In ganz Wisconsin werden Solarparks gebaut. Wie versorgen sie Häuser mit Strom?

Der Wandel in der ländlichen Landschaft Wisconsins ist immer schwerer zu übersehen.

Zwischen dem scheinbar endlosen Meer aus Feldfrüchten und roten Scheunen des Bundesstaates liegen reihenweise glänzende Paneele, die Energie für Tausende von Haushalten in Wisconsin produzieren.

Seit 2020, als Wisconsins erste große Solaranlage im Manitowoc County ans Netz ging, sind fünf riesige Solarparks in Betrieb gegangen. Zusammengenommen kann der erzeugte Strom etwa 130.000 Haushalte mit Strom versorgen. Diese Zahl wird sich bis Ende nächsten Jahres mehr als verdreifachen, wenn weitere 13, die sich derzeit im Bau befinden, in Betrieb genommen sein werden.

Einschließlich der von der staatlichen Kommission für den öffentlichen Dienst vorgeschlagenen oder bereits genehmigten Solaranlagen wird Solarenergie im Versorgungsmaßstab in relativ naher Zukunft in der Lage sein, fast ein Drittel der 2,8 Millionen Wohneinheiten zu versorgen, die nach Schätzungen des US Census Bureau vorhanden sind Wisconsin. Dabei ist die Explosion kleinerer Anlagen, von Wohndächern bis hin zu kommunalen Solarparks, noch nicht eingerechnet.

Obwohl Solarparks immer häufiger vorkommen, kann es schwer zu verstehen sein, wie sie Sonnenenergie in Strom für den Haushalt umwandeln. Hier sehen Sie Schritt für Schritt, wie es funktioniert:

Mit einer Temperatur von 27 Millionen Grad stößt die Sonne enorme Energiemengen aus. Wir können es auf unserer Haut oder an einem heißen Sommertag auf einer Asphaltstraße spüren.

Die Energie, die als Licht ankommt, besteht aus Photonen, winzigen Energiepaketen, die für sich genommen keine elektrische Ladung haben. Bestimmte Stoffe werden jedoch vom Licht getroffen und reagieren mit der Freisetzung von Elektronen, die sogenannte Photovoltaik.

In einem Solarpanel handelt es sich bei dieser Substanz um eine miteinander verbundene Anordnung silikonbasierter Wafer, die eine positive und eine negative Seite haben. Dadurch können die Elektronen fließen und ein elektrischer Strom erzeugt werden.

Wie viele Zellen sich in jedem Panel befinden, hängt von seinen Abmessungen ab und davon, ob es auf beiden Seiten Zellen hat. Zweiseitige oder bifaziale Paneele können Lichtenergie einfangen, die vom Boden reflektiert wird.

Der von einem Solarpanel erzeugte Strom ist Gleichstrom, also die gleiche Art von Strom, den Sie von einer Batterie erhalten. Aber das ist nicht die Kraft, die unsere Häuser, Schulen und Arbeitsplätze antreibt. Das bedeutet, dass der Strom mehrere Umwandlungen durchlaufen muss, bevor er zu Wechselstrom oder Wechselstrom wird, der an unsere Häuser geliefert wird.

Reihen von Solarmodulen werden durch Strangkabel verbunden. Dabei handelt es sich um Drähte, die sich über die gesamte Länge einer Reihe von Solarmodulen erstrecken und dann in einen Anschlusskasten eingespeist werden, wo der Strom gesammelt und dann an den nächsten Schritt, einen Wechselrichter, weitergeleitet wird.

Steve Greidanus, Generation Engineering Manager bei Alliant Energy, verwendet einen Vergleich mit einem Baum. Jedes Panel, sagte er, sei wie ein Blatt, das die Energie der Sonne sammelt. Die String-Kabel bündeln die von jedem Panel erzeugte Energie, ähnlich wie Äste Energie für einen Baum sammeln.

Willkommen beim Wechselrichter, einem Gerät, das das US-Energieministerium als „eines der wichtigsten Geräte in einem Solarenergiesystem“ bezeichnet.

Hier wird der nun kombinierte Strom in Wechselstrom umgewandelt, die Art von Strom, die wir in unseren Häusern verwenden.

Große Solarparks verwenden mehrere Wechselrichter, um Strom aus den Strangkabeln zu sammeln, ihn in Niederspannungs-Wechselstrom umzuwandeln und ihn dann über Erdkabel zum nächsten Schritt zu senden, wo der gesamte Strom kombiniert wird.

Die Kombination der Stromquellen erfolgt in Umspannwerken, dem letzten Schritt vor Ort, bevor sie in das Stromnetz eingespeist werden.

Hier wird auch der Wechselstrom, der von den Wechselrichtern fließt, durch Transformatoren auf eine höhere Spannung gebracht, um der Spannung der nahegelegenen Übertragungsleitung zu entsprechen, die den Solarpark an das Stromnetz anschließt.

Dies ist ein zusätzlicher Schritt im Vergleich zu Solaranlagen auf Dächern, bei denen ein Wechselrichter die Batterieleistung in Wechselstrom umwandelt, der der durch den Stromzähler fließenden Leistung entspricht.

Einige Solarprojekte können an ein bestehendes Umspannwerk angeschlossen werden, aber große Entwicklungen erfordern normalerweise den Bau eines neuen Umspannwerks, sagte Eric Udelhofen, Vizepräsident für Entwicklung bei OneEnergy Renewables in Madison.

Branchenexperten vergleichen das Stromnetz gerne mit einem Straßensystem, das aus einem miteinander verbundenen Netzwerk besteht, das für die Beförderung unterschiedlicher Verkehrsmengen ausgelegt ist.

Kleinere Solaranlagen können an lokale Stromnetze angeschlossen werden, ähnlich einer Fernstraße im Landkreis, aber bei großen Solarparks werden die Elektronen zur elektrischen „Autobahn“ geleitet, einem Netzwerk aus Hochspannungsleitungen, die Strom über die Autobahn transportieren Region, sagte Tom Dagenais, Direktor für Systemplanung bei der in Pewaukee ansässigen American Transmission Corp.

Der Standort dieser Hochspannungsleitungen spielt eine wichtige Rolle bei der Entscheidung, wo Solarparks gebaut werden.

Bevor der Strom Ihr Zuhause erreicht, fließt er durch ein weiteres Umspannwerk, das die Spannung auf die niedrigeren und sichereren Werte senkt, die in Haushalten und Unternehmen üblich sind.

Wenn jemand das Solarenergieprojekt eines Energieversorgers abonniert, zahlen Sie für die Stromerzeugung, nicht jedoch für den produzierten Strom.

Da es mit allen anderen Stromquellen vermischt wird, die das Stromnetz einspeisen, gibt es keine Möglichkeit zu wissen, wo oder wie der Strom, der in Ihrem Zuhause ankommt, erzeugt wurde.

Dagenais verwendet zur Erklärung eine Schwimmbad-Analogie.

„Es ist, als würde man mit einem Gartenschlauch ein Planschbecken füllen und dann regnet es“, sagte er. „Sobald das Wasser im Becken ist, gibt es keine Möglichkeit mehr, es danach zu trennen, woher es kommt.“