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Das netzunabhängige Photovoltaik-Stromerzeugungssystem besteht im Wesentlichen aus einem Solarmodul, einem Energiespeicher, einem Regler und einem Wechselrichter. Die einzelnen Komponenten werden im Folgenden kurz erläutert. Solarmodule können aus monokristallinem, polykristallinem oder amorphem Silizium bestehen. Eine Gruppe von mit Glas und speziellen Materialien verkapselten Solarzellen wird als Solarmodul bezeichnet; mehrere Solarmodule bilden zusammen ein Solarzellenfeld. Art und Zusammensetzung der Solarzellen werden entsprechend dem Leistungsbedarf des Systems, den Einsatzbedingungen und den Kosten ausgewählt. Da die Photovoltaik-Stromerzeugung direkt von den Wetterbedingungen abhängt, ist die Energiespeicherung nicht konstant. Um eine kontinuierliche Stromversorgung des Systems zu gewährleisten, ist ein Energiespeicher erforderlich, der einen Teil der elektrischen Energie speichert und bei fehlender Sonneneinstrahlung Strom liefert. Derzeit werden in Photovoltaik-Stromerzeugungssystemen hauptsächlich Batterien zur Energiespeicherung eingesetzt. Gängige Batterietypen sind Bleiakkumulatoren, Nickel-Cadmium-Akkus, Lithium-Ionen-Akkus usw. Bleiakkumulatoren haben eine Einzelzellenspannung von 2 Volt und eine Lebensdauer von 500–1500 Ladezyklen. Nickel-Cadmium-Akkus haben eine Einzelzellenspannung von 1,0–1,3 Volt und eine Lebensdauer von 2500 Ladezyklen. Lithium-Ionen-Akkus haben eine Einzelzellenspannung von 3,7 Volt und eine Lebensdauer von 1000–10.000 Ladezyklen. Nickel-Cadmium-Akkus und Lithium-Ionen-Akkus sind zwar teuer, bieten aber eine hohe Kapazität pro Volumeneinheit und werden hauptsächlich in Anwendungen eingesetzt, die eine geringe Größe und hohe Kapazität erfordern, wie z. B. Mobiltelefone, Kameras, Laptops und andere digitale Produkte. In netzunabhängigen Photovoltaikanlagen werden in der Regel hauptsächlich verschlossene Bleiakkumulatoren verwendet. Bleiakkumulatoren sind sehr günstig, verschlossen, wartungsfrei und sehr benutzerfreundlich. Die wichtigsten Parameter einer Batterie sind Spannung, Kapazität und Lebensdauer. Die Einheit der Spannung ist Volt (V), die Einheit der Kapazität Amperestunden (Ah) und die Zyklenlebensdauer die Anzahl der Lade- und Entladezyklen. Die Batterie des Ladereglers muss bestimmte Anforderungen an das Laden und Entladen erfüllen. Häufiges Überladen und Tiefentladen verkürzt die Lebensdauer. Die Kontrolle des Lade- und Entladevorgangs der Batterie ist daher die Hauptfunktion des Ladereglers. Er wählt den maximalen Leistungspunkt der Solarzelle anhand des Stromverbrauchs des Nutzers, des Lade- und Entladezustands der Batterie sowie der Lichtverhältnisse der Solarzelle und koordiniert Ladevorgang und Stromstärke. Der Laderegler muss außerdem Daten erfassen, schützen und an das System ausgeben. Er nutzt hauptsächlich einen DC/DC-Wandler zur Umwandlung von Spannung und Strom. Das Prinzip der DC/DC-Wandlung wird im Abschnitt „Prinzip des DC/DC-Wandlers“ erläutert. Der Wechselrichter wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um und verwendet hauptsächlich einen SPWM-Vollbrücken-Wechselrichter zur Erzeugung von sinusförmigem Wechselstrom. Das Prinzip des SPWM-Wechselrichters wird im Abschnitt „Prinzip des SPWM-Wechselrichters“ erläutert. Elektrische Geräte nutzen Gleich- oder Wechselstrom für ihre Verbraucher. Einfache Photovoltaik-Anlagen benötigen keinen Wechselrichter und liefern ausschließlich Gleichstrom. Einige können, wie in Abbildung 2 dargestellt, verschiedene Gleichspannungen ausgeben. Der Regler empfängt den vom Solarmodul erzeugten Gleichstrom und steuert den Lade- oder Entladestrom der Batterie. Bei einfachen Reglern ist die Batterie direkt mit dem Ausgang verbunden, sodass die Systemausgangsspannung der Batteriespannung entspricht. Andere Regler verfügen über Gleichstromwandler, die verschiedene Gleichspannungen wie 5 V, 9 V, 12 V usw. für unterschiedliche elektrische Geräte ausgeben können. Die Ausgangsleistung solcher Systeme ist in der Regel gering, weshalb meist tragbare Geräte zum Einsatz kommen.
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