Mut zur Lücke - Insel-Anwendungen ohne Speicher

  • Hallo


    Dazu drei Ideen unterschiedlicher Größenordnung:


    1. Ganz klein: Solar-Ladegerät für NiMH-Akkus (Mignon u.ä.) ohne Pufferakku
    Der Wunsch taucht öfter auf, auch im Photovoltaikforum. Man möchte diese üblichen kleinen Akkus "einfach" mit einem Solarmodul laden, z.B. unterwegs oder vgl. Punkt 3.


    Leider kann bei NiMH- (und NiCd-)Akkus nicht an der Spannung erkannt werden, wie voll sie sind (anders als z.B. bei Bleiakkus und Lithium-Ionen-Akkus). Als beste Erkennung gilt das Delta-U-Verfahren. Während der Akku geladen wird, steigt die Spannung. Wenn er voll ist, sinkt sie wieder ganz leicht. Bessere Ladegeräte (z.B. mit Mikroprozessor) können den leichten Rückgang erkennen und den Ladevorgang beenden.
    Wenn der Strom nur fluktuierend aus einem Solarmodul kommt (Wolke, Modul auf Rucksack ..., Nacht usw.), kommt der Mikroprozessor jedesmal "durcheinander" und auch der Akku dürfte einen Strich durch das Delta-U-Verfahren machen. Bisher übliche Lösungen enthalten daher einen Pufferakku. Also Solarmodul lädt Pufferakku und aus diesem werden dann die Nixx-Akkus nonstop geladen. Doch das ist unbefriedigend (Lebensdauer des Pufferakkus, Verluste, Preis, Gewicht). Wenn es doch nur ums Laden von Akkus geht, sollte Fluktuation doch kein Problem sein.


    Freilich könnte man einfach ein geeignetes Modul nehmen (Strom, Spannung), ne Diode (gegen Rückstrom) und damit die Akkus laden. Leider muss man dann abschätzen und aufpassen, wann sie voll sind (was schwierig sein kann).


    Gesucht wird also ein Ladegerät, das mit sporadischer Versorgung zurecht kommt, und trotzdem weiß, wann die einzelnen Akkus voll sind. Dazu könnte es die jeweilige Ladungsmenge "zählen", die in die einzelnen Akkus geflossen ist, und nach z.B. 500 mAh oder 2000 mAh aufhören. Den Wert könnte man z.B. einstellen, je nach einzulegendem Akku (+ etwas Zugabe für Verluste). Ein leichtes Überladen, z.B. weil der Akku nicht leer war oder weniger Kapazität hat als eingestellt, ist wohl nicht so tragisch. (Eine weitere Möglichkeit der Ladeschluss-Erkennung wäre eine leichte Erwärmung des Akkus gegenüber der Umgebung - aber die wäre bei wenig Solarstrom wohl zu gering - eher als Ergänzung bei starker Ladung.)
    Die Steuerung könnte nach wie vor ein Mikroprozessor übernehmen. Es muss eben einer mit sehr geringem Eigenverbrauch sein (vgl. Taschenrechner), damit er nachts etc. z.B. aus einem Kondensator versorgt werden kann oder aus den zu ladenden Akkus.
    Für so ein Ladegerät könnte durchaus ein Markt bestehen (vgl. bisherige Pufferakku-Lösungen).



    2. Etwas größer: Solarthermie mit Solarmodul antreiben
    Die Umwälzpumpe einer thermischen Solaranlage ist kein ganz kleiner Stromverbraucher. (Bei uns, da wir den Stromverbrauch schon ziemlich reduziert haben, auf ca. 580 kWh im Jahr, Kühlschrank stillgelegt ..., macht sie sogar einen bedeutenden Anteil aus.) Dabei ist sie für Solarstrom ein idealer Verbraucher. Sie wird gebraucht, wenn die Sonne scheint. Bei einer Inselanlage mit Akkus belastet sie die Akkus nicht.
    Wenn ich wieder eine thermische Solaranlage bauen würde, würde ich sie wahrscheinlich direkt über ein eigenes PV-Modul versorgen. Es kann denkbar einfach sein: Umwälzpumpe an Modul anschließen - fertig. Es gibt ja zumindest eine Gleichstrompumpe am Markt, die dafür gedacht ist, sogar mit integriertem MPP-Tracker: "Ecocirc Solar".
    Dann läuft die Pumpe grob gesagt, wenn sie gebraucht wird, und das unabhängig vom Stromnetz oder der Inselanlage.


    Es kann aber sein, dass man doch gerne eine Regelung hätte, damit die Pumpe wirklich nur läuft, wenn sie soll, also nur ab Temperaturdifferenz (nicht zu früh, nicht zu lang, damit keine Wärme auf's Dach verschleppt wird) und bis zur Maximaltemperatur. Es kann auch sein, dass mehrere Pumpen zu verschiedenen Wärmetauschern führen (bei uns sind es drei), die alternativ je nach Temperaturdifferenzen und Priorität laufen sollen.
    Gesucht wird also eine Regelung, die mit Gleichspannung von dem Modul versorgt wird (also mit lückenhafter Versorgung zurecht kommt). Ich kann mir die schon bauen, aber es wäre evtl. auch ein Markt.
    Gesucht werden eventuell auch weitere geeignete Gleichstrompumpen. (Ich habe mit der "Ecocirc Solar" noch keine Erfahrungen. Sie hat leider nicht die übliche Baulänge von 180 mm - naja, das lässt sich ausgleichen.)



    3. Noch etwas größer: Solarstrom-Inselanlage mit weniger oder ohne Akku
    Statt dem üblichem (Längs-)Laderegler, der bei vollem Akku die PV-Module vom Akku trennt, gefällt mir die Lösung mit Shunt-Laderegler. Der ist parallel zum Akku und schaltet sich als Last dazu, so dass die Spannung begrenzt wird. Bei einer Anlage mit 1 kWP muss er also 1 kW verbraten können (was sonst in den Modulen verbraten würde). Das kann ein großer Lastwiderstand sein, z.B. ein modifizierter Backofen (der dann evtl. schon heiß ist, wenn man ihn mal braucht) oder idealerweise mit Priorität noch sinnvollere Verbraucher (-> Lastmanagement).
    Ein Vorteil des Schuntregler-Prinzips ist, dass man Verkabelung spart und an jeder Stelle des Systems einspeisen kann (z.B. an jeder 24-Volt-Steckdose im Haus. An einer dicken Stammleitung im Haus sind dann z.B. angeschlossen:
    - Im Keller, mit "dicker" Sicherung die Akkus
    - In der Nähe davon der Shunt-Laderegler und der/die Wechselrichter
    - Nahe des Daches (in Metallkasten o.ä.) die Module mit Überspannungsschutz, Dioden, Sicherungen
    - Dazwischen in den Etagen, mit je einer Sicherung die Gleichstromverbraucher, wie -Steckdosen, LED-Licht etc., Spannungsanzeigen)


    Der Clou, wenn der Regler entsprechend gebaut ist (auch bei Längsregler möglich), ist aber, dass die Sache sogar dann noch funktioniert, wenn man ihr den Akku klaut. Das ist dann im Prinzip eine Inselanlage, bestehend aus Modul plus Spannungsbegrenzung. Damit kann man zu geeigneter Tageszeit durchaus so manches betreiben, auch Computer etc. Man hat nur keine Reserve über die aktuelle Modulleistung hinaus. Ein bisschen könnten größere Kondensatoren helfen, damit auch mal der Anlaufstrom eines Motors oder Wechselrichters drin ist.
    Freilich ist bei einer Inselanlage ein Akku angenehm - damit man auch Licht hat (das ja zum Solarertrag gegenläufig ist), und auch sonst nicht auf Gedeih und Verderb auf die Sonne angewiesen ist.
    Genauso angenehm ist es aber auch, nicht auf Gedeih und Verderb auf einen Akku angewiesen zu sein. Wenn also der Akku mal defekt ist, hat man dann wenigstens noch am Tag Strom.
    Ähnlich dem zentralen Lastmanagement (der Shunt-Laderegler schaltet schrittweise einzelne Verbraucher) ist es zusätzlich detzentral möglich: Verbraucher regeln sich selbst in Abhängigkeit von der Spannung (<-Ladezustand des Akkus) - agieren also selbst ähnlich dem Shunt-Laderegler. Das hat Ähnlichkeit mit der Idee variabler Strompreise im öffentlichen Netz - nur dass hier die Spannung den "Preis" darstellt (z.B. 26V ="billiger", 23,8V ="teurer").


    (Nebenbei: Eine etwas variable Spannung als Preissignal fände ich auch im öffentlichen Netz eine gute Idee, statt anfälliger Preisübertragung übers Internet. Sonst kann's eine gegenseitige Verriegelung geben: großflächiger Stromausfall -> Ausfall des Internet -> Telefon auch nur noch übers Internet -> kaum noch Kommunikation -> Stromnetz schwer wieder hochzufahren; Oder: Ausfall des Internet (vgl. neulich Ausfall 900000 Telekom-Router) -> Instabilität des Stromnetzes; man muss sogar Angst um die AKWs haben, die bei ausfallendem Stromnetz abschalten müssen und Notstrom brauchen - so lange der funktioniert ...)


    Gesucht sein könnten entsprechende Laderegler und evtl. sich an der Regelung beteiligende Gleichstromverbraucher, geeignete Wechselrichter ... Ich weiß aber nicht, ob es dafür so schnell einen Markt gibt. Wie weit sind die Leute bereit, sich stärker nach dem solaren Angebot zu richten?
    Deshalb möchte ich es vor allem als Denkanstoß in dieser Richtung verstanden wissen.


    Ein großer Pluspunkt der Photovoltaik ist ja, dass sie bei guter Bauweise quasi ewig hält. Akkus sind dagegen in einer Inselanlage der schwächste Punkt: Lebensdauer begrenzt, auf längere Sicht die teuerste Komponente, bezüglich Umwelt am bedenklichsten. Man kann wenig Solarmodule teilweise mit mehr Akku ausgleichen - mehr Reserve, bei nur zeitweisem Verbrauch. Man kann aber auch weniger Akku teilweise mit mehr Solarmodulen ausgleichen - dann reicht öfter Solar allein.



    Es gäbe sicher noch mehr Beispiele für "Mut zur Lücke", also Anpassung an lückende Versorgung ...



    Schöne Grüße, Wolfram