Eine Photovoltaikanlage auf dem Dach zu haben, ist eine zeitgemäße und ökologische Lösung der Stromgewinnung. Der eigene Haushalt kann mit Strom versorgt werden und es besteht Unabhängigkeit von den stetig steigenden Strompreisen. Je mehr Wert auf Autarkie gelegt wird, umso interessanter wird ein Batteriespeicher für das eigene Haus.
Ein Batteriespeicher ist im Prinzip nichts anderes als ein großer Akkumulator. Dieser wird geladen und wieder entladen. Damit diese Vorgänge in möglichst optimalen Bahnen verlaufen, bedarf es einer elektronischen Überwachung und Steuerung. Diese wird Solarladeregler genannt.
Die Aufgabe eines Ladereglers
In einer elektrischen Anlage gibt es zwei Grundgrößen, die entscheidend sind für die Funktion. Zum einen ist das die Spannung und zum anderen der Strom. Die Ausgangsspannung von Photovoltaikmodulen ist deutlich höher als die übliche Batteriespannung. Der Stromfluss ist abhängig von der Menge der Sonneneinstrahlung und somit keine Konstante.
Damit ein Akkumulator möglichst schonend geladen werden kann, müssen Ladespannung und Ladestrom sehr fein geregelt und auf den Ladezustand angepasst werden. Dies ist wichtig für die Lebensdauer und die Kapazität dieser Energiespeicher.
Ist der Akkuspeicher vollständig geladen, trennt der Regler die Spannungszufuhr um eine Überladung zu verhindern. Wird Strom aus der Batterie entnommen, wird die Ladespannung wieder zugeschaltet und lädt den Speicher erneut auf. Ebenso wird durch den Solarladeregler die Tiefenentladung des Akkuspeichers verhindert. Unterschreitet die Systemspannung einen bestimmten Wert, so werden die Verbraucher von der Batteriespeisung getrennt. Damit wird eine Beschädigung des Speichers verhindert.
Anwendungsbereich und Arten von Ladereglern
Der Solarladeregler kommt in jeder PV-Anlage, die über einen Stromspeicher verfügt, zum Einsatz.
Die zwei am häufigsten vorkommenden Solarladeregler sind der PWM- und der MPPT- Laderegler.
PWM steht für Pulsweitenmodulation. Dieses Ladeverfahren wird in den einfachsten und damit günstigsten Ladereglern verwendet. Hierbei wird die Spannung, welche vom PV-Modul geliefert wird einfach über der Lade-, bzw. Erhaltungsspannung abgeschnitten. Das bedeutet allerdings, dass der abgeschnittene Teil nicht genutzt werden kann. Dies lässt sich mit einer kurzen Beispielrechnung gut veranschaulichen.
Gehen wir von einem 30V 10A PV-Modul aus, welches eine Leistung von 300W hat. Die Ladeschlussspannung eines üblichen Blei-Säure-Akkus liegt bei 14,4V. Somit ergibt das bei einem Stromfluss von 10A eine Leistung von 144W. 156W. Das bedeutet, dass mehr als die Hälfte des erzeugten Stroms nicht genutzt wird. Ist der Akku vollgeladen, beträgt die Spannung für die Erhaltungsladung lediglich 13,8V. Auch darüber wird die Spannung abgeschnitten und 162W der erzeugten 300W werden nicht genutzt.
MPPT ist die Abkürzung für Maximum Powerpoint Tracking. Diese Technik ist weitaus umfangreicher. Mehr Technik bedeutet auch eine größere Bauform und dementsprechend ein höheres Gewicht. Integriert sind eine Spule und ein Steuergerät – kurz gesagt: ein DC-Wandler.
Ein DC-Wandler hat die Aufgabe die elektrischen Grundgrößen auf den Verbraucher abzustimmen. Die nutzbare Leistung bleibt bei dieser Regelungstechnik gleich. Die Spannung wird von 30V auf 14,4V Ladeschlussspannung reduziert und im gleichen Arbeitsschritt wird die Stromstärke erhöht. Diese liegt nun nicht mehr bei den 10A vom PV-Modul, sondern in einer Höhe von 20,83A – mehr als doppelt so hoch. Es geht also keine Leistung verloren.
Vor- und Nachteile von PWM- und MPPT-Solarladereglern
Der größte Vorteil eines PWM-Reglers ist der Preis. Dieser liegt im Schnitt bei weniger als der Hälfte dessen, was eine MPPT-Solarladeregler kostet. Nachteilig ist besonders, dass ein Großteil des erzeugten Stroms schlichtweg nicht genutzt werden kann.
Bei der Wahl des für die Anlage passenden Ladereglers sind sowohl der Aufbau der PV-Anlage als auch die Betriebsspannung des Akkuspeichers entscheidend. Erzeugt das PV-Modul eine Spannung von 30V, ist es sinnvoll einen parallel betrieben Batteriespeicher zu nutzen, bei dem die Spannung nicht bei 12V, sondern bei 24V liegt. Die Ladeschlussspannung beträgt in diesem Fall 28,8V und der Leistungsverlust wäre mit 12W in einer eher weitaus zumutbareren Höhe.
Den bereits aus der Funktionsweise abzuleitenden Vorteilen eines MPPT-Ladereglers kommen oft noch weitere nützliche Funktionen hinzu. Ein eingebauter PC oder eine koppelbare App fürs Smartphone geben Einblicke in das Lade- und Entladeverhalten sowie die Stromernte. Diese Daten werden ständig aktualisiert und aufgezeichnet. Die gesamte Photovoltaikanlage kann auf diesem Weg überwacht und das Nutzungsverhalten genauer abgestimmt werden.
Fazit
Der Solarladeregler ist ein auf den ersten Blick unscheinbares Bauteil in der gesamten PV-Anlage. Jedoch kann es durchaus als Herzstück und sogar auch als Gehirn angesehen werden. Ohne ihn ist der Betrieb nicht möglich. Welchen Regler Sie als Anlagenbesitzer schlussendlich verbauen lassen, entscheiden jedoch Sie allein. Hilfreich ist es, hierbei auf die Erfahrung eines Energieberaters sowie des Anlagenbauers zu setzen und sich nicht nur aus einer Richtung beraten zu lassen. Denn die richtige Entscheidung spart bares Geld.
