Bei Off-Grid-Projekten ist die erste Frage fast immer dieselbe: Wie viel Strom benötigt mein mobiles Solarkraftwerk?
Es gibt keine allgemeingültige Antwort. Die erforderliche Nennleistung muss berechnet und nicht einfach ausgewählt werden. Eine falsche Annahme kann zu kostspieligen Nacharbeiten führen: Ein unterdimensioniertes System kann die Last möglicherweise nicht unterstützen, während ein überdimensioniertes System Kapital in Kapazitäten bindet, die möglicherweise nie genutzt werden.
Dieser Leitfaden erläutert die Dimensionierungsmethode, bietet eine Kurzübersichtstabelle für gängige Betriebsszenarien und erklärt, warum PV-Module, Wechselrichter und Energiespeicher separat berechnet werden müssen.
Beginnen Sie mit der Berechnung von drei Schlüsselwerten
Täglicher Energieverbrauch (kWh/Tag)
Dies ist der Ausgangspunkt für alle Größenberechnungen. Entscheidend ist der tatsächliche Stromverbrauch über 24 Stunden – nicht die Summe der Nennwerte der Geräte oder die Anzahl der Geräte multipliziert mit ihrer Nennleistung.
Es gibt drei Möglichkeiten, den Verbrauch vor Ort abzuschätzen:
- Überprüfen Sie historische Zählerstände. Dies ist im Allgemeinen die genaueste Methode für Projekte mit vorhandenem Netzanschluss oder Dieselgenerator.
- Berechnen Sie anhand einer Geräteliste. Schätzen Sie den Energieverbrauch jedes Geräts, indem Sie seine Nennleistung mit seinen täglichen Betriebsstunden multiplizieren.
- Nutzen Sie vergleichbare Projekte als Referenz.
Die dritte Methode wird üblicherweise für neu errichtete Baulager oder Bergbaustandorte verwendet. Typische Branchenschätzungen sind: Baucamp für 30 Personen: 60–120 kWh/Tag; Baucamp für 100 Personen: 250–400 kWh/Tag.
Spitzenleistungs- und Nachfragefaktor
Die Spitzenleistung bestimmt die erforderliche Wechselrichterleistung, während der tägliche Energieverbrauch die erforderliche PV-Leistung bestimmt. Das sind zwei unterschiedliche Parameter.
Geräte vor Ort laufen in der Regel nicht gleichzeitig unter Volllast. In technischen Schätzungen wird üblicherweise ein Bedarfsfaktor von 0,6–0,8 verwendet. Die Annahme eines Bedarfsfaktors von 1,0 kann zu einem überdimensionierten Wechselrichter führen, sodass überschüssige Kapazität während des gesamten Projektlebenszyklus ungenutzt bleibt.
Ein wichtiger Aspekt sind Geräte mit Hochleistungsmotoren wie Wasserpumpen, Brechern und Hebezeugen. Ihr Anlaufstrom muss gesondert berechnet werden. Der sofortige Anlaufstrom eines Induktionsmotors mit Direktstart kann das 5- bis 7-fache seines Nennstroms erreichen. Wenn dieses Problem nicht behoben wird, kann selbst ein Wechselrichter mit ansonsten ausreichender Größe seinen Schutz auslösen.
Energieverbrauch in der Nacht als Prozentsatz des täglichen Verbrauchs
Diese Zahl bestimmt die Energiespeicherkonfiguration. In Lagern, die tagsüber weitgehend unbewohnt sind, aber nachts viel Strom verbrauchen, kann der nächtliche Verbrauch oft mehr als 50 % des täglichen Verbrauchs ausmachen. Bei Pumpstationen, die hauptsächlich tagsüber betrieben werden, kann der Nachtanteil unter 20 % liegen.
Je geringer der Nachtanteil ist, desto mehr Speicher dient als Ergänzungsfunktion. Je höher der Anteil, desto kritischer wird die Energiespeicherung für das Gesamtsystem.
Kurzreferenz zur Stromversorgung für gängige Betriebsszenarien
Die folgende Tabelle fasst typische Bereiche für sechs gängige Betriebsszenarien zusammen. Diese Zahlen basieren auf Branchenerfahrungen; Die tatsächlichen Projektanforderungen müssen anhand der Lastliste überprüft werden.
| Betriebsszenario | Täglicher Energieverbrauch (kWh) | Spitzenleistung (kW) | Nachtkonsum | Empfohlene PV-Kapazität | Empfohlener Energiespeicher |
| Baulager für 30 Personen | 60–120 | 15–25 | 50 %–60 % | 20 kW-Serie | 40 kWh |
| 100-Personen-Baulager | 250–400 | 50–70 | 50 %–60 % | 56–75 kW-Serie | 121 kWh |
| Zwei 22-kW-Entwässerungspumpen (eine in Betrieb, eine im Standby-Modus) | 200–300 | 40–50 | Unter 20 % | 56 kW-Serie | Optional, je nach Bedarf |
| 12 × 400 W Baustrahler (10 Stunden nachts) | 50 | 5 | 100 % | 20 kW-Serie | 40 kWh |
| Telekommunikations-Basisstation (24/7-Betrieb) | 60–90 | 3–5 | 100 % | 20 kW-Serie | 40 kWh |
| Schweißmaschinen, Schneidgeräte und kleine Elektrowerkzeuge | 80–150 | 20–40 | Rund 30 % | 56 kW-Serie | Optional, je nach Bedarf |
Um diese Tabelle zu verwenden, identifizieren Sie zunächst das Betriebsszenario und prüfen Sie, welcher Bereich mit dem täglichen Energieverbrauch übereinstimmt. Wenn Spitzenleistung und täglicher Energieverbrauch auf unterschiedliche Anlagengrößen hinweisen, gehen Sie von der höheren Nennleistung aus und prüfen Sie, ob die PV-Leistung ausreicht.
Warum PV-Module, Wechselrichter und Energiespeicher getrennt dimensioniert werden müssen
DC/AC-Verhältnis: Die PV-Kapazität ist normalerweise höher als die Nennleistung des Wechselrichters
Die PV-Modulleistung wird unter Standardtestbedingungen bewertet: einer Modultemperatur von 25 °C, einer Einstrahlung von 1.000 W/m² und einem Luftmassenkoeffizienten von AM1,5. Wenn die Modulrückwandtemperatur vor Ort 65 °C erreicht, kann es bei kristallinen Siliziummodulen mit einem Temperaturkoeffizienten von -0,3 %/°C zu einer Leistungsreduzierung von ca. 12 %–14 % kommen.
Wenn die PV-Kapazität und die Nennleistung des Wechselrichters im Verhältnis 1:1 übereinstimmen, kann es sein, dass das System in der heißesten Zeit des Tages nicht die Nennleistung des Wechselrichters erreicht, sodass ein Teil der Wechselrichterkapazität nicht ausgelastet ist.
Eine gängige Branchenpraxis besteht darin, die installierte PV-Leistung auf das 1,1- bis 1,3-fache der Nennleistung des Wechselrichters zu dimensionieren. Dieses Verhältnis wird als DC/AC-Verhältnis bezeichnet. Es handelt sich nicht um eine überhöhte Bewertung; Es trägt dazu bei, die verfügbare Sonneneinstrahlung besser zu nutzen.
So berechnen Sie die Energiespeicherkapazität
Die Energiespeicherkapazität hängt vom nächtlichen Stromverbrauch und der zulässigen Entladungstiefe (DoD) ab.
| Nachtkonsum als Anteil des täglichen Verbrauchs | Erforderlicher Speicher für 100 kWh/Tag Verbrauch | Beschreibung |
| 20 % | Ca. 22–25 kWh | Deckt nur Abendbeleuchtung und Kommunikation ab, vorausgesetzt, dass die Entladungstiefe 90 % beträgt |
| 40 % | Ca. 45–50 kWh | Deckt die Produktionshilfslasten am Abend ab |
| 60 % | Ca. 67–75 kWh | Für Einsatzszenarien rund um die Uhr, mit zusätzlicher Kapazität für bewölkte oder regnerische Tage |
| 100 % (Telekommunikationsbasisstation) | Ca. 110–120 kWh | Erfordert Planungsüberlegungen für 2–3 aufeinanderfolgende bewölkte oder regnerische Tage |
Die Berechnung kann wie folgt ausgedrückt werden:
Energiespeicherkapazität = täglicher Energieverbrauch × nächtlicher Verbrauchsanteil ÷ Entladungstiefe × Bewölktheitsreservefaktor (1,0–1,3)
Der Redundanzfaktor kann mithilfe lokaler meteorologischer Daten überprüft werden das JRC PVGIS Off-Grid-Systemmodul.
Für Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) liegt ein typischer Auslegungswert für die Entladungstiefe bei 90 %. Gehen Sie bei der Berechnung nicht von einem DoD von 100 % aus, da dies die Lebensdauer beeinträchtigen kann.
Zykluslebensdauer und Austauschplan
Lithium-Eisenphosphat-Batterien können dies erreichen 5.000–8.000 Zyklen bei einer Entladetiefe von 80 %. Unter der Annahme eines Lade-Entlade-Zyklus pro Tag entspricht dies etwa 13–21 Jahren. Dies ist kürzer als die üblicherweise für PV-Module angegebene nominelle Lebensdauer von 25 Jahren. Energiespeicher müssen daher möglicherweise während des Lebenszyklus des Systems ausgetauscht werden und sollten bei Investitionsberechnungen nicht außer Acht gelassen werden.
Passen Sie Ihr Projekt an eine der sechs Produktserien an
Die mobilen Solarkraftwerke von ZM-Besta sind in sechs Leistungsserien von 20 kW bis 200 kW mit insgesamt 24 Modellen erhältlich. Die wichtigsten Spezifikationen sind unten aufgeführt.
| Serie | Installierte PV-Kapazität | PV-Modultyp | Leistung pro Modul | Bereitgestellter Footprint | Produktgewicht (ohne Energiespeicher) | Standard-Energiespeicher |
| 20 kW | 15–20 kW | N-Typ TOPCon | 690–720 W | 33–39 m × 4 m | 3,8–4,3 t | 40 kWh |
| 56 kW | 40–56 kW | N-Typ TOPCon | 440–460 W | 63–85 m × 6 m | 12,5–15 t | 121 kWh |
| 75 kW | 56–77 kW | N-Typ TOPCon | 440–460 W | 63–85 m × 6 m | 12–15 t | Optional, je nach Bedarf |
| 150 kW | 109–152 kW | N-Typ TOPCon | 510–530 W | 70–96 m × 12 m | 33–36 t | 261 kWh |
| 175 kW | 133–175 kW | N-Typ TOPCon | 510–530 W | 70–96 m × 12 m | 31–34,5 t | Optional, je nach Bedarf |
| 200 kW | 148–204 kW | N-Typ TOPCon | 580–600 W | 85–110 m × 12 m | 31–34 t | Optional, je nach Bedarf |
Gemeinsame Spezifikationen im gesamten Produktsortiment:
- Einbauwinkel: 25°
- Rahmen inklusive Winkel: 130°
- Feuerverzinkte Beschichtung am Rahmen: ≥55 μm
- Zink-Aluminium-Magnesium-Beschichtung der Führungsschienen: ≥275 g/m²
- Bereitstellungszeit: ≤30 Minuten
- Windwiderstand nach Einsatz: Note 9
- Salzsprühbeständigkeit: ≤C5
- Betriebstemperatur: -20 °C bis +50 °C
- Schutzart in der verstauten Konfiguration: IP55
- Hybrid-Wechselrichter-Ausgang: 380 V/400 V, dreiphasig, vieradrig
- Frequenz: 50/60 Hz
Vier häufige Fehler bei der Größenbestimmung, die Sie vermeiden sollten
Einfaches Addieren der Typenschildbewertungen der Geräte
Die Addition der Nennleistung jedes Elements auf der Ausrüstungsliste führt normalerweise zu einer Schätzung, die 30–50 % zu hoch ist. Nicht alle Geräte arbeiten gleichzeitig, und der Unterschied kann sich direkt in unnötigen Systemkosten niederschlagen.
Temperaturbedingte Leistungsverluste werden ignoriert
In Wüstenbergbaugebieten mit Umgebungstemperaturen von 45 °C können die Temperaturen der Rückseitenfolie von PV-Modulen 70 °C überschreiten, was die Leistung um fast 15 % reduziert. Die Dimensionierung eines Systems auf der Grundlage der Standardbewertung bei 25 °C kann dazu führen, dass die tatsächliche Leistung geringer ausfällt als erwartet.
Dimensionierung von Energiespeichern für Spitzenlast
Die Energiespeicherung macht einen erheblichen Teil der Gesamtsystemkosten aus. Die Speicherdimensionierung nach Spitzenleistung zu dimensionieren bedeutet, für die Speicherkapazität eines ganzen Tages zu zahlen, um eine Spitzenleistung abzudecken, die möglicherweise nur zwei Stunden lang auftritt. Der richtige Ansatz besteht darin, den Speicher auf der Grundlage des nächtlichen Energieverbrauchs zu dimensionieren.
Transport- und Hebeanforderungen außer Acht gelassen
Geräte mit einer aufgestellten Grundfläche von 110 m × 12 m und einem Gewicht von 34 t erfordern vorab eine Prüfung der Zufahrtsstraßen, des Wenderadius und der Tragfähigkeit des Krans. Temporäre Straßen an Bergbaustandorten sind häufig für leichte Fahrzeuge ausgelegt. Wenn die Zugangs- und Entladeanforderungen für schwere Fahrzeuge außer Acht gelassen werden, kann es sein, dass die Ausrüstung am Standort ankommt, aber nicht entladen werden kann.
Häufig gestellte Fragen
F1: Wie viel Strom kann ein mobiles 20-kW-Solarkraftwerk pro Tag erzeugen?
Die Erzeugung hängt von den örtlichen Sonnenbedingungen ab. Unter der Annahme von 4,5 Spitzensonnenstunden und einem Systemwirkungsgrad von 0,75–0,8 erzeugt jedes 1 kW installierter PV-Leistung etwa 3,4–3,6 kWh pro Tag. Eine 20-kW-Anlage würde also etwa 68–72 kWh/Tag erzeugen. In Gebieten mit 5,5 Spitzensonnenstunden kann die tägliche Erzeugung etwa 85 kWh erreichen. Der tatsächliche lokale PVOUT kann anhand der Koordinaten im abgefragt werden Globaler Sonnenatlas.
F2: Kann das System motorbetriebene Lasten direkt mit Strom versorgen?
Ja, aber der Anlaufstrom muss berechnet werden. Ein 22-kW-Induktionsmotor mit Direktstart kann einen Momentanstrom von 110–150 A ziehen. Der Wechselrichter muss über eine ausreichende Überlastfähigkeit verfügen, um diesen Bedarf zu bewältigen. Für Hochleistungsmotoren wird ein Sanftanlasser oder ein Frequenzumrichter (VFD) empfohlen, um den Anlaufstrom und den damit verbundenen Stromstoß zu reduzieren.
F3: Kann das System ohne Energiespeicher betrieben werden?
Ja. Für Anwendungen, die hauptsächlich tagsüber Strom verbrauchen, wie Pumpstationen und Zerkleinerungsarbeiten, kann das System ohne Energiespeicher betrieben werden, wobei der Wechselrichter als Reaktion auf die Last Strom liefert. Allerdings benötigen Anwendungen, die nachts oder bei bewölktem Wetter Notstrom benötigen, einen Energiespeicher.
F4: Kann das System erweitert werden?
Der modulare Aufbau unterstützt die Kapazitätserweiterung durch das Hinzufügen und Parallelschalten zusätzlicher Einheiten. Überprüfen Sie vor der Erweiterung die maximal zulässige Anzahl paralleler Einheiten des Wechselrichters und die Kapazität des Verbindungspunkts. Die alleinige Erweiterung der PV-Kapazität ohne Modernisierung des Stromverteilungssystems reicht möglicherweise nicht aus.
F5: Wie lange kann das Gerät in einer salzhaltigen Umgebung betrieben werden?
Die Produktpalette ist mit einer Salzsprühnebelbeständigkeit von ≤C5 und einer feuerverzinkten Rahmenbeschichtung von ≥55 μm spezifiziert. Gemäß der Korrosionsklassifizierung nach ISO 12944 bezieht sich C5-M auf stark korrosive Meeresumgebungen, einschließlich bestimmter Küstenstandorte im Umkreis von 500 m um das Meer. Mit diesem Schutzniveau und regelmäßigen Inspektionen kann das System eine Lebensdauer von mehr als 15 Jahren unterstützen. Die tatsächliche Lebensdauer hängt weiterhin von den standortspezifischen Korrosionsbedingungen und der Wartungshäufigkeit ab.
Kontakt: info@xzbesta.com
