Читать книгу Mobil Sonnenenergie nutzen - Stephan Wellnitz - Страница 8

Elektrizität messen

Elektrizität wird mit einigen wenigen Messgrößen gemessen:

Volt (V): beschreibt die Spannung (U), also ein Energiepotenzial, oder die Größe der Kraft, die den Strom durch das Kabel treibt. Das Energiepotenzial, oder Volt, ist immer vorhanden, ob der Strom fließt oder nicht. So hat ein Solarmodul eine Spannung VOC: Volt Open Circuit, das ist die Spannung die bei Lichteinfall vorhanden ist, wenn der Stromkreis offenbleibt. Eine Analogie zum Wasserschlauch: Volt ähneln dem Druck des Wassers in einem Gartenschlauch. Wenn Sie eine Handbrause mit dem Gartenschlauch verbinden und die Handbrause geschlossen ist, ist der Druck noch vorhanden.

Ampere (A): misst die Größe des Stroms (I), also die Menge der Elektrizität, die durch ein Kabel transportiert wird. Je mehr Ampere ein Kabel tragen muss, desto dicker muss das Kabel sein. Ampere sind nur vorhanden, wenn Strom durch ein Kabel fließt. So hat ein Solarmodul einen ISC (short circuit), das beschreibt den Strom, der bei Lichteinfall und kurzgeschlossenem Kabel ohne Verbraucher fließt.

In einer Wasserschlauch Analogie: Strom ist ähnlich wie die Strömungsgeschwindigkeit von Wasser. Betrachten Sie es als die Gesamtmenge an Wasser, die ein Schlauch transportieren kann. Wenn ein Schlauch dicker ist, kann er bei gleichem Druck mehr Wasser transportieren. Die Strömungsgeschwindigkeit kann nur auftreten, wenn sich Wasser durch den Schlauch bewegt.

Watt (W): Die elektrische "Leistung" (P), Dies ist die Größe, die Volt und Ampere kombiniert und in der Leistungsgleichung dargestellt wird. So hat ein Solarmodul eine maximale Leistung, die in Wp, Watt peak (in der Spitze) angegeben wird.

In der Wasserschlauch Analogie: Wie schnell Sie einen Eimer mit Wasser füllen können.

In einigen Sonderfällen wird auch Voltampere VA verwendet, dazu später mehr.

Die Komponenten einer Solarstromanlage werden Elektrizität erzeugen, diese speichern, transportieren oder verbrauchen. Wir können Volt, Ampere und Watt verwenden, um zu beschreiben, wie viel Strom etwas produziert, speichert oder verbraucht.

So verwenden Sie die Volt/ Ampere/ Watt-Angaben in einer Solaranlage:

Die Nennspannung, also die Volt Zahl, bestimmt die Verwendbarkeit einer Komponente. Wenn eine Batterie für 12 Volt ausgelegt ist, kann sie nur 12-Volt-Geräte mit Strom versorgen. Es gibt Ausnahmen, aber um die Dinge einfach zu halten, verwenden Sie die Spannung, um zu bestimmen, ob eine Komponente mit einer anderen Komponente arbeiten wird.

Die Ampere Zahl bestimmt, wie viel Strom produziert/ gespeichert/ verbraucht wird bei einer bestimmten Spannung. In einer Solaranlage verwenden wir die Ampere-Zahl eines Bauteils, um zu bestimmen, welche Dicke des Kabels benötigt wird, um es an das System anzuschließen. Je mehr Strom eine Komponente produziert oder verbraucht, desto dicker muss das Kabel sein, um sie an das System anzuschließen. Einige Komponenten in einer Solaranlage haben eine Spannungszahl und eine Stromzahl. Mehr dazu später.

Die Wattzahl wird verwendet, um die Gesamtmenge an Strom zu ermitteln, die ein Bauteil zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugt/speichert/ verbraucht. Dabei hilft die Leistungsgleichung.

Wenn Strom produziert oder verbraucht wird, bestimmen die Volt- und Ampere-Zahl die Watt-Zahl. Sie können herausfinden, wie viel Watt eine Systemkomponente produziert oder verbraucht, indem Sie ihre Ampere-Zahl mit ihrer Spannungs-Zahl multiplizieren.

Amperezahl x Voltzahl = Wattzahl

Einige Beispiele:

• Ein Solarmodul, das 10 Ampere Strom bei 22 Volt produziert, produziert 220 Watt.

• Ein Solarmodul, das 3 Ampere Strom bei 39 Volt produziert, produziert 117 Watt.

• Ein Ventilator, der 8 Ampere Strom bei 12 Volt verbraucht, verbraucht 96 Watt.

• Ein kleiner Ventilator, der 3 Ampere Strom bei 12 Volt verbraucht, verbraucht 36 Watt.

Die Berechnung der Leistung einer Komponente ist wichtig für die Auslegung unserer Solaranlage, aber wir müssen einen Schritt weiter gehen. Wenn Sie die Watt-Zahl eines Bauteils mit der Zeit, wie lange Sie es verwenden, kombinieren, bestimmen Sie die Komponenten- "Wattstunden-Zahl".

Leistung (W) x verwendete Stunden (h) = Wattstundenzahl (Wh)

Beispiele hierfür sind:

Multiplizieren Sie die Leistung einer Komponente mit der Anzahl der Stunden, für die sie verwendet wird.

• Ein 100-Watt-Solarmodul, das Strom für 3 Stunden produziert, produziert 300 Wattstunden.

• 500-Watt-Solarmodule, die Strom für 1 Stunde produzieren, erzeugen dabei 500 Wattstunden.

• 1000-Watt-Solarmodule, die 30 Minuten lang Strom erzeugen, produzieren dabei 500 Wattstunden.

• Eine 1000 Watt Mikrowelle, die für eine halbe Stunde verwendet wird, verbraucht 500 Wattstunden

• Ein 100 Watt Ventilator, der für 10 Stunden verwendet wird, verbraucht 1000 Wattstunden.

• Ein TV mit 0,5 Watt Standby-Verbrauch, das eine Woche lang nicht genutzt, aber angeschlossen bleibt, verbraucht 94,5 Wattstunden.

Wenn Sie die Speicherkapazität einer Batterie bestimmen wollen, oder wissen wollen, wieviel Strom eine Batterie speichern kann, müssen Sie die Wattstunden-Zahl bestimmen.

Batterien im Handel werden in der Regel in "Amperestunden (Ah)" angeboten. Diese Zahl gibt an, wie viele Ampere in einer Stunde bei einer bestimmten Spannung verwendet werden können.

Wenn eine Batterie für 200 Amperestunden bei 12 Volt ausgelegt ist, kann die Batterie genug Energie speichern, um 200 Ampere Strom bei 12 Volt für 1 Stunden bereitzustellen. Diese Zahlen sind theoretische Werte, dazu später mehr.

Wenn Sie die Dauer des Verbrauchs erhöhen, müssen Sie die Ampere, die die Batterie liefern kann, verringern, weil die Kapazität (C) der Batterie aufgrund ihrer Chemie und Auslegung vorgegeben ist:

• Eine 12 Volt, 200 Ah Batterie kann 100 Ampere Strom für 2 Stunden bereitstellen.

• Eine 12 Volt, 200 Ah Batterie kann 50 Ampere Strom für 4 Stunden bereitstellen.

• Eine 12 Volt, 200 Ah Batterie kann 25 Ampere Strom für 8 Stunden bereitstellen.

Oftmals werden 12 Volt Batterien als 100Ah (C100) oder 100Ah (C20) angegeben. Dabei wird die Kapazität der Batterie (C) mit einer Stundenzahl angegeben. C100 bedeutet also, die Kapazität 100 Ah wird bei Nutzung für 100 Stunden erreicht. Bei der Angabe C20 wird die Kapazität der Batterie von 100Ah in 20 Stunden erreicht. Im ersten Fall kann die Batterie für 100 Stunden ein Ampere bereitstellen, im zweiten Fall kann sie 5 Ampere für 20 Stunden bereitstellen.

Die Kapazität C in Wattstunden (Wh) einer Batterie ist die Amperestundenzahl (Ah) multipliziert mit der Spannung (V) der Batterie:

• Eine 12 Volt, 200 Amperestunden Batterie (12 Volt x 200 Amperestunden = 2400 Wattstunden) kann 2400 Watt für 1 Stunde liefern. Diese Batterie hat eine Wattstundenzahl von 2400 Wh.

• Eine 12 Volt, 50 Amperestunde Batterie (12 Volt x 50 Amperestunden = 600 Wattstunden) kann 600 Watt für 1 Stunde liefern. Diese Batterie hat eine Wattstundenzahl von 600 Wh.

Jetzt, da wir die Leistung und die Wattstundenzahl berechnen können, wird eine Solarstromanlage einfacher auszulegen. Dabei müssen wir die maximal möglichen Werte auf der Strom - Erzeugungsseite betrachten.

Hier ist ein Beispiel für die Nutzung mit maximal möglichen Werten einer Solaranlage:

Eine Solarstromanlage hat 4 Solarmodule, die jeweils 5 Ampere bei 20 Volt produzieren können, was bedeutet, dass jedes Solarmodul 100 Watt (5 Ampere x 20 Volt = 100 Watt) produziert. Es gibt 4 Module, so dass die maximale Gesamtleistung, die diese Solaranlage zu einem bestimmten Zeitpunkt produzieren kann, 400 Watt peak (Wp) beträgt.

Bei vollem Sonnenschein für 4 Stunden werden die 400 Watt Solarmodule 1600 Wattstunden (400 Watt x 4 Stunden = 1600 Wattstunden) produzieren.

Die Batteriebank, die von den Solarmodulen aufgeladen werden soll, sei für 133 Amperestunden bei 12 Volt ausgelegt. Das wiederum bedeutet, dass die Batteriebank 1596 Wattstunden (133 Amperestunden x 12 Volt = 1596 Wattstunden) speichern kann. Das bedeutet, dass die vier Solarmodule in 4 Stunden vollem Sonnenschein diese Batterie vollständig aufladen können.

Wenn Sie die Batteriebank verwenden, um einen 100 Watt Ventilator und 20 Watt Laptop anzutreiben, werden Sie in der Lage sein, beide für 13,3 Stunden zu verwenden. (1596 Wh Kapazität geteilt durch 120 Watt = 13,3h)

Wenn Sie stattdessen die Batteriebank verwenden, um eine 1200-Watt-Kochplatte mit Strom zu versorgen, können Sie sie für etwa 1 Stunde 20 Minuten mit Strom versorgen. Theoretisch.

Nun, da Sie die Grundlagen verstehen, können wir diese Formeln verwenden, um zu bestimmen, wie viel Strom wir benötigen und wie groß unsere Solaranlage sein sollte.

Es gilt die Leistungsgleichung

P = f * U * I.

Das „f“ steht für Funktion und ist ein Platzhalter.

Für die Regeln in der „Gleichstromwelt“ gilt: f=1. Damit wird Pfui zu P=U*I.

In der „Wechselstromwelt“ ist das anders, dazu später mehr.

Zusammengefasst:

• Ampere (A) x Volt (V) = Watt(W), also P = U x I

• Watt (W) x Stunden Nutzung (h)= Wattstunden (Wh)

• Für Batterien gilt: Die Amperestundenzahl Ah * Spannung der Batterie = Wattstunden (Wh) Zahl der Batterie