Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Entwicklung eines Solarstrom-Wechselrichters f\u00fcr kleine, autarke Netze, die \u00fcber mehrere Energiequellen verf\u00fcgen. Ziel der Entwicklung ist es, den Anwendern von Solarstrom die M\u00f6glichkeit zu geben, mit einer kleinen Anlage im Inselnetz oder netzparallel zu arbeiten. F\u00fcr kleinere Verbraucher kann das Netz aufrecht erhalten werden, ohne da\u00df ein zus\u00e4tzliches Dieselaggregat laufen mu\u00df. In ein vorhandenes Netz kann eingespeist werden, wenn ein Energie\u00fcberschu\u00df vorliegt. Auf diese Weise wird Dieseltreibstoff eingespart und die Betriebsstunden des Dieselaggregates werden verringert. Das zu entwickelnde Ger\u00e4t sollte folgende Funktionen zusammenfassen: *PV-Batterie-Laderegler mit MPP-Tracking, *Sinus-Wechselrichter f\u00fcr Inselnetz, *Netzeinspeisung \u00fcbersch\u00fcssiger Energie, *Laden der Akkus aus dem Netz bei Energiemangel, *Unterbrechungsfreie Stromversorgung.
\nDa ein Ger\u00e4t dieser Art vorwiegend in L\u00e4ndern eingesetzt werden wird, die \u00fcber eine schlechtere Infrastruktur – nicht nur der Stromversorgung – verf\u00fcgen, als Mitteleuropa, wird auf eine Hardwareumsetzung mit Standard-Elektronikbauteilen Wert gelegt.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Entwicklungsvorhaben wurde in 3 Projektphasen aufgeteilt. In der ersten Projektphase wurden die wichtigsten Arbeiten zum Schaltungskonzept und zum Geh\u00e4usekonzept des Ger\u00e4tes durchgef\u00fchrt. Vorarbeiten zur EMV-Vertr\u00e4glichkeit des Ger\u00e4tes und Recherchen nach Kooperationspartnern f\u00fcr eine sp\u00e4tere Produktion und Vertrieb des Ger\u00e4tes wurden durchgef\u00fchrt. In der zweiten Projektphase wurden vor allem die Schaltungskonzepte umgesetzt. Daf\u00fcr sind f\u00fcr jede Baugruppe des Ger\u00e4tes (Solarwandler mit MPP-Tracking, bidirektionaler DC\/DC-Wandler, mit dem Netz synchronisierbarer Sinuswandler, MOSFET-Br\u00fccke mit Funktions\u00fcberwachung) nach und nach mehrere Prototypen-Platinen entworfen, angefertigt, ausf\u00fchrlich getestet und entsprechend verbessert worden. Die einzelnen Versuchsaufbauten wurden von einem EMV-Fachmann vermessen und erforderliche Korrekturen am Layout vorgenommen. Ein Geh\u00e4use wurde entworfen. Die Baugruppen wurden zu einem Gesamt-Versuchsaufbau vereint und das Betriebsverhalten untersucht. In der dritten Projektphase wurde die Betriebsf\u00fchrung entworfen, alle Layouts \u00fcberarbeitet, 3 lauff\u00e4hige Prototypen aufgebaut und an ihnen das Betriebsverhalten und die EMV-Eigenschaften untersucht.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Entwicklungsarbeiten wurden auf das Ger\u00e4t 24 V \/ 1000 W konzentriert, da die 12 V \/ 500 W – Version praktisch die gleichen Produktionskosten verursacht.
\nEs wurden einzelne Funktionseinheiten entwickelt, die sich zum Teil auch als eigenst\u00e4ndige L\u00f6sung einsetzen lassen, so z.B. der MPP-Tracking-Laderegler f\u00fcr 24 V \/ 600 W. Die Leistungsstufen sind prinzipiell auf h\u00f6here Leistungen erweiterbar.
\nDie einzelnen Stufen der Energieaufbereitung im Ger\u00e4t wurden bis zur Prototypenreife entwickelt und ausf\u00fchrlich getestet. F\u00fcr das urspr\u00fcngliche Konzept der Akkuladung \u00fcber eine Hilfswicklung am Netztransformator wurde mit dem bidirektionalen Wandler eine elegantere L\u00f6sung gefunden. Der Energieflu\u00df l\u00e4\u00dft sich stufenlos in beiden Richtungen regeln.
\nBei den Arbeiten an der Betriebsf\u00fchrung, d.h. Lademanager f\u00fcr den Akku, Netz\u00fcberwachung und Management f\u00fcr den USV-Betrieb wurde offenbar, da\u00df eine Realisierung mit Mikrokontroller angestrebt werden sollte, die aber den Rahmen des Projektes sprengen w\u00fcrde. F\u00fcr den Testbetrieb wurde daher eine manuelle Minimall\u00f6sung aufgebaut, mit der sich alle Betriebszust\u00e4nde untersuchen lassen. Der automatische USV-Betrieb ist damit allerdings nicht m\u00f6glich. Die folgenden Funktionen wurden im Test untersucht:
\nIst ausreichend Sonnenenergie vorhanden, wird der Akku geladen, bis eine einstellbare Spannungsgrenze erreicht ist. Ein gleichstromseitiger Lastkreis wird bei Bedarf mit Energie versorgt.
\nIst der Akku geladen, darf Energie in ein externes Netz abgegeben werden, dazu wird der Wechselstrom-Lastkreis mit diesem Netz synchronisiert und bei \u00dcbereinstimmung der Parameter Spannung, Frequenz und Phase aufgeschaltet. \u00dcber eine Regelung des Stromes kann jetzt Energie ans externe Netz \u00fcbertragen werden.
\nWenn die Bilanz aus solar geernteter und im Lastkreis verbrauchter Energie negativ ist und der Akku eine untere Spannungsschwelle erreicht, kann auch Energie aus dem externen Netz entnommen werden.
\nDie Entwicklung einer automatischen Betriebsf\u00fchrung mit Mikrokontroller w\u00fcrde zus\u00e4tzlich mindestens 6 Monate intensiver Arbeit in Anspruch nehmen. Soll eine intelligente Steuerung entwickelt werden, die verschiedene Betriebszust\u00e4nde selbst\u00e4ndig erkennt, sind weitere, umfangreiche Untersuchungen des Verhaltens in der Praxis n\u00f6tig, die sich nur \u00fcber eine l\u00e4ngerfristige wissenschaftliche Begleitung realisieren lassen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Der entwickelte Prototyp des Netz-\/Inselnetz-Wechselrichters wurde auf dem 11. Symposium Photovoltaische Solarenergie (April \u00b496) in Staffelstein mit einem Posterbeitrag und einer Ver\u00f6ffentlichung im Tagungsband des Symposiums vorgestellt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Aus der Kombination Laderegler, Akku, Wechselrichter und Netz-Ladeger\u00e4t l\u00e4\u00dft sich eine autonome Energiezentrale f\u00fcr kleine Netze realisieren, die momentan weltweit auf gro\u00dfes Interesse st\u00f6\u00dft. In entlegenen Regionen wird oft eine Stromversorgung mit Dieselaggregaten im KW-Bereich aufgebaut, die sich durch kleine PV-Anlagen unterhalb 1 kW ideal erg\u00e4nzen l\u00e4\u00dft. Die Lebenserwartung der Dieselaggregate wird verl\u00e4ngert, der Kraftstoffverbrauch reduziert. Der Akkuspeicher kann kleiner ausgelegt werden, als bei reinen PV-Systemen. Ein Marktpotential ist z.B. in S\u00fcdeuropa an Stellen vorhanden, die \u00fcber kleine Dieselaggregate oder lange Netzleitungen versorgt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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