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Inselsysteme

Allgemein werden unter elektrischen Inselsystemen elektrisch abgeschlossene Stromversorgungssysteme verstanden, in denen alle Verbraucher durch die im System vorhandenen Stromerzeuger (Kraftwerke) versorgt werden. Insbesondere besteht keine Verbindung zu einem übergeordneten Netz. Konventionelle Inselsysteme umfassen einen Leistungsbereich von wenigen Kilowatt bis zu einigen hundert Megawatt. Als photovoltaische Inselsysteme werden Stromversorgungssysteme von Verbrauchern bezeichnet, die ausschließlich auf der Nutzung des photovoltaischen Effektes zur Stromversorgung basieren. Werden zusätzlich zur PV-Anlage noch weitere Stromquellen genutzt, so spricht man von Hybridsystemen. Photovoltaische Inselsysteme können in netzfreie (oder netzunabhängige) und netzferne Systeme unterschieden werden. Netzfreie Stromversorgung dient der Versorgung von (kleinen) Verbrauchern (Taschenrechnern, Uhren, Radios u. ä), welche durch Batterien versorgt werden. Die genannten Verbraucher werden ortsunabhängig genutzt, deshalb ist eine Versorgung über das öffentliche Netz unpraktikabel. Die Leistungsaufnahme dieser Verbraucher liegt meist weit unter 1 Watt bei Betriebsspannungen zwischen 1,2 Volt und 6 Volt. Statt der üblicherweise verwendeten Primärbatterien werden bei der photovoltaischen Stromversorgung aufladbare Sekundärbatterien eingesetzt, die durch in das Gerät integrierte Solarzellen wieder aufgeladen werden. Der Einsatz der Photovoltaik in den genannten Geräten ist meist wirtschaftlich, da ihre Kosten durch den Wegfall der Kosten der konventionellen Primärbatterien überkompensiert werden. Die Auslegung derartiger PV-Anlagen ist unkritisch, gegebenenfalls kann eine Aufladung der eingesetzten Sekundärbatterien auch über das Netz erfolgen. Von großer Bedeutung ist die netzferne Stromversorgung von Verbrauchern. Derartige Verbraucher werden an Standorten betrieben, die nicht durch Netze erschlossen sind. Hierzu gehören neben dünn besiedelten Gebieten in Industrieländern vor allem große Territorien in den Entwicklungsländern. Jedoch auch in netzversorgten Gebieten kann für Verbraucher mit kleinen Leistungen eine photovoltaische Stromversorgung kostengünstiger sein als das Verlegen einer Leitung zum Netzanschluss. Der realisierbare Leistungsbereich netzferner Stromversorgungen auf photovoltaischer Basis liegt heute zwischen 10 Watt und etwa 10 kWatt Generatorgröße, in Einzelfallen auch darüber. Als typische Anwendungen netzferner Stromversorgung gelten Funk- und Warnanlagen (Autobahntelefone, Fernsehsender, Leuchttürme, Relaisstationen), Versorgung von Haushalten (Hütten und Dörfer in Entwicklungsländern: Solare Haushalt-Systeme – SHS, auch Einzelgehöfte in Europa) sowie Wasserpumpen und Wasseraufbereitung in Entwicklungsländern. Im Normalfall stimmen in photovoltaischen Inselanlagen das solare Energieangebot und der Strombedarf des Verbrauchers zeitlich nicht überein, deshalb ist in photovoltaischen Inselsystemen fast immer ein Energiespeicher erforderlich. Die Größe dieses Energiespeichers hängt von den örtlichen meteorologischen Bedingungen und von der Betriebsweise des Verbrauchers ab. Vor allem die tägliche und der saisonale Lastgang des Verbrauchers sind entscheidend für die Auslegung der PV-Anlage. Ein photovoltaisches Inselsystem besteht in der Regel aus den Komponenten PV-Generator, Energiespeicher (meist eine elektrochemische Sekundärbatterie), einem Laderregler und den zu versorgenden Verbrauchern. Dem PV-Generator ist eine Batterie parallel geschaltet. Der Laderegler dient der optimalen Be- und Entladung der Batterie. Eine Rückstromdiode verhindert die Entladung der Batterie über den PV-Generator während der Nachtstunden.