Insel-Solaranlage

Erstellt am 03.05.2013

Grüner Strom aus blauer Zelle

Eigentlich halte ich ja von dieser ganzen Solarmanie nichts. Aber das ganze hat auch seinen Vorteil: Man kommt derzeit unglaublich günstig auch an Leistungsstarke Zellen. Nachdem ich bei Quoka über Solarzellen gestolpert war, die laut Verkäufer noch ca. 80 W (von ursprünglich 160 W) liefern und das zu einem günstigen Preis, hab ich mir dann doch mal zwei dieser Ungetüme angeschafft. Die Zellen stammen aus einer großen Anlage, die der Verkäufer auf seinem Dach hatte. Aber nach 10 Jahren waren die Zellen inzwischen fleckig geworden und bringen eben nur noch die Hälfte der Nominalleistung. Für meine Testzwecke sollte das aber noch dick reichen. Außerdem konnte ich mir die Panele aussuchen bei denen noch die wenigsten Flecken aufgetreten waren. Geht man davon aus, dass die Zellen mit flecken komplett ausgefallen sind, habe ich so mit den beiden Platten jetzt etwa eine Nominalleistung von guten 200 W zur verfügung. Genug, um auch bei grauem Wetter noch reichlich Leistung zu beziehen.

Geplant ist diese ganzen Standby-Verbraucher, wie Internetradio, Router, Modem, Switches einmal über die Panele zu betreiben. Weiterhin ist geplant einen MPPTracker - einen Maximum Power Point Tracker - zu verwirklichen. Dieser passt quasi den Innenwiderstand des Verbrauchers immer so an, dass die maximale Leistung aus der Zelle entnommen wird. Denn die Spannung, bei der eine Solarzelle ihre maximale Leistung abgibt, ist abhängig von der Beleuchtungsstärke und kann sich um einige Volt verschieben. Ist der Innenwiderstand des Verbrauchers zu klein wird die Spannung auf U = Ri*I abgesenkt und damit auch die Leistung P = I^2*Ri. Daher passt der MPPTracker den Arbeitspunkt immer so an, dass der maximale Strom bei der maximalen Spannung entnommen werden kann.
Maximum Powerpoint einer Solarzelle

Die Konstruktion

Zunächst aber galt es, die Panele überhaupt erstmal günstig auszurichten und zu verkabeln, sodass der Strom ins Haus kommt. Dazu bot sich das Garagendach hervorragend an, nachdem es bereits richtung Süden ausgerichtet war. Leider ist das ganze nur ein Flachdach, sodass noch ein Gerüst entstehen musste, auf dem die Panele im richtigen Winkel ruhen können. Im Internet gibt es zum Glück eine Vielzahl an Tools, mit denen sich der Winkel für den entsprechenden Breitengrad bestimmen lässt. Aus Dachlatten vom Baumarkt entstand dann an zwei Nachmittagen ein Holzgerüst, auf dem die Panele nun liegen. Das ganze musste doch recht massiv werden, da die Panele jeweils gut 35 kg wiegen und natürlich auch nicht beim nächst besten Sturm davon geweht werden sollen.

Dachlatten Wiese Konstruktion fertig
Hier beim Zusammenschrauben und Lasieren Die fertig eingepassten Module auf dem Garagendach mit Dachpappenschutz, um allzu schnelles Verwittern zu verhindern. Man erkennt den hellen Felck auf der Zelle, weshalb sie nicht mehr die volle Leistung bringt.

Freunde von Metall werden jetzt sicher sagen, dass das eine windige Holzkonstruktion ist. Das würde ich auch, allerdings erhält das Ganze durch die Panele eine große Festigkeit, da diese ein seitliches verschieben verhindern.

Die beiden Panele sind über eine Shottky(-doppel-)Diode mit einander verbunden, sodass ein Panel nicht das andere mit Strom versorgen kann und auch kein Strom aus einem Verbraucher zurück fließen kann. Weiter geht es dann über ein gewöhnliches, zweckentfremdetes Verlängerungskabel zu meiner Kellerlüftung durch die das Kabel ins Haus gelangt.

Wenn die Sonne lacht...

...dann lache auch ich! Denn haltet euch fest! Für jede Stunde Sonnenlicht, spare ich im Moment ganze 10 Wh! :D (An einem Sommertag sind das immerhin bis zu 12h, also immerhin 120 Wh, sprich in 10 Tagen etwa 1,5 kWh und d.h. bei einem kWh-Preis von 25ct/kWh hätte ich - oder das Milchmädchen - nach einem Monat dann schon fast einen Euro gespart; da kann man sich dann an heißen Tagen auch mal ein Eis gönnen). Zu Testzwecken habe ich nämlich meine VIP1710, die im Keller für das Licht und die IR-Tastatur zuständig ist, an eine provisorische Solarsteuerung gehängt. Die Steuerung übernimmt derzeit die Aufgabe zwischen giftigem Atomstrom, wenn keine Sonne scheint und reinstem Ökostrom, wenn die Sonne scheint, umzuschalten. Dazu wird die Panelspannung über einen Spannungsteiler auf ein erträgliches Maß herunter gespannt - von 0 - 40 V auf etwa 0 - 5 V. Diese Spannung geht dann in einen Operationsverstärker in Hystereschaltung; auch als Schmitt-Trigger bekannt. Die Hysterese bewirkt, dass ab ca. 39 V Panelspannung auf Solarstrom geschaltet wird und bei absinken unter 12 V auf Atomstrom. Das ist deshalb nötig, da beim Zuschalten eines Verbrauchers die Panelspannung immer ein Stück absinkt. Wenn man jetzt bei exakt 39 V schalten würde, hätte dies zur Folge, dass die Spannung unter 39 V sinkt und damit gleich wieder zurück geschaltet wird -> das ganze fängt schön zu schwingen an. Mit der Hysterese kann man das Verhindern. Der recht hohe Wert von 39 V ist nötig, da die Panele auch schon bei sehr geringer Beleuchtungsstärke zunächst eine große Spannung aufbauen. Unter last bricht diese dann aber auf wenige Volt zusammen. Daher habe ich auch für die Zeit, in der das Panel keinen Strom liefert (weil eben nicht genug Licht einfällt) noch einen 3 W Widerstand eingebaut, der Verhindert, dass die Leerlaufspannung zu hoch wird und der Schalter zu früh umschaltet.
Die Panelspannung wird dann einfach in einen 5 V Schaltregler gespeist, der von 8 - 80 V alles frisst. Scheint nicht genug Sonne, kommt der Strom aus einem gewöhnlichen 230 V Schaltnetzteil.
Über das Potentiometer lässt sich die Hysterese einstellen. Da ich einen invertierenden Schmitt-Trigger aufgebaut habe, muss das Ausgangssignal noch durch eine zusätzliche Transistorstufe invertiert werden. Das habe ich über einen Optokoppler verwirklicht, um hier evtl. auch in Zukunft einen anderen Stromkreis verwenden zu können. Hinter dem Relais ist noch ein großer Elko untergebracht, um beim Umschalten den Stromfluss zu überbrücken.

Umschalter Schaltplan
Schaltplan im EAGLE-Format

In Zukunft

Zunächst möchte ich auch erstmal noch meine Fritz!Box und das Modem mit Solarstrom versorgen. Interessant wäre sicher auch den VDR-Server damit zu betreiben, allerdings ist der DVB-t-Empfang im Keller sicher nicht der beste.
In fernerer Zukunft ist natürlich der MPPTracker vorgesehen, der in noch fernerer Zukunft auch Akkus laden können soll, wenn mehr Solarstrom zur Verfügung steht, als verbraucht werden kann.

Faszinierend finde ich an dem ganzen Projekt, dass dies eine Insellösung darstellt; Bei den großen Anlagen auf dem Dach ist man immer auf ein Netz angewiesen, das den 'Takt' vorgibt. Wenn man mir den Saft abdreht, häng ich einen Wechselrichter dran und hab Strom, zumindest für ein paar Stunden. Die Apokalypse kann kommen :D

Weiter zum 2. Teil: Hier erkläre ich euch, wie ich die Leistungsmessung verwirklicht habe.

Seitenanfang