Strom aus Licht - Institut für naturwissenschaftliche Grundlagen

Kapitel 4: Solarzellen 40
Als übersichtliches und realistisches Beispiel betrachten wir die Elektrizitätsversorgung einer
entlegenen Alphütte. Hauptverbraucher sind die Melkmaschine, der Kühlschrank und die
Beleuchtung. Der Radio fällt nicht ins Gewicht; elektrisch Kochen und Heizen kommt nicht in
Frage. Die Beleuchtung mit Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen benötigt etwa 100 W
während 6 Stunden; der grosse Kühlschrank braucht 200 W während 4 Stunden; die Melkmaschine
benötigt 4 Stunden lang 500 W. Eine Photovoltaikanlage passt natürlich besser in die
Alpenwelt als ein Benzinmotor-getriebener Generator, wie er vielerorts in Gebrauch ist.
Es ist offensichtlich, dass auch bei schlechtem Wetter genügend Elektrizität zu Verfügung
stehen muss. Das Speicherproblem ist also zentral. Sie wissen vermutlich, dass es in solchen
Fällen mit einer Kombination von "Bleibatterien" bewältigt wird. Die Blei-Bleioxyd-Schwefelsäure-Akkumulatoren
werden seit über 100 Jahren eingesetzt. Sie sind Ihnen als "Autobatterie"
vertraut. In letzter Zeit sind spezielle "Solarbatterien" entwickelt worden, die sich durch eine
geringe Selbstentladung auszeichnen. Das bedeutet, dass sie sich praktisch nicht entladen, wenn
sie keine Energie abgeben müssen.
Aufgabe 4.5
-
Schätzen Sie die Batteriekosten für die Stromversorgung der Alphütte ab. -
Gehen Sie vom oben angegebenen Tagesbedarf aus. Nehmen Sie an, die
Batterien müssten diese Elektrizität während 3 Tagen ohne Nachladung
liefern können. Die Batterie-Anlage ist aus Batterien mit 12 Volt Betriebsspannung
und 100 Ah Speichervermögen aufzubauen.
Hinweise: Berechnen Sie zuerst die Energie, die die Verbraucher benötigen.
Nehmen Sie dann an, jede Batterie könnte 70 % der gespeicherten
Energie bei konstant 12 Volt abgeben. Eine Battreie kostet 400.- SFR.
Aufgabe 4.6
-
Schätzen Sie die Solarzellenfläche für die Alphütte ab. - Gehen Sie vom
Bedarf aus, den Sie bei Aufgabe 4.5 berechnet haben. Nehmen Sie eine
Wirkungsgrad von 12 % an. Weil die Solarzellen nicht der Sonne nachgeführt
werden und alles auch bei mässigem Wetter laufen muss, gehen Sie
von 8 Stunden täglichem Sonnenschein bei bloss 400 Watt/m 2 aus.
Obwohl die Alphütte kein Grossverbraucher ist, erreichen der Solargenerator und die
Batterieanlage beträchtliche Dimensionen. Weil nun Einstrahlung, Verbrauch und Ladezustand
der Batterien unabhängig voneinander schwanken werden, ist zudem eine anspruchsvolle
Regelung mit einem Ladegerät nötig. Dieses besorgt folgende Funktionen:
• Anpassung der Ausgangsspannung des Solargenerators an den Ladezustand der Batterien.
• Schutz der Batterien vor Überladung (Elektrolyse!) und vor Tiefentladung.
• Schutz der Batterien vor zu grossen Lade- und Entladeströmen (Lebensdauer)
Merken Sie sich:
Inselanlagen bestehen aus Solargenerator, Blei-Batterie-Kombination und Laderegler. Wo
sonst lange Leitungen nötig wären, sind sie teilweise heute schon kostengünstiger.
ETH-Leitprogramm Physik
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