Solarenergie: eine unerschöpfliche Energiequelle

Solarenergie: eine unerschöpfliche Energiequelle

Die Solarenergie ist eine Technologie zur Erzeugung von elektrischer Energie oder Wärmeenergie durch die Umwandlung von Sonnenenergie. Die Erzeugung von Elektrizität durch die Umwandlung Sonnenenergie bezeichnet man auch als Solarstrom oder auch als Photovoltaik.

Die Sonne ist eine unerschöpfliche Energiequelle. Solarmodule lassen sich sowohl auf dem Boden als auch auf den Dächern von Gebäuden platzieren. Das macht diese Stromerzeugungslösung sehr flexibel. Darüber hinaus benötigen Solarsysteme im Vergleich zu anderen Methoden und Technologien der Stromerzeugung relativ wenig Wartung.

Solarenergie kann überall auf der Welt und in allen Anlagengrößen genutzt werden: Das beginnt beim Outdoor-Rucksack für das Aufladen eines Smartphones und endet bei Solarmodul-Feldern mit mehreren Hektar Größe, die ganze Industriegebiete oder Städte mit Solarstrom versorgen können. Die solare Erzeugung ist für jeden zugänglich – für den Bürger zur Versorgung seines eigenen Hauses, für Landwirte für die Stromversorgung auf den Feldern, in Gewächshäuser oder zu Bewässerungszwecken oder für Betriebe und öffentliche Einrichtungen.

Im Gegensatz zu den traditionellen Energiequellen wie Kohle oder Gas ist die Sonne überall verfügbar. Immer sonniges Wetter mit direkter Sonneneinstrahlung ist nicht zwingend notwendig, um Energie zu erzeugen - selbst bei bewölktem Himmel wird Strom erzeugt.

Ein weit verbreiteter Irrtum ist, dass für die praktische Anwendung der Solarstromerzeugung die Umgebungstemperatur hoch sein muss. Dies ist keineswegs der Fall - die solare Stromerzeugung wird in heißen afrikanischen Ländern unter der sengenden Sonne ebenso erfolgreich eingesetzt und funktioniert reibungslos wie in kalten Regionen wie dem schneebedeckten Jakutien. Übrigens, dank der glatten Oberfläche des Schutzglases auf den Scheiben rutscht in der Regel eine kleine Menge Schnee von selbst von den Modulen ab.

Arten von Solarkraftwerken

Es gibt verschiedene Lösungen für die technische Konfiguration von Solarsystemen, je nach dem Zweck der Energienutzung und der Art des Endverbrauchers.

Große Solarkraftwerke, die Energie in das zentrale oder lokale Netz einspeisen als auch dezentrale netzunabhängige Lösungen sind weltweit sehr verbreitet. Bei Investitionen in neue Stromerzeugungskapazitäten stehen die Solarenergie und die Windenergie seit einigen Jahren weltweit an erste Stelle, wen es um den Neubau von Kraftwerken geht - vor Kohle, Öl, Gas oder Atomenergie.

In den letzten 20 Jahren wurde eine Fülle internationaler Erfahrungen bei der Nutzung von Solarsystemen für unterschiedliche Wetter- und geographische Bedingungen sowie für unterschiedliche Flächen, die für den Bau eines Solarkraftwerks vorgesehen sind, gesammelt. Auch wenn noch vor wenigen Jahren eine kundenspezifische Solarstromerzeugungslösung von Grund auf neu berechnet und ausgelegt werden musste, gibt es heute für fast jeden Fall fertige Konzepte, die vom Ingenieurbüro mit nur geringen Modifikationen an die spezifischen Gegebenheiten angepasst werden können.

Die Ausrüstung, die den Konstrukteuren und Verbrauchern auf dem Weltmarkt zur Verfügung steht, ermöglicht es, für fast jeden Bedarf eine passende Lösung zu finden. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Kosten einer Ausrüstung oft deren Qualität widerspiegeln, so dass die Wahl der billigsten und erschwinglichsten Ausrüstung auf dem Markt wegen des hohen Ausfallrisikos minderwertiger Teile nicht immer richtig ist. In diesem Fall gilt das Prinzip "geizig zahlt doppelt".

Im Rahmen des ENABLING-PV-Projekts wurden für die Planung und den Bau von Schaufensterprojekten in den russischen Regionen verschiedene Solarstromerzeugungsanwendungen in Betracht gezogen und unter Berücksichtigung des aktuellen Stands der Entwicklung des Solarstrommarktes in Russland und der bestehenden Maßnahmen zur Unterstützung von Photovoltaikprojekten einige der vielversprechendsten Arten von Solarstromerzeugungsanwendungen für russische Regionen ausgewählt.

Solche Anwendungen umfassen:

  • Photovoltaik-Parks mit bis zu 50 MW installierter Leistung, bei denen es sich um stromnetzgekoppelte Kraftwerke handelt

  • Netzferne (Insel) Lösungen für dezentrale Energiesysteme und vom Stromnetz abgekoppelte Verbraucher, beginnend bei einigen Kilowatt Leistung mit hin bis zu mehreren MW

  • PV-Systeme für den Eigenenergieverbrauch, die eine installierte Leistung von einigen bis zu mehreren hundert Kilowatt haben

  • An das Stromnetz angeschlossene Mikrogeneratoranlagen bis maximal 15 KW Leistung, die eine neue Art der Stromerzeugung für den russischen Verbraucher und eine weitverbreitete Variante der Stromerzeugung in den EU-Ländern, insbesondere in Deutschland, darstellen.

Außerdem wächst weltweit die Anzahl hybrider Photovoltaiksysteme mit Energiespeicherung (Batterie), die Energie in erster Linie für den Eigenverbrauch erzeugen, aber auch an das Netz angeschlossen sind. Diese sind in der Lage, überschüssig erzeugten Strom ins Netz zu liefern und bei Bedarf Energie aus dem Netz zu beziehen. Solche Systeme sind auch in der Lage, im Falle einer Unterbrechung der zentralen Stromversorgung autonom zu arbeiten.

Jede der oben genannten Anwendungen wird hier ausführlicher beschrieben.

Solarkraftwerke

Unter den Ausrüstungsherstellern herrscht heute ein hohes Maß an Wettbewerb, der sich in den letzten Jahren aktiv entwickelt und zu niedrigeren Preisen für Solarsystemkomponenten geführt hat. Unter den weltweit führenden Herstellern von Solarzellen und Solarmodulen ist in erster Linie China zu nennen. Dennoch hat sich in den letzten Jahren die Produktion von Modulen und ihren Bestandteilen in Russland entwickelt, was in erster Linie durch die russische Gesetzgebung und die Ausrichtung auf Importsubstitution gefördert wurde. Die Weltmarktführer in der Herstellung von hochwertigen Solarwechselrichtern kommen hingegen auch aus Deutschland, neben den asiatischen Ländern (China, Korea) und Israel.

Die wesentlichen Komponenten von Solarkraftwerken sind:

Solarmodule - eine Gruppe von Halbleiterkomponenten (photovoltaische Zellen), die Sonnenenergie in elektrische Gleichstromenergie umwandeln. Ein Modul besteht aus vielen Solarzellen. Die Module werden je nach Anzahl der Solarzellen, ihrer Größe und der verwendeten Technologie mit unterschiedlichen Parametern und Eigenschaften hergestellt. Solarmodule wiegen in der Regel zwischen 13 und 25 kg und erreichen im Durchschnitt eine Größe von 1 x 1,5 x 0,03 Metern und haben eine Lebensdauer von mindestens 25 Jahren.
Das Hauptmaterial, das bei der Herstellung der Solarzellen für die Solarmodule bis heute verwendet wird, ist Silizium. Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen in den Solarmodulen - monokristalline, polykristalline und heterostrukturierte. Außerdem gibt es sogenannten Dünnschichttechnologien.

Die installierte Kapazität eines Solarkraftwerks ist der Wert der maximalen aktiven elektrischen Energie, die ein Solarkraftwerk erzeugen kann. Die installierte Kapazität hängt von der Anzahl der im Kraftwerk verwendeten Solarmodule und von der Kapazität jedes einzelnen Solarmoduls ab. Ein einzelnes Solarmodul kann zum Beispiel 100 W als auch 350 W installierte Leistung haben, auch wenn beide Module gleich groß sind. Die Kapazität des PV-Moduls hängt von den verwendeten Solarzellen, der verwendeten Produktionstechnologie und einer Reihe anderer Faktoren ab.

Der Solarwechselrichter Der Solarwechselrichter ist ein Leistungszellengerät, das den vom Solarmodul erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. In diesem Fall können als Teil des Wechselrichters Spannungswandler installiert werden, um das vom Verbraucher benötigte Spannungsniveau zu erhalten. Es gibt Wechselrichter für autonome Solarsysteme und für netzgekoppelte Kraftwerke.

Controller - ein mikroprozessorbasiertes Gerät, eine Art "Gehirn" des Solarsystems, das die Betriebsarten des Solarkraftwerks steuert, überwacht und die Stromversorgung des Verbrauchers aus dem Solarkraftwerk / der Batterie (falls vorhanden) / der zentralen Stromversorgung (falls vorhanden) schaltet, die Batterieladekontrolle übernimmt sowie den Schutz des Stromversorgungssystems des Verbrauchers vor Überlastungen schützt. Im industriellen Solarkraftwerk wird anstelle des Controllers eine übergeordnete Regelungsstruktur für die Überwachung des Solarkraftwerks verwendet.

Das Überwachungssystem eines Solarkraftwerks ist im Vergleich zum Controller eine Struktur zur Verwaltung eines großen (industriellen) Netzwerks oder eines lokalen Solarkraftwerks, einer höheren Ebene. Das System verfügt über beide Hardwarelösungen - Relaisschutz und Automatisierung, Telemechanik, Stromzählersystem, Sonnennachführungssystem und Dispatchersystem des Solarkraftwerks (gesteuert durch den Dispatcher).

Batterie - elektrochemische Vorrichtung, die es ermöglicht, elektrische Energie über einen langen Zeitraum zu akkumulieren, um sie in den erforderlichen Zeiträumen an den Stromverbraucher abzugeben. Die am häufigsten verwendeten Technologien bei Solaranlagen sind Blei-Säure und Lithium-Ionen-Batterien. Diese Batterien werden dann auch oft als Solarspeicher bezeichnet.