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Das Sonnenlexikon
In diesem kleinen Sonnenlexikon erklären wir Ihnen die wichtigsten Begriffe aus der Solartechnik. Lesen Sie bitte zusätzlich auch die Beschreibungen (auch ergänzende Beschreibungen) der einzelnen Artikel, da dort ebenfalls wichtige Begriffe schon im Text erklärt werden.
Candela, Lumen, Lux
Die Lichtstärke wird in Candela angegeben. Der Lichtstrom wird in Lumen angegeben. Die Beleuchtungsstärke wird in Lux angegeben. Ein (korrekten) umrechnen innerhalb dieser Einheiten ist nur mit recht komplexen Formeln möglich, weil bei der Berechnung auch die Abstände von lichtaussendenden und lichtmessendem Gerät berücksichtigt werden muss. Als Daumenwert kann man (gerade noch eben der Vergleichbarkeit halber) durchgehen lassen; 5 cd (Candela) sind ca. 1 Lumen, und ca. 15 Lux, ca. im Abstand von einem Meter. Schauen Sie auch bei "Lumen", und bei "Lux".
Energiesparlampe
Bei einer Energiesparlampe handelt es sich um eine sog. Leuchtstoffröhrentechnik. Die "leuchtende" Röhre ist hier jedoch nicht gestreckt, sondern kompakt "aufgewickelt". Leuchten mit dieser Technik haben einen ca. 5 x höheren Wirkungsgrad, als eine "normale" Glühlampe. Beispiel; eine 100 Watt Glühlampe benötigt pro Stunde 100 Watt/h Energie. Wenn diese 10 Stunden eingeschaltet ist, ist 1 kW/h elektrischer Strom verbraucht. Eine ca. 20 bis 25 Watt Energiesparlampe liefert jedoch die gleiche Menge Licht. Wie ist das möglich? Nun, bei der Glühlampe wird ca. 95% der Energie in Wärme umgesetzt, und nur ca. 5% in Licht.
entnehmbare Energiemenge
(Elektrische) Energie ist Arbeit, somit das Produkt aus Spannung multipliziert mit Strom, multipliziert mit Zeit. Bei einem Akku kann somit durch Multiplikation von Nennspannung und angegebener Kapazität die max. speicherbare Energiemenge in Wh bzw. kWh berechnet werden. Beispiel; ein Akku mit 12 V Nennspannung und einer Kapazität von 9,5 Ah hat somit ein theoretisches Speichervermögen von 12 x 9,5 = 114 Wh. Das bedeutet theoretisch, das ein solcher Akku, ist er vollständig geladen, einen Verbraucher mit einer Leistungsaufnahme von 114 Watt eine Stunde lang mit ausreichend Energie versorgen kann. Dann ist er aber auch vollständig entladen. Ein Verbraucher mit 11,4 Watt Leistungsaufnahme kann der gleiche Akku, ist er vollständig geladen, somit 10 Stunden lang mit ausreichend Energie versorgen. Dann ist er aber auch vollständig entladen. Um genau diese Tiefentladung zu vermeiden, sollte man min. 10 % Restenergie in dem Akku belassen, um ihn zu schonen.
Gerätelaufzeit
Um zu berechnen, wie groß ein Solar (PV) Modul und/oder ein Solarakku sein sollte, muss man zunächst überlegen, wieviel Energie die vorraussichtlich anzuschliessenden Verbraucher benötigen. Beispiel; ein Solarakku mit den techn. Daten 12 V und 20 Ah kann (als Daumenwert) 12 x 20 - ca. 10 % (verbleibende Restenergiemenge) speichern. Das sind bei diesem Akku also rund 200 Watt/h. Was bedeutet das? Nun, würde man einen Verbraucher welcher z.B. 200 W Leistungsaufnahme hat hier anschliessen, so könnte der Akku den Verbraucher (Gerät) genau 1 Stunde versorgen. Würde der Verbraucher nur 20 W Leistungsaufnahme haben, so könnte der Akku den Verbraucher (Gerät) genau 10 Stunden versorgen. Diese Rechnung können Sie auch anwenden, wenn Sie 230 V Verbraucher verwenden, also einen Wechselrichter zwischen schalten. Allerdings müssen Sie dann von der Versorgungszeit nochmals ca. 10% abziehen, weil die heutigen Wechselrichter einen Wirkungsgrad von rund 90 % haben. Sie haben nun also einen Anhaltswert für die Größe des Akkus. Genauso können Sie auch die Größe des Solar (PV) Modules berechnen. Hier muss aber berücksichtigt werden, wieviel Zeit Sie dem Solarmodul geben möchten, um den Akku wieder voll aufzuladen, und wie vorraussichtlich die Sonne scheinen wird. Lesen Sie dazu bitte diesen Lexikonabsatz über das Thema "Jahresenergieertrag", welcher Ihnen einen Überblick über die zu erntende Energiemenge pro Zeiteinheit eines PV Solarmodules gibt.
Jahresenergieertrag
Bei einem PV Solarmodul hat man sich als Durchschnittswert, als Daumenwert für die realistisch zu erreichende Energiemenge in Kilowatt/Stunden (kWh) auf 900 Sonnenstunden geeinigt. Dabei ergibt sich dann bei einem 10 Watt/p Modul eine Jahresleistung (genau genommen nicht Leistung, sondern Arbeit = Jahresertrag) von 9 kWh Ertrag elektrischen Strom. Der Faktor 900 gilt innerhalb Deutschland, schwankt dort aber auch. In manchen Regionen Deutschlands erreicht man sogar den Faktor 1000. Fragen Sie doch mal bei Ihren Bekannten nach. Fragen Sie, welche Peak Leistung deren PV Solarstromanlage hat, und welche Erträge sie in den letzten Jahren erreicht haben. Weiterhin sollten Sie noch den sog. "Tagesenergieertrag" eines PV Solarmodules berücksichtigen, um z.B. die Akkugröße berechnen zu können. Bei einer WKA (Windkraftanlage) kann man pro 350 Watt/p Generatorleistung (z.B. beim Black 300) in Niedersachsen mit einem ca. Ertrag von 150 kW/h elektrischen Strom rechnen. An der Nordsee/Ostseeküste kann mit bis zu 300 kW/h elektrischen Stromertrag gerechnet werden. Grundsätzlich halten sich die Hersteller von WKA sehr bedeckt, wenn man nach Jahreserträgen fragt. Wir sind aber der Meinung; wer keine Auskunft gibt, hat etwas zu verbergen! Bitte lesen Sie noch diese erweiterten Angaben zur Berechnung einer Windkraftanlage.
Kelvin (Lichtfarbe bzw. Farbtemperatur)
Sog. "warmweisses" Licht wird bei ca. 2700 Grad Kelvin erreicht, was eine angenehme Wohnatmosphäre entspricht. Wollen Sie es richtig hell und weiss haben, so wie bei hellem weissen Tageslicht, denn benötigen Sie Leuchten mit über 5000 Grad Kelvin Lichtfarbe. Bedenken Sie aber, dass dieses helle weisse Licht nur bedingt angenehm ist. Es ist jedoch als Arbeitslicht evtl. geeignet.
LED (SMD LED)
Eine LED, bzw. eine Leuchtdiode gehört zu den aktuell wirkungsgradbesten Leuchtmitteln. Kein anderes Leuchtmittel kann so viel der reingesteckten Energie (Strom) in Licht umsetzen. Nur ein sehr geringer Teil von ca. 10 % wird in Wärme umgesetzt. LED steht für Light Emitting Diode, also "Licht aussendende Diode". Der Zusatz "SMD" bedeutet dabei surface-mounted device, zu deutsch in etwa oberflächenmontierbares Bauelement. Es ist ein Synonym für besonders kleine Bauteile der Elektronik. Das Preis/Leistungsverhältnis ist aktuell (Stand 2010) nicht so gut wie bei einer Leuchtstoffröhre (Energiesparlampe). Berücksichtigt man jedoch auch die ganz erheblich längere Lebensdauer einer LED, so ist das Preis/Leistungsverhältnis unschlagbar.
Lumen (Lichtstrom)
Mit "Lumen" wird der Lichtstrom des sichtbaren Lichtes (es gibt auch unsichtbares, im Infra Rot Bereich, und andere Bereiche) bezeichnet. Die Wellenlänge bestimmt die Sichtbarkeit. Der Lichtstrom ist unmittelbar am Austrittspunkt zu messen. Die "Helligkeit" wird jedoch üblicherweise in "Lux" angegeben, und bezieht sich auf eine Entfernung vom lichtaussendenden Objekt (Leuchte, Lampe). Eine Kerze hat z.B. einen Lichtstrom von ca. 10 Lumen. Eine "normale" 60 Watt Glühlampe bringt es auf rund 710 Lumen Helligkeit. Max. kann eine Glühlampe ca. 15 Lumen pro Watt elektrische Leistung erzeugen. Der Wirkungsgrad ist also sehr schlecht, weil sehr viel in Wärme umgesetzt wird. Eine Halogenlampe bringt es immerhin schon auf ca. 20 Lumen pro Watt. Eine Energiesparlampe bringt es auf ca. 50 Lumen pro Watt. Eine LED Lampe ist natürlich nochmals leistungsstärker, jedoch auch teurer. Sie kann übrigens leicht 100 Lumen Helligkeit pro Watt erzeugen. Damit ist deren Wirkungsgrad noch besser. Bitte schauen Sie auch bei "Candela".
Lux (Helligkeit)
Lux ist ein Maß für die Helligkeit, also für die Beleuchtungsstärke in einem gegebenen Abstand vom lichtaussendenden Objekt (Lampe, Leuchte). Umso weiter der Meßpunkt von dem lichtaussendenden Objekt entfernt ist, umso geringer ist der gemessene Wert der Helligkeit (Lux). Ein heller Sonnentag liefert ca. 100.000 Lux. Im Sommerschatten sind noch ca. 10.000 Lux zu messen. In einem beleuchteten TV Studio sind ca. 1000 Lux zu messen. Eine spärliche Zimmerbeleuchtung liefert ca. 100 Lux. Auch diese Beispiele zeigen, wie schwierig es ist, Helligkeit verständlich in einem Zahlenwert zu übersetzen.
MPP Punkt
MPP steht für "Maximum Power Point" und kennzeichnet einen Punkt, an dem z.B. ein Photovoltaik Solarmodul die größste Leistung abgeben kann. Die Leistung ist nach dem ohmschen Gesetz ein Produkt aus Spannung mal Strom. Dieser Punkt ist bei PV Modulen angegeben, ist aber auch von verschiedenen Faktoren abhängig, wie z.B. Stärke der Lichteinstrahlung, oder Temperatur des Modules.
Nachtlichtfunktion
Im Zusammenhang mit PV Modulen und entsprechenden Ladereglern ist bei einer Nachtlichtfunktion dann die Rede, wenn der Regler bei beginnender Dämmerung einen Verbraucher (z.B. Licht) einschalten kann. Realisiert wird dies technisch durch ein abfallen des PV Modul-Ladestromes bei beginnender Dämmerung.
PWM Regelung / Shuntregelung
Dies ist die gängigste Regeltechnik für einen Photovoltaik Laderegler. Wenn der Akku keine Energie mehr aufnehmen kann, und auch kein Verbraucher Energie abnimmt, das Photovoltaikmodul jedoch Leistung bringt, so wird diese Leistung über eine PWM Regelung (Puls Weiten Modulation) abgeregelt. Dabei wird das PV Modul dann künstlich belastet, damit die Leistung nicht weiter in den Akku fliessen kann, und dieser nicht überladen (übergasen) kann.
Solarzelle (PV, Strom)
Auszug aus www.sonne-24.de - Eine PV Zelle besteht prinzipiell aus zwei kristallinen Siliziumschichten. Diese werden durch Fremdatome verunreinigt. Für die sogenannte positive Dotierung verwendet man Bor, für die negative Dotierung wird üblicherweise Phosphor herangezogen. Zwischen den Schichten gibt es einen pn Übergang, quasi eine Art Isolierungschicht. Treffen nun energiereiche Photonen, also möglichst helles Licht, auf die Siliziumatome in der Oberfläche, dann werden damit Elektronen aus Ihrer Bindung gelöst. Damit wird eine Teilung der Ladungsträger eingeleitet. Somit springen nun Elektronen in die N-Zone, und in der P-Zone entsteht ein "Loch", weil dort nun weniger Elektronen sind. Am positiven und negativen Pol der Zelle, die mit den N und P Schichten verbunden sind, lassen sich nun die geteilten Ladungen in Form von Gleichstrom/Spannung abzapfen und nutzen. Damit überhaupt Strom abgenommen werden kann, muss ein internes elektrisches Feld vorhanden sein. Das ist die Stunde des p-n Überganges, an dem dieses Feld aufgebaut ist.
Tagesenergiemenge, Tagesenergieertrag
Bei einem PV Solarmodul hat sich als Durchschnittswert, als Daumenwert für die realistisch zu erreichende Energiemenge in Watt/Stunden bzw. in Kilowatt/Stunden der Faktor 2,5 der Peakleistung ergeben. Dies beruht darauf, das man durchschnittlich von 2,5 Sonnenstunden auf das ganze Jahr bezogen, pro Tag rechnen kann. Dies ist ein Durchschnittswert für das ganze Jahr, der im Winter geringer ist, im Sommer aber auch erheblich höher ist. Ein PV Solarmodul mit einer Leistung von 10 Watt/p wird daher pro Tag realistisch 25 Watt/h Ertrag bringen. Diese Energie können Sie in einem Akku speichern, und bei Bedarf abrufen.
Schutzart IP 22
Elektrische bzw. elektronisch Geräte müssen gegen Berührung und/oder gegen Wasser geschützt werden. Andererseits dürfen Sie nicht in allen Umweltbedingungen betrieben werden. Es handelt sich um eine Normbezeichnung, die immer aus den beiden Buchstaben "IP" und meist gefolgt von 2 Ziffern besteht, und letztlich die zulässigen Betriebszustände beschreibt. "IP" steht dabei für "International Protection". Die erste Ziffer beschreibt den Berührungsschutz. Die 2 steht dabei für "Fernhalten von Fingern, Schutz gegen Fremdkörper >12mm Durchmesser". Die zweite Ziffer beschreibt den Wasserschutz, dabei bedeutet die 2 "Geschützt gegen schräg fallendes Tropfwasser (15° gegenüber der Senkrechten)".
Schutzart IP 32
Elektrische bzw. elektronisch Geräte müssen gegen Berührung und/oder gegen Wasser geschützt werden. Andererseits dürfen Sie nicht in allen Umweltbedingungen betrieben werden. Es handelt sich um eine Normbezeichnung, die immer aus den beiden Buchstaben "IP" und meist gefolgt von 2 Ziffern besteht, und letztlich die zulässigen Betriebszustände beschreibt. "IP" steht dabei für "International Protection". Die erste Ziffer beschreibt den Berührungsschutz. 3 bedeutet Schutz gegen Berührung sich im Inneren befindlicher gefährlicher Teile mit Werkzeug von größer/gleich 2,5 mm Durchmesser und bis 100 mm Länge. Die zweite Ziffer beschreibt den Wasserschutz, dabei bedeutet die 2 "Geschützt gegen schräg fallendes Tropfwasser (15° gegenüber der Senkrechten)".
Sinus, modifizierter
Wechselrichter erzeugen aus der Gleichspannung des Akkus (12 V oder 24 V) zunächst eine ca. 320 V hohe Gleichspannung, welche jedoch nur intern im Gerät vorhanden ist. Es handelt sich dabei um den sog. Gleichstromzwischenkreis. Dieser Zwischenkreis wird nun mittels einer sog. Vollbrückenendstufe mit 50 Hz zerhackt. Die Endstufe (Vollbrücke) wird dabei von einer Ansteuerschaltung mit div. Überwachungs- und Schutzfunktionen angesteuert. Aufgrund des günstigen Einstiegspreises wird auf eine techn. recht aufwändige Erzeugung einer "echten" Sinuskurvenform verzichtet. Die Ausgangskurvenform wird als sog. "modifizierter Sinus" bezeichnet. Fast alle erdenklichen 230 V Verbraucher können vollkommen unbedenklich mit dieser Ausgangsspannung des Wechselrichters betrieben werden. Bei Leuchtstoffröhren kann es u.U. zum flackern kommen. Es wird oft darauf hingewiesen, das sog. "sensible" Geräte, wie z.B. Computer, nicht mit derartigen "billigen" Wechselrichtern betrieben werden sollen. Genau das ist jedoch technisch unbegründet. Mehr noch, es zeugt von technischer Sachunkenntniss von Verkäufern, die einfach nur die teuren Wechselrichter mit Sinusausgangsspannung verkaufen wollen! Gerade solche Geräte, wie z.B. Computer, Notebooks, Fernseher, usw. arbeiten nämlich intern ebenfalls mit einem Gleichstromzwischenkreis. Somit ist es gerade diesen Geräten (Computer, Notebook, Fernseher...) völlig egal, ob sie mit sinusförmiger Spannung, oder mit aufwendig erzeugter Sinusspannung betrieben werden.
Watt/p
Die Leistung von stromerzeugenden Geräten wie z.B. PV Solarmodule oder Windkraftanlagen wird meist nur in Watt angegeben. Genau genommen muss aber noch angegeben werden, um welche Art Leistung es sich handelt. In aller Regel handelt es sich um eine Spitzenleistung (p = Peak) welche nur unter guten Bedingungen (beim PV Solarmodul z.B. im Winter wenn das Modul kühl ist, aber die Sonne stark scheint, beim WKA bei Sturm/Starkwind von ca. 10 m/s Windgeschwindigkeit) erreicht werden kann. Wird diese Peak Leistung eine Stunde erreicht, so hat man eine Arbeit (= Energiemenge) von Leistung/h (= Leistung pro Stunde). Bei einem 10 Watt/p Modul wird also pro Stunde eine Energiemenge (=Arbeit) von 10 Watt/h erreicht.
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad beschreibt, wieviel der herein gesteckten Energiemenge als gewünschte Ausgangsleistung zur Verfügung steht. Bei einer herkömmlichen Glühlampe bekommt man nur ca. 5 % der herein gesteckten Energiemenge auch als Lichtleistung wieder raus. Der Rest wird als (unverwünschte) Wärmeenergie abgegeben.
