzeugen ungefähr 200 Kilowatt.