Photovoltaik mit FutureFox: Schäden am PV-Modul verhindern

Bypassdioden in Photovoltaikmodulen haben die Aufgabe, die Leistungsausbeute zu maximieren und Schäden am Modul zu verhindern, insbesondere bei Teilverschattung. Ihre Hauptaufgaben sind:

1. Vermeidung von Hotspots

• Bei Verschattung eines oder mehrerer Zellen eines Moduls kann es zu Hotspots kommen, da die verschatteten Zellen den Stromfluss im gesamten Strang behindern und Wärme erzeugen.
• Die Bypassdioden leiten den Strom an den verschatteten Zellen vorbei, sodass diese nicht überhitzen und beschädigt werden.

2. Reduzierung von Leistungsverlusten

• Ohne Bypassdioden würde eine verschattete Zelle den Stromfluss des gesamten Strings blockieren oder stark reduzieren.
• Durch die Bypassdioden wird der Strom um die verschatteten Zellen herumgeleitet, wodurch der Leistungsverlust minimiert wird.

3. Erhöhung der Systemzuverlässigkeit

• Bypassdioden verhindern, dass verschattete Zellen oder Modulstränge die gesamte Anlage beeinträchtigen.
• Sie sorgen dafür, dass die verbleibenden unverschatteten Zellen oder Module weiterhin effizient arbeiten können.

4. Schutz vor Rückstrom

• In einem String mit mehreren Modulen kann es bei Verschattung eines Moduls passieren, dass Strom aus anderen Modulen rückwärts durch die verschatteten Zellen fließt. Dies könnte die Zellen beschädigen.
• Bypassdioden blockieren diesen Rückstrom und schützen das Modul.

5. Unterstützung bei Teilausfällen

• Wenn einzelne Zellen oder Bereiche eines Moduls beschädigt sind, sorgen Bypassdioden dafür, dass die restlichen Zellen weiterhin Strom erzeugen können, ohne den gesamten Stromfluss zu unterbrechen.

Typische Anordnung:

• In den meisten PV-Modulen werden mehrere Bypassdioden verwendet, die jeweils für eine bestimmte Gruppe von Zellen (z. B. 18–24 Zellen) zuständig sind. Dadurch kann der Stromfluss nur in den betroffenen Zellen umgeleitet werden, während der Rest des Moduls normal funktioniert.

Diese Funktionen machen Bypassdioden zu einem unverzichtbaren Bauteil moderner PV-Module, um Effizienz, Langlebigkeit und Sicherheit zu gewährleisten.

Der MPPT-Tracker (Maximum Power Point Tracker) hat die Aufgabe, den Betrieb von Photovoltaik(PV)-Strings so zu steuern, dass die maximale Energieausbeute erzielt wird. Er ist ein zentraler Bestandteil von Wechselrichtern oder Ladereglern. Die Hauptaufgaben des MPPT-Trackers sind:

1. Ermittlung des Maximum Power Points (MPP):

• Der MPP ist der Punkt, an dem eine PV-Anlage die maximale Leistung (Watt) liefert.
  • Dieser Punkt hängt von der Kombination aus Strom (I) und Spannung (U) der Solarmodule ab.
  • Der MPPT-Tracker berechnet kontinuierlich den optimalen Punkt, an dem Spannung und Strom die maximale Leistung erzeugen.

2. Anpassung der Betriebsspannung:

• Solarmodule haben eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie (I-U-Kurve). Die optimale Spannung variiert je nach:
  • Sonneneinstrahlung
  • Temperatur der Module
  • Belastung durch Verbraucher
• Der MPPT-Tracker passt die Eingangsspannung des Wechselrichters oder Ladereglers dynamisch an, damit die Module immer am optimalen Punkt arbeiten.

3. Maximierung der Energieausbeute:

• Ohne MPPT-Tracker könnten PV-Module nicht immer am MPP arbeiten, was zu erheblichen Energieverlusten führen würde.
• Der Tracker stellt sicher, dass unabhängig von den äußeren Bedingungen (z. B. Verschattung, wechselnde Einstrahlung) immer die maximale Energie aus dem PV-String entnommen wird.

4. Kompensation von Verschattungen oder ungleichen Modulen:

• Bei Teilverschattung oder unterschiedlich orientierten Modulen (z. B. Ost/West) können die einzelnen Strings unterschiedliche MPPs haben.
• Wechselrichter mit mehreren MPPT-Trackern können für verschiedene Strings jeweils den optimalen Betriebspunkt finden, um Leistungsverluste zu minimieren.

5. Wandlung der Leistung für Verbraucher oder Netz:

• Der MPPT-Tracker sorgt dafür, dass die erzeugte Energie effektiv genutzt wird:
  • Bei Netzeinspeisung wird die Leistung auf die Netzanforderungen angepasst.
  • Bei Batteriespeichern wird die Energie mit optimaler Spannung und Strom geladen.

Vorteile des MPPT-Trackers:

1. Höhere Energieerträge: Bis zu 30 % mehr im Vergleich zu Systemen ohne MPPT, besonders bei wechselhaften Wetterbedingungen.
2. Flexibilität: Ermöglicht die effiziente Nutzung auch unter suboptimalen Bedingungen (z. B. Teilschatten, variierende Sonneneinstrahlung).
3. Systemeffizienz: Reduziert Energieverluste und optimiert die Nutzung der PV-Module.

Zusammenfassend sorgt der MPPT-Tracker dafür, dass die PV-Module unabhängig von den äußeren Bedingungen immer mit der höchstmöglichen Effizienz arbeiten.

Die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaik(PV)-Anlage wird erheblich von der Größe und dem Einsatz eines Batteriespeichers beeinflusst. Nachfolgend sind die wichtigsten Aspekte dargestellt, wie die Batteriespeichergröße die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage beeinflusst:

1. Einfluss auf die Autarkie

• Kleiner Speicher (z. B. 5 kWh):
  • Gut geeignet für Haushalte mit geringem bis mittlerem Stromverbrauch.
  • Speichert überschüssige PV-Energie und deckt typischerweise Abend- und Nachtverbrauch ab.
  • Autarkiegrad: Ca. 50–60 %, je nach Verbrauchsmuster und PV-Anlagengröße.
• Großer Speicher (z. B. 10–15 kWh):
  • Eignet sich für Haushalte mit hohem Stromverbrauch, z. B. durch Wärmepumpe, Elektroauto oder größere Familien.
  • Höhere Speicherkapazität ermöglicht die Deckung von Strombedarf über längere Zeiträume, auch bei geringerer PV-Produktion (z. B. an bewölkten Tagen).
  • Autarkiegrad: Kann auf 70–80 % oder mehr steigen.
• Sehr großer Speicher (>15 kWh):
  • Macht bei sehr hohem Verbrauch oder wenn zusätzliche Verbraucher wie Pools, Klimaanlagen oder Ladestationen berücksichtigt werden, Sinn.
  • Autarkiegrad: 85 % und höher möglich.
  • Wirtschaftlich oft weniger attraktiv, da zusätzliche Speicherkapazität teurer wird, während der Mehrwert für den Eigenverbrauch abnimmt.

2. Einfluss auf die Stromkosten

• Kleiner Speicher:
  • Verhindert geringe Überschüsse, die ins Netz eingespeist werden.
  • Höhere Stromkosten durch gelegentlichen Netzbezug, wenn der Speicher leer ist.
• Großer Speicher:
  • Reduziert die Netzabhängigkeit stärker und senkt den Strombezug, insbesondere in den Abend- und Nachtstunden.
  • Kann günstige Strompreise durch Lastverschiebung nutzen (bei variablen Tarifen oder Nachtstrom).
• Sehr großer Speicher:
  • Kann den gesamten Verbrauch über mehrere Tage decken, ist jedoch teuer in der Anschaffung.
  • Begrenzte zusätzliche Einsparungen im Vergleich zu mittleren Speichern.

3. Wirtschaftlichkeitskennzahlen

Amortisationszeit:

• Kleiner Speicher: Kürzere Amortisationszeit (8–12 Jahre), da die Investitionskosten geringer sind.
• Großer Speicher: Längere Amortisationszeit (10–15 Jahre), da der Mehrwert durch den zusätzlichen Speicherplatz oft geringer ist als die Kosten.
• Sehr großer Speicher: Sehr lange Amortisationszeiten (>15 Jahre), da die Kosten stark ansteigen, aber der wirtschaftliche Nutzen begrenzt bleibt.

Stromgestehungskosten:

• Kleiner Speicher: Geringere Stromgestehungskosten, da Investitionskosten niedriger sind.
• Großer Speicher: Etwas höhere Stromgestehungskosten, da die Speicherkomponente einen größeren Anteil an den Gesamtkosten hat.
• Sehr großer Speicher: Erhöhte Stromgestehungskosten, da die zusätzliche Kapazität wirtschaftlich ineffizient wird.