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ab Mai 2023 - Das Photo-Voltaik-Wissen wird essentiell wichtig

Unser Leben wird sich gravierend ändern, wenn wir so weiter machen wie bisher. Darum ist oberste Priorität, alles mit Verstand zu reparieren, das irgend möglich ist. Und wir müssen schnellstens anfangen, unsere verfügbare Energie sorgsam zu verwenden. Darum gibt es dieses Seiten hier. Und hier gehts los ....

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Ein Blick in die Kostal Betriebsanleitung

In der BDA des großen Kostal Drehstrom- Wechselrichters ist die sogenannte Wirkleistungssteuerung über einen Rundsteuer-Signalempfänger beschreiben. Das ist leider eine uralte Technik von vor mehreren Jahrzehnten, bei der den 50Hz unserer Normalfrequenz weitere 400 Hz Frequenzimpulse ähnlich einem Morsesignal aufmoduliert (oder überlagert) werden.

Diese Rundsteuersignale schalten auch Straßenlaternen ein und aus und Nachtstrom-Tarife ein und aus. Das ganze ist recht "wackelig", wie man öfter sehen kann, wenn Straßenlaternen tageweise auch tagsüber an bleiben, weil das Steuergerät die Impulse nicht verstanden hatte oder sie nicht zuordnen kann.
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Das geht natürlich heute bei ganz gewöhnlicher Vernetzung oder über Mobilfunk wesentlich komfortabler und sicherer.
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Nocheinmal der Unterschied zwischen Hausstrom und Drehstrom

Die allermeisten Hausanschlüsse der Netzbetreiber landen dreiphasig bis ins Gebäude, meist im Keller oder unter dem Dach. Das muß aber nicht heißen, daß auch in jeder Wohnung alle 3 Phasen verfügbar sind.

Mich beschäftigen daher (fast) nur die leistungsstärkeren Drehstom-Techniken in größeren Objekten - wie bei mir in einem Bauernhof mit mehreren Gebäuden und Etagen.

Das Ziel ist, daß meine "tagundnacht" Grundlast nicht mehr vom Versorger gekauft werden soll. Die Anlage soll also tagsüber so viel elektrische Energie speichern, daß bis zur nächsten Sonnenperiode (tagsüber) die Grundlast aus dem Speicher entnommen wird, im Hausnetz verbraucht wird und nicht zum Versorger durchgereicht wird.

Dazu muß ich genaue Informationen über den Momentan"verbrauch" meiner Grundlast bereitstellen, die mir der moderne Drehstromzähler liefert. Diese Grundlast ist allermeist auf die 3 Phasen verteilt. Bei uns sind es fast 250 VA, in normalen Haushalten unter 100 VA.
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Die Grenzbedingungen im Winter

Im Winter haben wir keine 12 Stunden pralle Sonne, sondern nur etwa 5 Stunden, wobei die Randzeiten sehr energieschwach sind.

Kalkuliere ich daher im schlechtesten Fall 20 Stunden Grundlast a 250VA, kommen da 5 kWh Speicher-Kapazität zusammen, die zur nächtlichen Überbrückung benötigt würden.

Die 5 kWh sollten von der Gesamtanlage tagsüber geliefert und abgespeichert werden können. Kalkuliere ich 5 Stunden Sonneneinstrahlung, müsste die PV-Anlage im tiefen Winter bei sehr flach einfallener Sonne mindestens 1.2 kWh an den Lade-Controller des Speichers abgeben können.

Das wäre aber der schöngerechnete Idealfall, denn die alten wie die neuen Speicher sollten nie auf weniger als 5% Restkapazität entladen werden. Das würde die spezifizierten (möglichen) Ladezyklen drastisch reduzieren. Deshalb müssen für die Winterzeit deutliche Reserven einkalkuliert werden, sonst ist der ganze Aufwand "für die Katz".
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Die Funktionen eines zentralen Prozessors mit fein dosierbarem Load-Balancer bei einer MWR-Farm - in der Theorie

Prototyp des Knoten- Micro- controllers mit 4 x 230V Eingängen für bis zu 4 Micro-Wechselrichter
Der erste Raspberry aus 2014
Das Modell 3B kann sehr viel

Somit kommt dem zentralen Microcontroller eine große Bedeutung zu. Und da es die sogenannten Loadbalancer bereits in den alten großen Anlagen gibt, ist deren Konzept und Funktion nichts Neues. Wir müssen jedoch weiter vorne in unserem Denkmodell anfangen.

Von den einzelnen 2, 4 oder 8 oder noch mehr Mikro-Wechselrichtern werden zu dem Knoten (dem zentralen Micro-Controller oder "der Zentrale") jetzt die bereits einzeln gewandelte elektrische PV-Energie als 230V angeliefert, über mehrere Eingangs-Stromanschlüsse (das könnten ganz normale Steckdosen sein), unabhängig von der späteren Aufteilung auf die einzelnen Phasen des Haus-/Stadnetzes.

Dieser Knoten summiert alle einzeln angelieferten PV-Leistungen auf, erzeugt daraus für den Ladecontroller die Ladespannung für den jeweiligen Speicher und steuert die Ladung des Speichers. Auch da gibt es bereits ausgereifte Konzepte für moderne Strom-Speicher aller Art.

Die temporär überschüssige PV-Leistung wird direkt zum Balancer weiter durchgereicht und dort ins Haus-Netz eingespeist, sofern der Speicher voll geladen ist. Dort im Hausnetz wird ein Teil der aktuelle benötigten Momenta-Leistung selbst abgenommen, der Überschuss an Leistung wird zum Versorger eingespeist.

Der Vorteil ist natürlich, der Balancer muß die abgegebene Leistung nicht einfach nur wie bisher dritteln, nein, er kann die Leistung pro Phase anhand der Momentanwerte aus dem Hausstromzähler in Echtzeit kalkulieren und unterschiedlich auf die drei Phasen des Hausnetzes aufteilen.
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Damit hätten wir das Problem des optimierten Eigenverbrauchs der PV-Leistung gelöst. Es wird nur noch dann PV-Leistung ins Stadtnetz eingespeist, wenn bei vollem Speicher (fast) alle lokalen Verbraucher abgedeckt sind. Und wir wissen jetzt schon, im Winter wird das sehr knapp.
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Die intelligente Einspeis-Technik aus dem Grundlast-Speicher

Interessanter aber in einem zentralen Knoten gleichfalls lösbar ist die intelligente Entlade-Regelung der Leistung aus dem Speichers. Die Einspeisung der gebunkerten PV-Energie in das Hausnetz und danach in das Stadtnetz kann mit dieser zentralen Technik hochoptimiert gesteuert werden.

Der Microcontroller weis in Echtzeit, wann die Sonne scheint und wann nicht, wann also PV-Leistung ankommt und wann das Hausnetz aus dem Speicher gefüttert werden soll bzw. muß.

Für die (meißt nächtliche) Grundlast-Versorgung des Hausnetzes aus dem Speicher weis der zentrale Controller aber auch, wieviel gebremste oder gedeckelte Momentan-Leistung er einer einzelnen Phase zuorden darf, damit keine Akku-Leistung ins Stadtnetz abfließt.
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Der Schlüssel ist die Drosselung des Ausgangs in Watt (VA)

Und jetzt kommt der entscheidende "Trick" des zentralen Microcontrollers mit dem Zugriff auf die aktuellen Momentan-Daten des modernen elektronischen 3-Phasen Stromzähler.

Mit Hilfe des Infrarot-Auslesekopfes auf diesem Zähler "sieht" der Microcontroller in Echtzeit den Momentanwert der Einspeisung auf allen 3 Phasen und kann seine Einspeis- Leistung aus dem eigenen Akku ganz gezielt pro Phase drosseln, damit nicht mehr Leistung als unbedingt nötig aus dem Akku ins Stadtnetz eingespeist wird. Die modernen Zähler messen nämlich die Momentanwerte der durchfliessenden Leistung in beiden Richtungen in Echtzeit.
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So etwas Ähnliches können einzelne Wechselrichter Modelle bereits, doch bislang (Stand Sommer 2023) nur unvollkommen und hilfsweise. In aktuellen WRs und MWRs kann die Einspeisung in das Hausnetz in Prozent - von der Maximalleistung ? oder von der aktuell verfügbaren PV-Leistung ? - gedrosselt werden.

Im Prinzip ginge das aufs Watt genaus, sodaß die Momentaneinspeisung ins Hausnetz haargenau so gesteuert werden kann, daß keinerlei Einspeisleistung ins Stadtnetz (das wäre im Drehstromzähler) gemessen wird. Ist der Akku leer und/oder die Sonne nicht mehr da, muß natürlich die gesamte benötigte Momentanleistung vom Versorger geholt bzw. zugekauft werden.

Ganz wichtig : Die Parameter müssen konfigurierbar sein und die ganze Technik muß vollautomatisch und autark und kontrollierbar funktionieren.
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Und soetwas könnte ein Raspbery PI3 oder PI4 übernehmen - siehe oben .......

Für den Raspberry 3 und später gibt es bereits diesen Infrarot-Meßkopf, der auf den Zähler geklebt wird. Auch hat der Raspberry sowohl LAN als auch W-LAN onboard und kann damit in die Haus-EDV eingeklinkt werden. Der Zentrale Knoten-Microcontroller kann deshalb mit dem Raspi kommunizieren und Daten austauschen bzw. abrufen.
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Kritik, Tips, neue Gedanken und Anregungen sind erwünscht !

Die Umwelt-Themen sind nicht nur sehr komplex, sie sind auch nicht mehr auf die lange Bank zu schieben, denn es "brennt" auf unserem Planeten an allen Ecken und Enden. Wenn Ihnen etwas dazu einfällt, das ich hier nicht beachtet oder geschrieben habe,
bitte ich um Ihren Kommentar und Hinweis
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