DIE INSEL

Auf dem Dach des Turms des KT-Gebäudes steht die aus vier Solarmodulen, einer Kleinwindkraftanlage (KWEA), einem Netzteil, einem Schalt- und einem Messtechnikschrank sowie zwei Bleibatterien bestehende Inselanlage.

Siehe auch: https://www.youtube.com/watch?v=x9bFlDJO12g

Mit Hilfe dieser Anlage können Untersuchungen vorgenommen werden, um Erkenntnisse darüber zu gewinnen unter welchen Bedingungen eine bedarfsgerechte Strombereitstellung durch erneuerbare Energien in Inselsystemen realisiert werden kann und welche Rolle den Speichertechnologien in diesen Versorgungssystemen zu fällt.

Komponenten der Anlage:

  1. der KWEA und vier Photovoltaikmodulen (PV-Modulen), als Erzeugungseinheiten
  2. einem Netzteil („virtuellen Biogasanlage“), welches die erforderliche Ausgleichsleistung (Regelleistung) aus dem Netz bezieht, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten
  3. zwei Solar-Akkumulatoren, zum Lastenausgleich
  4. einem realen Verbrauchersystem (Computer und Steckdose im Energieseminar Büro)
  5. Messeinrichtungen zur Messung:
    • von Wetterdaten, wie Windgeschwindigkeit/-richtung und Sonneneinstrahlung
    • der Stromerzeugung und des Verbrauchs

Die Photovoltaikanlage

Die Erzeugereinheit besteht aus einer einer KWEA und vier PV-Modulen vom Typ „SolHp 50-12S “ der Firma Soltronic mit je 50 Wpeak Leistung (s. https://www.youtube.com/watch?v=Os42paWbrx8 ). In unserem System wurden je zwei Module in Reihe geschaltet, um die notwendige Systemspannung von ca. 24 V zu erreichen. Die Ausgangsspannung des Photovoltaiksystems wird dabei über einen Laderegler geregelt.

Die Kleinstwindkraftanlage

Bei der Kleinstwindkraftanlage handelt es sich um die Air-X in 24 Volt Ausführung (s. https://www.youtube.com/watch?v=Qd_HRoiT1JU ). Die Air-X besitzt einen besonders reibungsverlustarmen bürstenlosen Permanentmagnet-Generator. Weiter ist in der Air-X ein Mikroprozessor und ein Spannungsregler verbaut. Der Mikroprozessor stellt den Generator durch Abgleich mit der aktuellen Windgeschwindigkeit auf optimale Leistungsausbeute ein. Der Spannungsregler der Air-X gleicht permanent die Spannung der Speicher bzw. des Systems ab und regelt gegebenenfalls das Windrad ab, sodass kein Strom mehr fließt. So regelt der Spannungswandler ab, wenn die Akkus und die System Spannung den Wert von 28,8 V überschreitet.

Das Netzteil, das die „virtuelle Biogasanlage“ simuliert, ist auf eine kritische Systemspannung von 23,8 Volt eingestellt, bei der das Netzteil anspringt und durch einen Stromfluss die Systemspannung aufrechterhält.

Der Energiespeicher

Der Speicher wird durch zwei verschlossene Blei-Säure-Akkus der Firma Accutec AGM mit einer Nennspannung von 12 Volt und ein Kapazität von je 90 Amperstunden gebildet (s. https://www.youtube.com/watch?v=x9bFlDJO12g). Die Gesamtspannung des Systems beträgt 24 Volt. Bei überschüssiger Produktion von elektrischer Energie durch die KWEA und PV-Module werden die Batterien geladen. Wenn der Strombedarf des Verbrauchers die momentan erzeugte Energiemenge übersteigt, wird die in den Batterien gespeicherte Energie wieder zur Verfügung gestellt.

Die Verschaltung

Die Erzeugereinheit, das Netzteil und der Speicher sind in einem Schaltschrank miteinander verschaltet. In diesem Schaltschrank wird auch die elektrische Energie für die Versorgung des Wechselrichters und damit des Rechners im Büro abgegriffen wird. An dem Schaltbrett laufen die Spannungsquellen an zwei Kupferschienen zusammen.

Der Wechselrichter „STECA SOLARIX PI-1100 “ ist hier an die Kupferschienen angeschlossen. Die 24 Volt Gleichstrom werden von dem Wechselrichter zu 230 Volt Wechselstrom gewandelt und legen von dort etwa 100 Metern Kabelweg zurück, um schließlich einen PC im Energieseminar-Büro zu versorgen.

Die Messtechnik

Zur Untersuchung der Anlagenauslastung und insbesondere des Verhaltens und der Auswirkung der Speicher auf das System, wurde ein Messsystem in die Anlage eingebaut (s. https://www.youtube.com/watch?v=7iU6EbyHdHU ). Durch zahlreiche Sensoren können Systemspannungen und Ströme der verschiedenen Einheiten (PV, Netzteil, Verbraucher, etc.) gemessen und aufgezeichnet werden. Zur Verarbeitung der Messsignale dienen eine Übertragungsstrecke und ein Arduino. Die Daten werden mithilfe der Software emoncms ausgewertet und können im Internet nachverfolgt werden. Gemessen wird die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung, die Strahlungsintensität der Sonne sowie Temperaturen und Stromstärken verschiedener Komponenten. Mit einem Raspberry Pi werden die Daten auf einem Bildschirm im KT-Gebäude angezeigt.

Die Sicherheitstechnik

Das Versorgungskabel für das Energieseminar-Büro ist mit einer 4 Amper Sicherung im Turm direkt nach dem Wechselrichter abgesichert (s. https://www.youtube.com/watch?v=XrypTKEbCK8 ). So ist bei der Kabellänge ein Normgerechter Spannungsfall von weniger als drei Prozent gewährleistet. Weiter ist zum Personenschutz ein FI-Schutzschalter ebenfalls direkt nach dem Wechselrichter montiert der bei einem Fehlstrom von mehr als 30 Milliamper die Leitung trennt und so den vorgeschriebenen Personenschutz gewährleistet. Im Fall einer zentralen Netzabschaltung für das Gebäude wird auch das Versorgung des Büros durch ein verbautes Sicherheitsrelais getrennt.

(s. https://www.youtube.com/watch?v=eB1r7c0kDC8 )

Um Datenverlust zu vermeiden, ist im Büro ein Transferschalter montiert der im Falle einer Störung des Anlage unterbrechungsfrei auf Netzversorgung umschaltet und so den Rechnerbetrieb aufrecht erhalten kann.