Erneuerbare Energie - Fotovoltaik

Fotovoltaik ist die Energiequelle des „kleinen Mannes“ wie des ganzen Landes.

Es gibt verschiedene Techniken zum Bau eines Fotovoltaikmoduls. Alle technischen Angaben in den Datenblättern gehen von der Annahme aus, dass das Licht genau senkrecht auf das Modul fällt; diese Laborannahme ist in der Praxis nie erreichbar. Unter der Laborannahme wird die vom Modul maximal erzeugte elektrische Energie in „Wp“ (Wattpik: Watt Spitzenleistung) angegeben.
Die heutigen Solarmodule liefert bei jeder Aufstellung in jeder beliebigen Ausrichtung Strom, unterschiedlich ist nur wie viel.
Die günstigste Ausrichtung ist die (direkt) zur Sonne. Die richtige Ausrichtung hängt immer von der geographischen Breite des Aufstellungsortes ab. Die Tangente auf diesen Punkt ist der normale waagerechte Grund (Erdoberfläche), von dem dann als Nullwert üblicherweise alle weiteren Winkeleinstellungen gemessen werden. Für Deutschland gilt bei Ausrichtung nach Süden eine Schrägstellung von rund 45 Grad als praxistauglich.
Zu einer Fotovoltaikanlage gehören:
• Fotovoltaikmudul(e); liefert Gleichstrom;
• Wechselrichter; wandelt den Gleichstrom in 50 Hz Wechselstrom (oder Drehstrom) um;
oder alternativ:
• Laderegler; läd einen Akku und bietet zusätzlich einen Anschluss für Last;
oder alternativ:
• Laderegler und Wechselrichter. Diese Kombination ist erforderlich, um netzunabhängige Stromversorgungsanlagen („Inselanlagen“) zu bauen.
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Die übliche Praxis.
Die Fotovoltaik ist die Technik, mit der auch der „kleine Mann“ von Bruchteilen eines Watt bis zu beliebigen Größen Strom aus Licht erzeugen kann.
Man will modern sein, man will etwas für die Umwelt tun, man will eine Solaranlage haben. Ein Anruf bei der richtigen Firma genügt, die kommt, baut einen oder mehrere Tage, man unterschreibt etliche Vordrucke, bezahlt die Firma und noch einige Gebühren und wenn alles gut geht, bekommt man nach Monaten vielleicht auch eine Zahlung, die erste Einnahme für den ins Netz eingespeisten Strom. Friede, Freude – bis jemand kommt und einem zeigt, wer an diesem Strom etwas verdient, warum alle so nett zu einem sind, warum man doof gehalten wird, warum – man kann es so deutlich sagen – man betrogen wird. Die Mängel dieser üblichen Praxis sind:
a) Die Technik ist absichtlich schlecht, Vorschrift der Stromversorger;
b) Die Abrechnung in Geld zwischen dem normalen Strombezug aus dem Netz und der Einspeisung des erzeugten Solarstroms begünstigt den Stromversorger: Das EEG ist historisch bedingt, jetzt aber, nachdem die Einspeisevergütung unter den Haushaltsstromtarif gefallen ist, nicht mehr zeitgemäß.
In den Landesgesetzen wird den Kommunen das Recht eingeräumt, für die Wasserlieferung und Wasserentsorgung den Anschlusszwang und den Benutzungszwang als Kommunalrecht einzuführen. Es handelt sich hier beim Wasser also um ein staatlich gesetztes gesetzliches Monopolrecht. Die Stromversorgung kennt ein vergleichbares staatliches Recht nicht. Die Netzbetreiber und Stromversorger versuchen aber mit ihren Möglichkeiten eine vergleichbare Regelung des Anschlusszwangs und Nutzungszwangs durchzusetzen: Die Netzbetreiber bestimmen über ihre Zulassungsbestimmungen, welche Technik überhaupt nur verbaut werden darf; die Netzbetreiber bestimmen, wer am Netz was und wie bauen darf, nämlich nur die vom Netzbetreiber zugelassenen (konzessionierten) Installateure; die Netzbetreiber bestrafen jeden Installateur mit Entzug der Konzession – und das bedeutet praktisch Berufsverbot, - wenn dieser gegen die Vorgaben des Netzbetreibers verstößt.
Der Netzbetreiber bestimmt, dass an einem Objekt, wenn dieses an das Netz angeschlossen ist oder angeschlossen werden könnte, keine Anlage gebaut werden darf, die ohne Anschluss an das Netz funktionierten kann; der Netzbetreiber verbietet die sogenannten „Inselanlagen“. Dies ist praktisch der Anschlusszwang und Benutzungszwang durch den Netzbetreiber.
Das Technikprinzip des Solarstroms ist einfach: Man braucht eine beliebige Anzahl Solarmodule, richtig zusammengeschaltet ergeben diese jede gewünschte Spannung und Stromstärke und einen mit seinen Leistungsdaten dazu passenden Wechselrichter.
Die von den Netzbetreibern vorgeschriebenen Wechselrichter wandeln den Gleichstrom der Solarmodule in die in unserem Netz benötigte Wechselspannung von 50 Hz (Hertz) und 230 Volt um. Nach den Vorgaben der Netzbetreiber müssen diese Wechselrichter aber so konstruiert sein, dass sie nur bei Netzanschluss arbeiten; sie müssen von der Wechselspannung des Netzes „getriggert“ werden. Diese Vorgabe hat den richtigen Sinn, dass jeder eingebaute Wechselrichter stets die erzeugte Wechselspannung exakt im gleichen Takt des Netzes schwingen lässt. Diese Vorgabe der Netzbetreiber hat aber – so wie sie realisiert wird – auch die Folge, dass dieser Wechselrichter bei Netzausfall keinen Strom liefert. Technisch wäre es möglich, die Wechselrichter so zu bauen, dass sie bei Netzausfall den richtigen Takt selbst erzeugen und damit weiter Strom liefern könnten; in jeder USV (Unterbrechungsfreien Stromversorgung) ist diese Technik realisiert.
Die Fotovoltaik hat keine erkennbaren Nachteile.
Die Fotovoltaik hat eine Reihe an Vorteilen:
• Fotovoltaik kann in jeder Größe gebaut werden,
• Fotovoltaik kann an jedem Ort gebaut;Stromnetzes nur begrenzt, denn der erzeugte Strom kann am Ort der Erzeugung auch zeitgleich verbraucht werden.
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Wissen ist Macht.
Die heute nach den Vorgaben der Netzbetreiber gebauten Solaranlagen haben die bekannten technischen Mängel: Sie liefern keinen Strom bei Netzausfall. Es geht bekanntlich auch anders. Man muss nur wissen, wie. Das Wissen kann man erlernen. Auf geht‘s, wir bauen eine Inselanlage!

Sicherheit.
Wir arbeiten mit Gleichstrom, jedenfalls zunächst.
Wir arbeiten, jedenfalls zunächst, mit Spannungen deutlich unter 50 Volt; damit können wir, absichtlich oder unabsichtlich, jeden Draht und Kontakt anfassen.
Die Stromstärke kann erheblich sein. Daher gilt: Kurzschlüsse vermeiden, denn da kann etwas sehr heiß werden (Verbrennungsgefahr), das kann bis zum Entstehen von Feuer, auch eben großer Brände, gehen. Also noch einmal: Kurzschlüsse vermeiden!

Schulwissen auffrischen.
Elektrizität.
Die Spannung wird mit „U“ bezeichnet; wird in „Volt“ [V] gemessen und hat das Formelzeichen „U“.
Die Stromstärke wird mit „I“ bezeichnet; wird in „Ampére“ [A] gemessen und hat das Formelzeichen „I“.
Der elektrische Widerstand wird mit „R“ bezeichnet; wird in „Ohm“ [Ω] [großer griechischer Buchstabe Omega] gemessen und hat das Formelzeichen „R“ .
Das für Gleichstrom gültige Ohmsche Gesetz lautet:
U = I * R
und die Umformungen sind:
I = U / R und R = U / I
Die Leistung wird mit „W“ bezeichnet; wird in „Watt“ gemessen und hat das Formelzeichen „W“.
Es gilt (für Gleichstrom):
W = U * I oder W = I^2 * R; 1 W = 1 V * 1 A

Bezugsquellen und Werkzeuge, Technik.
Bei www.conrad.de (oder anderen Händlern) bekommen wir alles, was wir brauchen.
Als einzig wichtiges Werkzeug brauchen wir ein Multimeter; Preis um 50 Euro.
Wir arbeiten mit der 12 Volt-Technik, denn da das Bordnetz der PKW 12 Volt ist, sind alle Geräte, die auch zum Betrieb im PKW vorgesehen sind auf diese Spannung eingerichtet; und logischer Weise auch mit dem „Zigarettenanzünderstecker“ ausgestattet.
Als Material brauchen wir
• einen 12-Volt-Bleiakku; zwei baugleiche Akkus, in Reihe geschaltet, ergeben 24 Volt.
• ein oder mehrere Solarmodule, richtig zusammengeschaltet. Anmerkung: 1 Quadratmeter Solarmodulfläche liefert rund 100 Watt.
• einen Laderegler; zweckmäßig in 12 Volt oder alternativ 24 Volt betreibbar: die Akkuspannung bestimmt die Spannung, daher: Anschlussreihenfolge an den Laderegler: 1. Bleiakku; 2. Solarmodul; 3. Last.
• als Last:
◦ Ladegeräte zum Laden der kleinen runden Akkus (AAA, AA, Baby, Mono); diese Geräte müssen als Stromeingang einen 12-Volt-Anschluss (meist als Zigarettenanzünderstecker ausgeführt) haben; einige dieser Geräte haben auch einen Ausgang mit USB-Stecker.
◦ Gerät mit Stromeingang 12 Volt und Stromausgang um die 20 Volt und 60 Watt zum Betrieb von Laptops
◦ LED-Lampe 12 Volt; umschaltbar von 1 auf 5 Watt;
◦ Kühlbox mit Stromeingang 230 Volt Wechselstrom (Netzstrom) und alternativ 12 Volt; die Kühlbox ist allerdings nur längere Zeit betreibbar, wenn die eigene Versuchsanlage genügend Leistung liefert.
• Hinweis: der Wechselrichter zur Erzeugung des üblichen 230-Volt-50-Herz-Wechselstroms wird direkt an den Bleiakku angeschlossen.
Zum ersten Kennenlernen gibt es fertige kleine Sets, bestehend aus kleinem Solarmodul (20 bis 30 Watt), Laderegler, Akku und meist auch schon der ersten Steckerkombination mit USB-Anschluss zum Laden vom Handy, Preis um 50 Euro.

Es sieht aus, wie die Bastelanleitung für einen Zwölfjährigen. Ist es auch. Aber der Zwölfjährige, der heute mit einigen wenigen Watt spielt, lernt die Technik kennen und er baut als Zwanzigjähriger die zehn-Kilowatt-Anlage für die Versorgung der ganzen Familie aufs Dach und als Fünfundzwanzigjähriger als Ingenieur die Megawatt-Anlage für die Versorgung der Stadt. Wissen und Können ist Macht, nicht die Anzahl Watt der Lehranlage!
03.02.2021
Hermann Müller
Bentierode
Bentieröder Bruch 8
D-37574 Einbeck