Stichpunkte zu einer Solaranlage
Solarzellen
Aktueller Stand der Technik: monokristalline Module
Polykristalline (oder "amorphe") Zellen mir geringerem Wirkungsgrad und höherer Anfälligkeit gegenüber Teilabschattung
Wichtige Angaben bei Solarzellen: Leerlaufspannung (bei 12V System meist 18-21V), Kurzschlussstrom, MPP (MPP = Maximum Power Point) Strom und MPP Spannung
MPP verschiebt sich allerdings je nach Einstrahlung (Angaben oben werden unter Standardbedingungen erhoben). Daher MPPT tracker als Lader verwenden (s.u.)
Wichtig: (ausreichend dimensionierte) Bypass-Dioden nötig, um Teilverschattung zu verkraften.
Solartasche/Koffer/flexibles Panel vs. starres Solarpanel
Flexible Panel wiegen bei gleicher Leistung und Fläche nur ca. ein Drittel von einem starren Panel, Solartaschen etwa 40-50% (sofern das nur das Panel ist und nicht noch ein Ladegerät integriert ist
Fix (meist horizontal) montierte Panele können nicht optimal zur Sonne ausgerichtet werden, das verschlechtert den Einfallswinkel gerade in unseren Breiten nennenswert, und damit sinkt nicht nur generell die Effizienz sondern auch die Spannung (Effekte s.u. bei Reihen- vs. Parallelschaltung). Wenn die Mindestspannung des Laders nicht mehr geliefert werden kann, wird gar nicht mehr geladen. Klarer Vorteil für Solartaschen/Koffer. Deren nachteil: Schlecht bei Wind, Gefahr des geklaut werdens, wenn unbeaufsichtigt.
Weiterer Vorteil von mobilen Solartaschen/Koffern: Man kann hier problemlos und sehr flexibel zwischen Reihen- und parallelschaltung wechseln.
Auslegung von Elektrik und Solaranlage
Elektrik
Üblicherweise 12V Nennspannung. Energiebedarf klären: Welche Geräte mit welcher Leistung laufen wie lange am Tag? Bedenke: Licht, Wasserpumpe, (USB) Ladegeräte (auch Standby-Ströme nicht vergessen), Laptop, Radio und ganz wichtig: Kühlschrank!
Tabelle Anfertigen und aufsummieren.
Die Summe gibt den durchschnittlichen täglichen Verbrauch an und muss von der Batterie zur Verfügung gestellt werden können (s.u.)
Solaranlage
Der tägliche Verbrauch sollte von der Solaranlage idealerweise täglich nachgeliefert werden können. Im Zweifelsfalle lieber etwas mehr, um Schwankungen beim Verbrauch abpuffern zu können, aber es ist sinnlos, hier zu überdimensionieren.
Zu bedenken sind allerdings folgende Faktoren: Abschattung, Jahreszeit (Anzahl Sonnenstunden am Tag), Intensität, Einfallswinkel, Wirkungsgrad der Solarzelle, Verluste durch den Lader und Mindestspannung bzw. Verschaltungsart.Temperatureffekte / Hinterlüftung
Leider sinkt der Wirkungsgrad der Solarzellen mit zunehmender Temperatur. Schwarze Solarzellen, hohe Sonneneinstrahlung sind da leider kontraproduktiv. Daher auf gute Hinterlüftung (oder Aufstellen einer Solartasche im Freien) achten.
Solarlader
MPPT Lader (Maximum Power Point Tracker) haben besseren Wirkungsgrad als PWM Lader
Bei beiden Ladetypen: Wenn die Eingangsspannung zu gering ist (Solarspannung muss etwa 5Vh öher als Batteriespannung sein), kann der Lader nicht mehr laden
Ladegerät muss zu Stromstärke UND (Leerlauf!)Spannung (s.u. Reihen- vs. Parallelschaltung) passen.
Verschaltung
Reihenschaltung
Erhöht die Eingangsspannung, Strom bleibt niedrig. Damit kann bei geringer Sonneneinstrahlung (Intensität, Einfallswinkel, Abschattung) auch noch geladen werden.
Vorteil: Höhere Spannung, kleinerer Strom, kürzere Kabel, geringere Durchmesser. Nachteil: Strom muss durch alle Module. Bei Teilabschattung problematischer als bei Parallelschaltung. Wird zwar durch Bypass-Dioden gemildert, die setzen die Effizienz aber auch herab
Parallelschaltung
Achtung: Nur nur gleiche Module (gleiche Peak-Leistung [Wp] parallel schalten
Strom addiert sich, Spannung bleibt
Vorteile: Abschattung einzelner (ganzer) Module egal. Nachteil: Höherer Strom, längere Kabel, höhere Verluste, größerer Kabelquerschnitt nötig
Batterie
Die Kapazität der Batterie muss zum Verbrauch passen: Batteriekapazität = Tagesverbrauch * Wieviele Tage autark stehen? * Entladefaktor.
Entladefaktor:
normale Bleibatterien (auch Gel oder AGM) können nur bis auf ca. 50% ihrer Nennkapazität entladen werden: Entladefaktor: 0.5
LiFePo Akkus konnen nahezu ganz entladen werden (cave: Bitte nicht völlig tiefentladen). Entladefaktor daher mit 0.9 veranschlagen.
Verbindungsstecker
MC4 Stecker, Anderson Stecker
Wechselwirkung mit anderen Verbrauchern/Ladegeräten?
Kann üblicherweise alles beliebig und auch gleichzeitig betrieben werden.
Auslegung für den Teardrop Anhänger
Verbrauchsszenarien
Verbrauch ohne Kühlschrank und ohne Laden von Modellbooten: ca. 4Ah (Licht, Handy laden, Radio hören). Mit Akku-Laden und insbes. Kühlschrank (braucht 85W, wenn er kühlt) wirds gleich viel mehr: so um die 40Ah (alleine 3h Dometic-CombiCool 1205GC Kühlschrank sind 255Wh bzw. 22Ah).
Energieverbrauch von 4Ah heißt z.B. 8Ah Bleibatterie. Verbrauch von 40Ah sind gleich 80Ah Bleibatterie oder 40-50 Ah LiFePo Batterie. Andererseits braucht man den Kühlschrank dann, wenn es warm ist, weil die Sonne scheint. In dem Fall kann der Strom direkt von der Solaranlage bereitgestellt werden. Dann braucht die Batteriekapazität nicht so groß zu sein. Allerdings kann man dann halt auch den Kühlschrank nur dann mit 12V Strom laufen lassen, wenn die Sonne scheint.
Durchrechnen: kleines Solarmodul 100Wp
Ein MPPT Lader erreicht Wirkungsgrade von >90%. Fest montierte Panele kommen mir nicht auf dan Anhänger; also kommt nur eine Solattasche in Frage. Kleinstes Panel: 12V Nennspannung, 100Wp. Dann stellt sich die Frage Reihen- oder Parallelschaltung gar nicht. Bei Voller Sonneneinstrahlung liefert das Panel dann etwa 8A. Theoretisch wäre dann eine 8Ah Bleibatterie innerhalb einer halben Stunde von halbvoll auf voll geladen (in dem Bereich ist aber die Ladegeschwindigkeit weitaus geringer. Realistischer setzen wir mal lieber 2+h an. Bei bedecktem Himmel oder Teilabschattung kann das aber schnell mal weniger ladeleistung werden.
Bei Kühlschrankbetrieb und voller Einstrahlung zieht der Kühlschrank von den 8A, die die Solaranlage liefert gleich mal 7.1A (entspr. 85W) weg. bleibt bestenfalls noch 0.9A (wenn man die Verluste im Solarregler und in den Zellen nicht vernachlässigt vielleicht nur noch 0.4A). Um dann in eine halb entladene 8Ah Baterie 4Ah reinzupumpen braucht man dann 10h volle Einstrahlung. Das geht höchstens im Hochsommer. Bei bedecktem Himmel oder im Frühjahr/herbst ist dann Essig. Also sparsam und bedacht beim 12V Betrieb des Kühlschranks vorgehen oder doch noch ein zweites Panel einsetzen. Das macht dann einen dramatischen Unterschied. Hier könnte man dann auch flexibel je nach Jahreszeit zwischen Parallelschaltung im Sommer und Reihenschaltung in der übrigen Jahreszeit, wenn es auf die ausreichend hohe Eingangsspannung ankommt, wechseln
Fazit
Für den Anfang mal klein anfangen mit den zwei ollen kleinen Bleiakkus (zusammen nominal 8Ah) für das nötigste. Eine kleine Solartasche mit etwa 100Wp (je nach Preis auch ggf. 120 oder 150W; was halt günstiger kommt) Kühlbox mit 230V oder Gas betreiben; es sei denn, die Sonne kachelt so richtig, dann mal 12V Betrieb.
Sollte sich herausstellen, dass Batterien oder Solartasche zu klein dimensioniert sind, kann man die immer noch problemlos ergänzen.
Als Solarlader werde ich wohl einen Victron MPPT 75/10 nehmen. Der kann einerseits auf alle gängigen Batterietypen eingestellt werden und andererseits die Reihenschaltung von bis zu drei Modulen oder die Parallelschaltung mehrerer Module bis 120Wp (also 10A Ladestrom; im Datenblatt ist allerdings angegeben, dass Module bis 145Wp unserstützt werden) verkraften. Aber Achtung: das reicht rechnerisch im Sommer nur für 120Wp Modulen unter optimalen Bedingungen. Also bei zwei Modulen konsequent auf Reihenschaltung setzen oder einen größeren Laderegler nehmen. Kommt dann auf den Preis an, ob sich das lohnt.
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