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Effiziente Photovoltaikanlagen

Optimierte Schaltungsanordnungen erlauben es, Photovoltaikanlagen effizient und kostengünstig zu betreiben.

Die Solaranlage auf dem Dach des Elektrotechnischen Instituts (ETI) wird bereits erfolgreich mit den dort entwickelten Geräten zur Leistungsmaximierung betrieben.
Photovoltaikanlagen leisten einen wichtigen Beitrag zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen. Das Herzstück einer jeden Photovoltaikanlage bildet dabei der Solargenerator. Dieser besteht aus plattenförmigen Solarmodulen, in denen Sonnenenergie in Gleichstrom umgewandelt wird. Mehrere Module in Reihenschaltung bilden dabei einen Strang. In größeren Anlagen werden häufig mehrere Stränge parallel geschaltet.

Um den Gleichstrom des Solargenerators ins Stromnetz einzuspeisen, werden Wechselrichter benötigt. Diese maximieren gleichzeitig die Leistung der Solarmodule, die unter anderem von der Stärke der Sonneneinstrahlung abhängt. Ein Schatten, beispielsweise von einem Schornstein, der auf Teile der Solaranlage fällt, kann dazu führen, dass die einzelnen Stränge unterschiedliche Spannungen im Punkt maximaler Leistung liefern. Für eine optimale Energieausbeute ist es daher sinnvoll, die Leistungen der Stränge einzeln abzugreifen und individuell zu regeln. Dazu werden bislang Gleichspannungswandler eingesetzt, mit denen sich die Spannungen der unterschiedlichen Stränge frei einstellen lassen. Solche Gleichspannungswandler verursachen jedoch zusätzliche Kosten und Energieverluste.

KIT-Wissenschaftlern des Elektrotechnischen Instituts (ETI) ist es gelungen, Schaltungsanordnungen für die Regelung von Photovoltaikanlagen zu optimieren. Bei typischer Anlagenauslegung unterscheiden sich die Spannungen der Stränge selbst bei Teilverschattung nur in einem begrenzten Maß voneinander. In der Praxis genügt es daher, Gleichspannungswandler mit einem reduzierten Arbeitsbereich einzusetzen. Solche Geräte sind kostengünstiger und haben einen im Vergleich zu bisher eingesetzten Wandlern höheren Wirkungsgrad, sodass  die Anlagen effizienter betrieben werden können.

Die entwickelten Schaltungsanordnungen können entweder mit konventionellen Wechselrichterschaltungen kombiniert oder zur direkten Netzeinspeisung verwendet werden. Darüber hinaus sind die Schaltungsanordnungen auch für die Anbindung von Energiespeichersystemen geeignet.

Das KIT sucht Partner, die an der Weiterentwicklung und dem kommerziellen Einsatz der Technologie interessiert sind.

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Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Stephan Barth, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager Energie, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25536

E-Mail: stephan.barth@kit.edu

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