Grundlagen Photovoltaik

 

Die weltweit eingestrahlte Sonnenenergie beträgt ca. 1.540.000.000.000.000.000 kWh/Jahr (1.540 Peta kWh/Jahr). Das ist das 15.000-fache des Stromverbrauchs. Wir gratulieren Ihnen, dass Sie sich dafür entschlossen haben, den größten Energiepool der Welt aktiv zu nutzen. Übrigens, Photovoltaik wurde erstmals von dem Physiker Alexandre-Edmond Becquerel 1839 entdeckt. Der etwas fremd klingende Name Photovoltaik kommt von der treibenden Kraft hinter dieser Technologie, dem Lichtstrahl. Der Lichtstrahl besteht aus unvorstellbar kleinen Teilchen, den Photonen.    

Gehen wir der Einfachheit halber zur Erklärung von einer reinen Silizium - Solarzelle aus. Wenn wir uns an unseren Physik-Unterricht zurückerinnern, besitzt Silizium in seiner äußeren Elektronenhülle vier Elektronen um seinen Atomkern, die sogenannten Valenzelektronen. Die Photonen, also das Sonnenlicht, dringen in die Solarzellen ein und reichern die Valenzelektronen mit Energie an. Das Elektron löst sich schließlich vom Silizium-Atom und hinterläßt ein positiv geladenes Atom. Damit die freien Elektronen in eine Richtung fließen und somit ein Strom entstehen kann, muß die Vorder- und die Rückseite der Zelle unterschiedlich gepolt werden. Die Silizium-Atome an der Vorderseite werden mit einer geringfügigen Menge an Phosphor-Atomen, welche ein zusätzliches Valenzelektron besitzen, versetzt (dotiert). An der Zellen-Rückseite hingegen werden zusätzlich zu den Silizium-Atomen Bor-Atome, mit nur drei Valenzelektronen, aufgetragen. Das so entstehende Ungleichgewicht zwischen Plus- und Minuspol lässt die Elektronen fließen - es entsteht Strom. Viele dieser Solarzellen zusammengeschlossen und hinter Glas gepackt ergeben nun eines Ihrer Solar-Module.  

Der in den Solar-Modulen erzeugte Gleichstrom kann im Haushalt nur eingesetzt werden und in das öffentliche Netz eingespeist werden, wenn er zuerst in Wechselstrom umgewandelt wird. Dies ist die Kernaufgabe des Fronius IG. Ihr Fronius IG ist ein Solar-Wechselrichter der neuesten Generation. Er stellt das hochkomplexe Bindeglied zwischen den Solar-Modulen und dem öffentlichen Stromnetz dar. Als solches kommt ihm eine Reihe von anspruchsvollen Aufgaben zu.  

Der Fronius IG wandelt den Gleichstrom, der von den Solar-Modulen erzeugt wird, in Wechselstrom um. Dieser Wechselstrom wird synchron zur Netzspannung in Ihr Hausnetz bzw. in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Der Fronius IG wurde ausschließlich für die Anwendung in netzgekoppelten Photovoltaik-Anlagen entwickelt. Nähere Informationen zum Schaltungskonzept befinden sich in der Installations- und Serviceanleitung.
        

Der Betrieb des Fronius IG erfolgt vollautomatisch. Sobald nach Sonnenaufgang genug Leistung von den Solar Modulen erzeugt wird, beginnt die Steuerungs- und Regelungseinheit mit der Überwachung von Netzspannung und -frequenz sowie des Energieangebotes. Bei ausreichender Sonneneinstrahlung beginnt Ihr Solarwechselrichter mit der Einspeisung. Je nach Ausführung genügen hierfür nur wenige Watt Solarleistung!  Der Fronius IG arbeitet nun stets so, daß die maximal mögliche Leistung aus den Solar-Modulen entnommen wird. Diese Funktion wird als MPPT (Maximum Power Point Tracking) bezeichnet und mit einer Genauigkeit von mehr als 99 % ausgeführt. Sobald nach Einbruch der Dämmerung das Energie-Angebot nicht ausreicht, um Strom in das Netz einzuspeisen, trennt der Fronius IG die Verbindung zum Netz vollständig und stellt den Betrieb ein. Alle Einstellungen und gespeicherten Daten bleiben selbstverständlich erhalten.    

Spannungstransformation und galvanische Trennung

Der Fronius IG ist für den Einsatz an Solar-Modulen mit einem weiten Eingangsspannungsbereich konzipiert. Das erlaubt einen Einsatz der vielfältigsten Solar-Modul-Typen.Beachten Sie aber unbedingt, daß die angegebenen Werte für die maximale DC-Spannung (Gesamtspannung der angeschlossenen Solarzellen) niemals überschritten werden dürfen. Durch seinen Aufbau und seine Funktionsweise bietet der Fronius IG ein Maximum an Sicherheit, sowohl bei Installation und Montage als auch im Betrieb. Als erster Solar-Wechselrichter verfügt der Fronius IG über einen HF- Transformator (HF = Hochfrequenz), der eine galvanische Trennung zwischen Gleichstromseite und dem Netz sicherstellt. Darüber hinaus erlaubt das HF-Konzept eine drastische Verkleinerung des Transformators und dadurch eine wesentliche Platz- und vor allem Gewichtsreduktion. Trotz der vollständig ausgeführten galvanischen Trennung, erreicht der Fronius IG dank innovativer Schaltungskonzepte einen hohen Wirkungsgrad.

Der Fronius IG übernimmt die Aufgabe der Netzüberwachung. Hierunter werden die Maßnahmen für den Personen- und Geräteschutz bei Netzausfall verstanden. Der Fronius IG ist darauf programmiert, bei abnormen Netzverhältnissen (z.B. Netzabschaltung, Unterbrechung) seinen Betrieb sofort einzustellen und die Einspeisung in das Stromnetz zu unterbrechen. Der Fronius IG verfügt über eine Reihe von Möglichkeiten, eine Netzabschaltung zu erkennen:  

• Spannungsüberwachung
• Frequenzüberwachung 
• Messung des Leitungswiderstandes (nur bei Fronius IG mit ENS) 
• Beabsichtigtes Einspeisen einer leicht veränderten Frequenz oder Spannung 

Von Bedeutung in diesem Zusammenhang ist, daß die jeweils gültigen länderspezifischen Überwachungsverfahren vom Fronius IG selbst, ohne zusätzliche Messelektronik, ausgeführt werden. Dies reduziert den Installations-Aufwand und die damit verbundenen Kosten erheblich.

Die hohe technische Komplexität neuartiger Solar-Wechselrichter erfordert eine sorgfältige Gestaltung des Displays, der Schnittstelle mit dem Anwender. Die Gestaltung ist kompromißlos auf eine simple Bedienung und eine permanente Verfügbarkeit der Anlagen-Daten ausgerichtet. Der FRONIUS IG besitzt bereits eine grundlegende Logging - Funktion, für die Erfassung von Minimal- und Maximalwerten der Daten auf Tages, Jahres-und Totalbasis, direkt am Display.

Optional ermöglicht das Display auch die Anzeige folgender Wetterdaten: 

• 2 verschiedene Temperaturwerte (z.B. Temperatur bei den Solar - Modulen, Außentemperatur im Schatten) 
• Sonneneinstrahlung 
• Windgeschwindigkeit 
• Atmosphärischer Luftdruck 
• Relative Luftfeuchtigkeit 

 

Ergänzend zu den im Fronius IG implementierten Funktionen, wird durch ein reichhaltiges Angebot an Elementen zur Datenkommunikation eine Vielzahl an Aufzeichnungs- und Visualisierungsvarianten möglich. Die hierzu erforderlichen Systemerweiterungen können leicht installiert werden. Das optisch ansprechende Gehäuse bietet Raum für eine Vielzahl an Systemerweiterungen. Hierbei steht eine problemlose Anbindung an sämtliche gängige und neue Medien im Vordergrund. Wir sprechen hier von Fernabfrage per Modem, E-Mail, Internet, SMS, Fax, etc.  

Je mehr der zuvor beschriebenen Aufgaben der Photovoltaik-Inverter selbst übernimmt, desto einfacher und günstiger wird die Installation, da keine zusätzlichen Peripheriegeräte mehr benötigt werden. Aufgrund unserer Erfahrung und dank Einsatz innovativster Technologien verwaltet der Fronius IG alle diese Aufgaben gleichzeitig. Darüber hinaus erfüllt der Fronius IG eine ganze Reihe an Auflagen, um Personen, andere Haushaltsgeräte und sich selbst zu schützen. Zu den Auflagen zählen beispielsweise:

• Netzüberwachung
• Die Form des eingespeisten Stroms
• Empfindlichkeit gegenüber Störeinflüssen (z.B. von Mobiltelefonen)
• Beabsichtigtes Einspeisen einer leicht veränderten Frequenz oder Spannung