SUNPOWER

Wirtschaftliche Vorbetrachtung:
Die von kleinen privaten Photovolatikanlagen erzeugte Leistung (hier 4kWp) kann im Normalfall nur bis zu ca. 25% (im Jahresdurchschnitt) durch kochen, waschen, trocknen etc. selbst verbraucht werden. Bei größeren Anlagen ist es eher noch weniger. Lässt sich durch intelligente Steuerung dieser Prozentsatz aber erheblich erhöhen, wenn man Solarstrom z.B. zum Aufheizen von Wasser nutzt? Dabei sind diverse Randbedingungen für die Wirtschaftlichkeit von Bedeutung, auf die hier später noch eingegangen wird.

Für das beschriebene Projekt waren die Investitionskosten (Material und Arbeitszeit) von nachrangiger Bedeutung. In erster Linie sollte generelle Machbarkeit eruiert und Wirkschaftlichkeit im Betrieb realisiert werden.
Erste Berechnungen zum Leistungsverbrauch bei Wassererhitzung

ergaben realistische und verwertbare Ergebnisse. Z.B. würde die Erhitzung von 800 l Wasser um 10 K bei durchschnittlich 3kW ca. 3 Stunden dauern.
Die Kostenbetrachtung und der Vergleich diverser strombasierenter Energiequellen

zum Erhitzen von Wasser pro kWh, muss differenziert gesehen werden und ist aktuell mit entscheidend über die Rentabilität des Systems. Der Vergleich zeigt, dass beim Einsatz der vorhandenen WP die Erhitzung von Wasser (noch) nicht rentabel ist. Bei allen anderen Stromquellen jedoch schon. Öl als Energieträger ist nur zur Referenz aufgeführt. Dem Vergleich liegen Einspeisevergütungen von 2011 zugrunde. Die aktuellen Vergütungen und Strompreise begünstigen hingegen den Eigenverbrauch erheblich. Die heutige Rentabilität muss daher individuell neue berechnet werden.

Betrachtung Technische Realisierung:
Grob gesehen muss man wissen, wieviel solare Energie im Moment zur Verfügung steht und wie viel Leistung lokal im Moment verbraucht wird. Wenn ein Überschuss an Solarenergie besteht, können zusätzliche Verbraucher angeschaltet werden. Das könnte man manuell erledigen, diverse PV-Wechselrichter sind aber auch schon mit Einrichtungen versehen, die je nach aktuellem solaren Ertrag zusätzliche Verbraucher zu- und abschalten können. Dies geschieht dann aber meistens nach der "EIN-AUS" Methode. Ein z.B. 6 kW Heizstab belastet nach Anschaltung immer mit 6kW. Entweder muss gewartet werden bis 6 kW übrig sind oder man bezieht die Differenz an Leistung vom Stromlieferant und zahlt dafür.

Um eine 6 kW Heizpatrone mit z.B. nur 1kW Leistungsaufnahme zu betreiben, kommt nur eine Phasenanschnittsteuerung in Betracht, vergleichbar mit einem Dimmer für Beleuchtung im Wohnzimmer. Allerdings ist dabei durch die wesentlich höhere Lesitung , ein erhöhter Aufwand zur Störungsvermeidung nötig. Diese Lösung kann jedoch schnell genug auf Lastwechsel reagieren , wenn plötzlich durch Verbraucher im Haus mehr Leistung benötigt wird.
Eine Pulspaketsteuerung, die mit der gleicher Einrichtung realisierbar wäre und mit wesentlich geringerem Filteraufwand auskäme, hilft hier nicht. Für die Dauer des Paketes würde die volle Leistung aufgenommen. Damit liese sich wohl eine Temperatur- aber keine Leistungsregelung erreichen.

Realisierung:
Für die hier gewählte Lösung wurde für die Leistungselektronik auf käufliche Komponenten zurückgegriffen. Der SUNPOWER Controller mit SW ist Eigenbau.

Blockschaltbild Aufzeichnung Betriebsergebnis

Benötigt werden :

3-Phasen Thyristorsteller (hier Tyco-3ph,RS Elektroniksystem GmbH, http://www.rs-steiner.com)
3-Phasen Drossel (hier NDR-3pH-16, RS Elektroniksystem GmbH)
Netzfilter (hier Schaffer FS2619-30-17, EBAY)
Heizstab (hier 6kW)
2 mal 3-phasen Energiezähler mit S0 Ausgang
1 mal einphasiger Energiezähler mit S0 Ausgang
Controller zur Ermittlung der erzeugten und verbrauchten Energie, zum Regeln des Heizstabes und zum Logger der Daten (hier Eigenbaucontroller mit LPC2148 MC)

Ergebnis und Hinweise:
Bei der hier gewählten Anordnung können um die 90% Selbstverbrauchsanteil erreicht werden. Vorausgesetzt, die überzählige Leistung der Solaranlage kann immer an den Wasserpuffer abgegeben werden. Die überschüssige Leistung ist sehr fein dosier- und die Heizpatrone ab fast 0 Watt bis zum Maximum aussteuerbar. Unter ca. 200 W Überschuss wird jedoch absichtlich nicht mehr ausgeregelt, um bei kleinen Grundlaständerungen im unteren Leistungsbereich nicht sofort nachregeln zu müssen. Die Regelung ist ausserdem "hängend", d.h. es wird immer erst im nachinein erkannt ob die zulässige Leistung überschritten ist. Es kommt daher regelungsbedingt manchmal zu ganz kurzen Leistungsaufnahmen vom Netz.

Bildergalerie:
Bilder des Testaufbaus im Schaltschrank und Testaufbau des Controllers.