Solarmodule für Wohngebäude: Schaffung eines Ökosystems für weitere Optimierung und Nachhaltigkeit

Die Solarenergiebranche wächst weiter. Selbst in einer weltweiten Rezession setzen die größten PV-Hersteller ihre Expansionspläne fort. Longi Solar zum Beispiel hat vor kurzem ein innovatives neues Modul vorgestellt, das auf der TOPCon n-Typ Technologie basiert.

Dieses Modul zeichnet sich durch einen besseren Wirkungsgrad (2-3 % besser als PERC) und vielversprechende langfristige Erträge aus (geschätzte Leistung von 87,40 % nach 30 Jahren). Auf der anderen Seite versuchen Unternehmen wie Tongwei, die Effizienz zu verbessern und die Kosten zu senken. Tongwei konzentriert sich in erster Linie auf HJT-Ausbaupläne für die nahe Zukunft.

Wir können nicht genau vorhersagen, welche dieser Technologien sich durchsetzen wird. Zum jetzigen Zeitpunkt können wir feststellen, dass die Hersteller versuchen, sich in Richtung n-Typ-Solarzellen zu bewegen. Sowohl die allgemeine Markttendenz, größere Wafer zu bauen wie auch das höhere Leistungsniveau scheinen jedoch das Gleichgewicht in Richtung p-Typ PERC zu verschieben. Außerdem ist die PERC-Technologie trotz der vielen Versuche sogenannter n-Typ-Kenner immer noch kostengünstiger.

Solarzellen werden jedoch nicht nur für industrielle Zwecke entwickelt. Auch die Solartechnik für Privathaushalte ist gefragt, da die Menschen nach neuen Wegen suchen, um nachhaltige Energie zu erzeugen und die Kosten zu senken.

In diesem Zusammenhang ist es wichtig, die Bedürfnisse und die Sicherheit der Bewohner sowie andere Faktoren wie staatliche Auflagen usw. zu berücksichtigen. Im Folgenden stellen wir die neuesten Technologien vor, mit denen man ein Haus effizient mit Solarenergie versorgen kann.

Wechselrichter für Optimierung und Sicherheit

Die Sicherheit ist ein sehr wichtiger Bestandteil eines elektrischen Systems. Aus diesem Grund schreibt der US National Electric Code (Artikel 690) vor, dass Wechselrichter für Solarmodule über eine “Schnellabschaltfunktion” verfügen müssen. Dank dieser Funktion stellen die Module die Stromabgabe ein, wenn das System abgeschaltet wurde.

Wechselrichter haben zwei Hauptfunktionen:

  • Sie erzeugen Strom: Sie wandeln Gleichstrom in Wechselstrom um und ermöglichen so einen Stromfluss, der die Geräte im Haushalt versorgt.
  • Sicherheit: Der Wechselrichter muss die Energiezufuhr unterbrechen, wenn das System aus irgendeinem Grund abgeschaltet wurde. In den USA wurde dies als obligatorische Sicherheitsmaßnahme eingeführt, was Unternehmen wie Enphase und SolarEdge Auftrieb gab. Diese Unternehmen beherrschen heute den Solarmarkt für Privathaushalte, auch dank der Einführung der “Schnellabschaltung”.
Quelle: John Fitzgerald Weaver, 24. Juni 2021

Nichtsdestotrotz. Moderne Wechselrichter verfügen über neue Funktionen, die zur Optimierung des Energieflusses beitragen können. Wechselrichter können die Leistung der Module optimieren und die Stromerzeugung maximieren. Die beiden größten Hersteller von Wechselrichtern haben in Bezug auf die Funktionalität unterschiedliche Ansätze gewählt.

Energieoptimierung mit einem Wechselrichter

Mikro-Wechselrichter: Wie bei allen Wechselrichtern besteht auch bei den Mikrowechselrichtern die Hauptfunktion darin, die Energieerzeugung zu optimieren, auch wenn die Module weniger Licht erhalten. Dies kann durch den Winkel der Module auf dem Dach, die Jahreszeit, die Position im Schatten usw. bedingt sein. Mikrowechselrichter sind also kleine Wechselrichter, die hinter jedem Modul angebracht werden und direkt auf dem Dach Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln.

Optimierer: Genauso wie Enphase mit Mikrowechselrichtern arbeitet, bietet sein Hauptkonkurrent “Optimierer” an. Solar Edge verwendet intelligente Module, um die Paneele mit einem zentralen Wechselrichter zu verbinden. Diese Optimierer überwachen die Leistung der Panels und passen die Leistungspunkte an, um bessere Erträge zu erzielen. Anstatt den Strom in Wechselstrom umzuwandeln, halten die Optimierer eine konstante Gleichspannung aufrecht, während der Strom schwankt.

Beide Optionen sind darauf ausgelegt, den Stromversorgungsprozess zu optimieren, indem sie die einzelnen Module überwachen oder mit ihnen arbeiten. In einem Solarsystem hängt die Effizienz jedes einzelnen Moduls von der Leistung des vorherigen ab. Dank der Wechselrichter kann das System auch dann weiterarbeiten, wenn ein Modul ausfällt.

Quelle: Enphase
Enphase’s neuer IQ 7 Mikro-Wechselrichter ohne Adapterkabel und mit integriertem MC4

EV-Ladegeräte

Dies ist jedoch nicht der einzige innovative Ansatz von Solar Edge. Das Unternehmen hat in seine neuen Wechselrichter Autoladegeräte integriert. Offensichtlich sieht das Unternehmen die Zukunft der Solarenergie für Privathaushalte in einem umfassenden Service. Es ist bestrebt, ein Produkt zu schaffen, das alle Bedürfnisse eines Durchschnittsbürgers oder einer Familie abdecken kann.

Sie glauben so sehr an diese Zukunft, dass sie ein Elektroautounternehmen und ein Batterieunternehmen gekauft haben.

Die Wechselrichter von Solar Edge sind speziell für das Aufladen von Elektroautos konzipiert. Dieses innovative Instrument heißt “Excess PV” und funktioniert nach einem einfachen Prinzip.

Tagsüber nutzt der Wechselrichter vorrangig Sonnenenergie, um das Haus mit Strom zu versorgen. Die Energie, die übrig bleibt (oder “überschüssig” ist, daher der Name “Excess PV”), wird in das Auto geleitet. Das Wichtigste dabei ist, dass das Auto in diesem Moment nicht über das Stromnetz aufgeladen wird.

Die Menge der verfügbaren Energie hängt vom Stromverbrauch des Haushalts ab. Obwohl der Wechselrichter auf maximale Optimierung ausgelegt ist, kann es notwendig sein, das Auto zeitweise mit fossilen Brennstoffen zu laden.

Die Nutzer sollten auch überlegen, welche Art von Ladegerät sie benötigen. Viele Unternehmen bieten verschiedene Produkte für die Stromversorgung von Autos an, und die Kunden müssen wissen, was sie kaufen.

Es gibt zwei Haupttypen von Ladegeräten: Level 1 und Level 2. Der Unterschied liegt vor allem in der Effizienz, die man mit einer Ladung erreicht.

Fahrzeuge, die mit Geräten der Stufe 1 aufgeladen werden, können etwa 3 bis 5 KmH pro Stunde erreichen. Mit Stufe 2 hingegen können pro Ladestunde 12 bis 60 KmH erzielt werden.

Während Ladegeräte der Stufe 1 einfache Geräte sind (mit Standardsteckern an beiden Enden), sind die Geräte der Stufe 2 komplexer. Sie sehen aus wie ein Trockner oder ein Induktionsherd und erfordern in der Regel eine Sondergenehmigung für die dauerhafte Nutzung.

Diese Technologie ist so vielversprechend, sodass viele der großen Akteure sie in Betracht ziehen. Tesla zum Beispiel hat angekündigt, dass sie beabsichtigen, verschiedene Geräte zu integrieren und ein Solar-Ökosystem für Wohngebäude zu schaffen.

Es wäre nicht verwunderlich, wenn Tesla in Zukunft ein Solarstromprojekt mit einem Komplettpaket anbietet: ein Auto, ein Ladegerät und eine Autobatterie. Dies sind jedoch erst einmal nur Ideen, auch wenn Solaranlagen für Wohnhäuser derzeit an jedes Tesla-Autoladegerät angeschlossen werden können. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Solarprojekt von Tesla hergestellt wurde oder nicht.

Quelle: Charles Morris, 10. Oktober 2013
Die größten Energieversorgungsunternehmen erwägen, Autoladegeräte in die Wechselrichter ihrer Panels zu integrieren.

Das Auto als Notstromaggregat mit V2H-Technologie

Es gibt ein vielversprechendes Gerät namens V2H (“Vehicle to house”). Sein Hauptzweck besteht darin, ein ganzes Haus mit der Autobatterie zu versorgen. Dies kann in Notfällen oder bei Stromausfällen nützlich sein, da die Menschen dann ihre Autos als Notstromaggregate nutzen können.

Zwei große Unternehmen haben sich zusammengetan, um dieses Projekt in die Tat umzusetzen. Es handelt sich um Ford und Sunrun, die gemeinsam den elektrischen F-150 Lightning vorgestellt haben.

Dieses Fahrzeug wird mit einem 80-Ampere-Ladegerät ausgestattet und ist so konzipiert, dass es ein ganzes Haus allein mit seiner Batterie versorgen kann. Das Batteriesystem wird über 100 kWh verfügen, was mehr als genug ist, um ein Haus mehrere Tage lang zu versorgen.

Optionen für die Energiespeicherung

Energiespeicherung und Batterien sind Themen, die viele Nutzer von Solarmodulen beschäftigen.

Solarenergie ist zwar zuverlässig und kostengünstig, aber nicht immer stabil, da sie von den jahreszeitlichen und klimatischen Bedingungen abhängt. Daher brauchen Hausbesitzer ein zuverlässiges Speichersystem, welches ihnen hilft, sich auf Unvorhergesehenes vorzubereiten.

Das Hauptproblem besteht darin, dass die Energieversorgungsunternehmen nicht genügend finanzielle Unterstützung bieten, wenn es um die Speicherung von Energie in Wohngebäuden geht. Das macht Batteriespeicher ziemlich teuer.

Wenn man bedenkt, dass ein durchschnittliches Haus fast 10.000 kWh pro Jahr (27 kWh pro Tag) verbraucht, dann sollte eine Solaranlage auch so viel erzeugen. Eine Solaranlage sollte diese Menge trotz der saisonalen Schwankungen erzeugen.

Allerdings wird die Notstromversorgung in der Regel für Notfälle verwendet, so dass die gespeicherte Energie das Haus nicht ein ganzes Jahr lang am Laufen halten sollte. Die meisten heute erhältlichen Speichersysteme können ein komplettes Haus zumindest für ein paar Stunden mit Strom versorgen.

Es kann jedoch sein, dass Hausbesitzer in einem Notfall nicht das ganze Haus mit Strom versorgen müssen. Dies eröffnet die Möglichkeit der Speicherung und Energieoptimierung. Bei der Größe des Batteriespeichers können wir die folgenden Aspekte berücksichtigen:

  • Welche Bereiche des Hauses sollen während des Notfalls mit Strom versorgt werden, z. B. Kühlschrank, Notstromlampen (energieeffizient) usw.
  • Wie lange sollen die Geräte mit Strom versorgt werden? Dies kann je nach Bedarf und Bedingungen einige Minuten oder Tage dauern.
  • Wie viel von der Solarstromanlage wird für die Aufladung der Reserve verwendet? In diesem Fall sollte die relative Größe berücksichtigt werden.

Eine ausführlichere Beschreibung der Batterieoptionen würde den Rahmen dieses Artikels sprengen. Nichtsdestotrotz sind dies die grundlegenden Prinzipien, die bei der Einrichtung eines Batteriespeichers zu berücksichtigen sind

Quelle: Moxie, 23. März 2020
Auch wenn es zu diesem Zeitpunkt nicht kosteneffektiv ist, entscheiden sich viele Hausbesitzer für die Installation von Batterien als Notstromversorgung

Intelligente Paneele für eine bessere Optimierung

Um das Solar-Ökosystem zu vervollständigen, ist es möglich, spezielle intelligente Paneele zu verwenden. Diese sind das Tüpfelchen auf dem i und können in Kombination mit anderen Ressourcen die Stromversorgung eines Haushalts optimieren.

Diese Paneele werden in der Regel zwischen der Solaranlage, den Speicherbatterien und den elektrischen Geräten des Hauses installiert.

Span hat kürzlich ein einzigartiges Produkt auf den Markt gebracht. Dabei handelt es sich um ein intelligentes Paneel, das einen Schaltkreis bietet, der über ein Smartphone gesteuert werden kann.

Mit dieser Technologie können Hauseigentümer ihren Stromverbrauch mit programmierten Tools optimieren. Wenn ein Stromausfall eintritt, schalten diese Geräte den Stromkreis automatisch ab.

Der Hersteller “Sonnen” bietet modernste Speicherbatterien mit intelligenten Lösungen. Sie tragen dazu bei, dass das Stromsystem des Hauses reibungslos funktioniert. Ihre “eco”-Version kann ein ganzes Haus mit ihren Batterien betreiben und die Wetterbedingungen analysieren, den Energiepreis bewerten und den Stromverbrauch optimieren. Sie automatisiert viele Prozesse, wie z. B. das Ausschalten des Lichts, wenn man den Raum verlässt.

Quelle: © Andreas Weber/dreamstime.com, Britannica
Viele Menschen suchen nach einer nachhaltigen und erschwinglichen Stromquelle durch Solarenergie

Fazit

Mit der heutigen Technologie ist es bereits möglich, ein Solarstrom-Ökosystem zur Versorgung eines Wohnhauses zu schaffen.

Durch die Kombination einer effizienten Solaranlage, der richtigen Speicherbatterien, eines Autoladegeräts und einer intelligenten Schaltung zur Optimierung der Prozesse können die Menschen die Vorteile der Solarenergie nutzen.

Dies weist auf eine nachhaltigere Zukunft hin, in der die Menschen Strom aus erneuerbaren Quellen zu erschwinglichen Preisen beziehen können, ohne auf Komfort verzichten zu müssen.

Quellen

John Fitzgerald Weaver, June 24, https://pv-magazine-usa.com/2021/06/24/solar-101-the-brains-behind-the-beauty-of-your-solar-power-system/

John Fitzgerald Weaver, July 12, 2021, https://www.pv-magazine.com/2021/07/12/solar-101-accessorize-your-rooftop-pv-with-batteries-panels-and-ev-chargers/

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