Arbeitsgruppe Autarke Systeme

Die Arbeitsgruppe Autarke System befasst sich mit der technischen Realisierung einer Grundversorgung im Falle einer Notsituation (Bondcrash, Bürgerkrieg, Naturkatastrophen). Es geht nicht um Theorien sondern um praktische Bauanleitungen und konkrete Umsetzung. Dafür ist reichlich handwerkliches Geschick notwendig.

Schritt 1 Autarke Stromversorgung mit Photovoltaik

Begriffsbestimmung: Unter autarker Stromversorgung verstehen wir nicht nur ein stundenweises Backup, sondern die langfristige Versorgung ohne Energieversorgungsunternehmen (EVU) bei nur wenig Umstellung der Lebensgewohnheiten und vergleichsweise bezahlbarem Aufwand.

Grundlagen der Photovoltaik

Wir rechnen in der Photovoltaik mit Watt Peak (kurz Wp). Der praktisch relevante Wert von Watt Peak meint einen 80% median gemittelten und wiederholbaren Spitzenwert einer Solaranlage bei einer Bestahlung von 1000W/m² mit dem genormten Spektrum AM 1,5 und bei 25 °C. Laborwerte nützen in der Praxis bekanntlich wenig.

80% median gemittelt heist, wir sortieren alle übers Jahr gesammelten Meßwerte zu einer bestimmten Uhrzeit nach der Größe und schneiden dann rechnerisch vorn und hinten 10% ab und aus der verbleibenden Mitte rechnen wir das artithmetische Mittel aus. Links und rechts von der Mitte finden sich extreme Witterungslagen oder ungewöhnliche Bevölkungen , die ein vernüftiges Mittelwertergebnis verfälschen würden und deren Energieschwankungen die Pufferbattarie ausgleicht., also ohne schlechtes Gewissen herausgerechnet werden können, denn wir wollen ja jederzeit vorzeigbare Planungswerte bekommen und diese Werte sammeln sich in der Mitte der sortierten Reihe als Häufungspunkt..Der Hersteller gibt nur Laborwerte bei optimalem Winkel an.

Je höher die Temperatur, desto schlechter ist die Ausbeute.

Theoretisch liefert die Sonne ca. 1300 W/m², doch dieser Wert ist praktisch nicht vorführbar und damit nicht sicher wiederholbar, davon 70% ist in Mitteleuropa ein Wert mit dem man hausieren gehen kann. Deswegen die Normierung auf 1000W/m² Beleuchtung.

Es gibt monokristaline, polykristaline Panele mit 70-80% Deckungsgrad und Hochleistungspanele mit 90% und mehr Deckungsgrad..

Die monokristalinen sind die etwas besseren, wenn ihr wenig Platz auf dem Dach habt. Handelsübliche Solarpanele mit 1-2qm liefern Leistungen von 150-320 Wp. Der Wirkungsgrad liegt bei knapp 17%, also erhalten wir aus 1000W/m² Beleuchtung etwa 170Wp pro Quadratmeter, aber nur bei einem Hochleistungsmodul.

Normale monokritalinie Module liegen bei 135 Wp/m² und polykristaline Module bei 125Wp/m². Mit einem Perpetuum Mobile wird es bei Solarpanelen also nicht klappen.

Die Versuchsanlage hat 4 Panele zu je 275 Wp von Hecker Solar Black Monokristallin.

Somit stehen rein rechnerisch 1100 Wp zur Verfügung, aber eben nur mittags im Sommer für wenige Stunden und damit kann man nicht vernünftig planen.

Die Planung der installierten Leistung (Wp)

Ab 7kWp pro Anlage also pro Haushalt will die Politik krankmachende Smartmeter für den Eigenverbrauch vorschreiben, ab 10kWp will die Politik auch noch Geld für den selber erzeugten Strom sehen und da sind wir nicht mehr wirklich autark, also bleiben wir drunter.

Im ersten Schritt muß man den mittleren Grundbedarf an Elektroenergie an Durchschnittstagen mit 50% Ertrag ermitteln und dazu 250Wp für Ladung der Pufferbattarien für den üblichen Nachtbedarf addieren. Der Nachtbedarf deckt Nachlicht, Toilettenlüftung, Fön, Rasierer, Radio und Kaffeemaschine ab, jedoch keine Großverbraucher.

Alles was viel Strom braucht muß mit Zeitschaltuhr tagsüber betrieben werden, also Kühlschrank, Waschmaschine, Warmwasserkessel.

Wenn also nach Abzug der 250Wp von 1100 Wp etwa 850 Wp übrig haben, dann ist der halbe Wert davon, was man bei Ottonormalwetter von der Solaranlage tagsüber zu erwarten hat.

In der Planung muß man den Planungswert an benötigten Panelen mindestens verdoppeln und dabei berücksichtigem, daß in 10 Jahren nur 80% der installierten Leistung durch Alterung zur Verfügung steht.

Die Planung der zu installierenden Inverter

Eingangsseitig gleichspannungsgespeiste Inverter wandeln Gleichspannung in Wechselspannung oder Drehstrom um.

Es gibt drei grundsätzliche Typen von solchen Invertern, nämlich Inverter für Battariespannung zu Netzspannung sowie Offgrid-Inverter und Tiegrid-Inverter jeweils für Solarspannung zu Netzspannung und diese drei Typen wiederum als Varianten für Gleichspannung, Wechselspannung oder Drehstrom.

Wenn wir rein autarke Inverter nehmen würden und uns dann später doch wieder für einen Wiederanschluß an das öffentliche Netz entscheiden, dann wird es beim Anlegen der Netzspannung vermutlich die Inverter abrauchen. Inverter dieses Typ nennen sich Offgrid-Inverter und sind für den reinen Inselbetrieb. Falls diese Inverter eine Netzvorrangschaltung NVS haben, dann schalten sich diese Inverter komplett ab wenn Netzspannung anliegt, auch Landstrrom genannt. Teilweise laden diese Inverter auch bei anliegender Netzspannung die Battarie nach. Diesen Typ Inverter finden wir in Caravans, auf Booten und auf Inseln ohne Stromnetz.

Wenn wir Inverter nehmen, die bei anliegendem Netz, Strom über einen Zweirichtungszähler  in das Netz einspeißen, dann werden diese Inverter nicht funktionieren wenn kein Netz mehr anliegt. Inverter dieses Typ nennen sich Tiegrid-Inverter. Bei einen Tiegrif-Inverter bleibt der Zähler einfach stehen wenn mehr Solarenergie erzeugt wird als entnommen wird. Ohne Zweirichtungszähler wird also Energie in das Netz gespeist ohne Vergütung. Deswegen werden solche Anlagen auf den doppelten, mittleren Bedarf ausgelegt und die Spitzen mit Battariepufferspeichern aufgefüllt.

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(wird fortgesetzt)