Читать книгу Mobil Sonnenenergie nutzen - Stephan Wellnitz - Страница 12

Methoden zur Bestimmung der Größe einer mobilen Solaranlage

BIY statt DIY: Buy it yourself – kaufen Sie eine Powerstation mit 2000 Wh und einen Solarkoffer. Sie sind fertig.

Schnelle Methode: Nutzen Sie die „Daumen - Regeln“, um die Größe Ihres Systems zu bestimmen.

Einfache Methode: Wählen Sie ein vorberechnetes System, wie sie im Online Handel angeboten werden.

Bedarfsgerechte Methode: Messen und rechnen Sie ein wenig und bestimmen Sie die individuelle Größe Ihres Systems manuell (empfohlen).

Smarte Methode: Überfliegen Sie die „schnellen Methoden“ und die „einfache Methode“, um ein Gefühl für ein Solarsystem zu bekommen, und berechnen Sie dann mit der „bedarfsgerechten Methode“ Ihr ganz persönliches System mit Ihrer persönlichen Bedarfshaube und Wachstumsmöglichkeiten.

Hinweis: Wenn Sie die „schnelle Methode“ oder die „einfache Methode“ verwenden, müssen Sie dennoch die richtigen Kabelquerschnitte und Sicherungsgrößen für Ihr System manuell berechnen, da diese auch von Abständen der Komponenten zueinander abhängen.

Buy it yourself

Wenn Sie eine fertige Powerstation kaufen, so achten Sie auf die Chemie der Lithiumbatterien. Es gibt NMC basierte Powerstations, die sind deutlich billiger und haben um die 800 Zyklen und wiegen um die 14 Kilogramm. Damit kommen Sie schon sehr weit. So etwa drei Jahre bei täglichem Ladezyklus.

Wenn Sie 2500 Zyklen wollen, dann kaufen Sie eine auf LiFePo4 basierte Powerstation. Die sind über die Nutzungszeit von etwa 9 Jahren erheblich günstiger aber deutlich schwerer. Sie benötigen dann nur noch einen Solarkoffer oder eine Solartasche und Sie sind fertig.

Schnelle Methoden

Füllen Sie das Dach Ihres Fahrzeuges oder der Kajüte mit so vielen Solarmodulen wie möglich (Tetris spielen, Kartonschablonen helfen):

Fahrzeuge haben eine begrenzte verwendbare Dachfläche für Solarmodule. Bauen Sie Ihr System um diese einschränkenden Faktoren herum auf.

Kaufen Sie einen oder mehrere Solarladeregler, die den von Ihren Solarmodulen erzeugten Strom verarbeiten können:

Wenn Sie über eine begrenzte Dachfläche (100-250 Watt Solar) verfügen und in Zukunft keine weiteren Module hinzufügen möchten, verwenden Sie einen 20-A-MPPT-Solarladeregler.

Für die meisten mobilen Systeme (300-450 Watt Solar) verwenden Sie einen 40-A-MPPT-Solarladeregler.

Für große Systeme (450-700 Watt Solar) verwenden Sie einen 60-A-MPPT-Solarladeregler.

Verwenden Sie für extragroße Systeme (700-950 Watt Solar) einen 80-A-MPPT-Solarladeregler (80 bis 100 Ampere Laderegler sind teuer, daher ist es normalerweise günstiger 2x 40 Ampere Solarladeregler zu kaufen).

Wählen Sie immer einen Solarladeregler, der etwa 20 % mehr Strom und Spannung verarbeiten kann, als Sie benötigen. Für extra große Systeme überlegen Sie, ob Sie mehrere Kreise mit mehreren Reglern einbauen wollen. Das hat eine Reihe von Vorteilen: Im Falle eines defekten Reglers sind andere noch in Funktion, mehrere „kleine“ Regler sind regelmäßig günstiger als ein „großer“ Regler und sie lassen sich bei beengten Platzverhältnissen leichter montieren und die Abwärme kann besser abtransportiert werden. Es ist kein Problem, mehrere Regler parallel auf eine Batteriebank zu schalten.

Achten Sie darauf, dass der Regler mit den Volt open circuit der Solarmodule umgehen kann – nehmen Sie auch hier etwa 20% Puffer. Ein Regler mit maximaler Eingangsspannung von 28 Volt sollte nur mit Modulen mit Voc (Gesamt) um die 23 Voc betrieben werden. Ein Regler mit maximaler Eingangsspannung von 50 Volt sollte nicht mehr als 40 Voc (Gesamt) handhaben müssen.

Bestimmen Sie die Größe der Batteriebank:

Für jedes 100 Watt Solarmodul, die Sie auf Ihrem Dach haben, sollten Sie etwa 80-100 Amperestunden einer versiegelten Blei-Säure-Batterie haben.

Wenn Sie eine Lithiumbatterie verwenden wollen, kaufen Sie die größte Größe, die Sie sich leisten können oder sicher im Fahrzeug verbauen können. Für bestimmte Fahrzeuge gibt es „Untersitz“ – Batterien, die an sonst kaum genutzten Plätzen gut verbaut werden können.

Finden Sie den "maximalen Ladestrom" Ihrer Batteriebank in Ampere und stellen Sie sicher, dass er mindestens 20% größer ist als die Gesamtampere, die von Ihrem Solarmodulfeld erzeugt werden. Denken Sie daran, dass während der Fahrt auch Ladestrom von der Lichtmaschine bereitgestellt wird und die Solarmodule auch bei Fahrt Leistung bringen.

Sie können dies manuell berechnen oder das Batteriehandbuch lesen. In den meisten solarspezifischen Batteriehandbüchern und Datenblättern erfahren Sie, wie viele Solarmodulleistung (in Watt peak) Sie sicher an eine Batterie anschließen können.

Wenn es nicht aufgeführt ist, können Sie den Hersteller anrufen und ihn fragen. Achten Sie darauf, diese Zahlen zu überprüfen, bevor Sie Ihre Batteriebank kaufen.

Jeder Akku benötigt einen anderen Ladestrom. Wenn Sie ein großes System aufbauen möchten und einen hohen Ladestrom benötigen, schalten Sie mehrere kleinere (in Wattstunden) Batterien gleicher Spannung parallel zusammen. Dies erhöht die Ladeströme mehr als der Kauf eines größeren Akkus und mehrere Batterien lassen sich einfacher unterbringen, als eine große Batterie.

Kaufen Sie den größten Wechselrichter (Inverter), den Sie sich leisten und einbauen können:

• Wenn Sie nur einen Laptop und einen Lüfter mit Strom versorgen möchten, kaufen Sie einen 750-Watt-Wechselrichter

• Die meisten Leute kommen gut mit einem 1500-Watt-Wechselrichter zurecht

• Wenn Sie Haushaltsgeräte betreiben möchten, kaufen Sie einen 2000-Watt-Wechselrichter

• Wenn Sie mehrere Großgeräte betreiben möchten, kaufen Sie einen 3000+ Watt Wechselrichter

Achten Sie darauf, dass es ein Sinus – Wechselrichter ist und der Wechselrichter nicht nur Sinus – ähnlichen Wechselstrom zur Verfügung stellt. Sonst funktionieren Laptops, Kaffeemaschinen und andere Haushaltgerät nicht oder nicht lange.

Beachten Sie, dass Wechselrichter in Volt Ampere (VA) angegeben werden und nicht in Watt. Sie benötigen immer mindestens 20% mehr VA vom Inverter als Sie in Wattzahlen Ihrer Planung aus dem Wechselrichter entnehmen wollen. Viele Hersteller und Händler nehmen die größere Watt Zahl, weil sie eben größer ist. Das nutzt Ihnen aber nichts, wenn die Kaffeemaschine kalt bleibt, weil der Inverter zu klein berechnet wurde. So liefert ein 3000 er Inverter zwar 3000 VA aber nur etwa 2400 Watt.

Warum ist das so? Sie erinnern sich an P = f x U x I vom ersten Kapitel. In der „Wechselstromwelt“ ist f nicht mehr gleich 1, sondern f hat eine andere Funktion. Und der Inhalt von f ist auch noch abhängig von den elektrischen Eigenschaften der Geräte, die mit Wechselstrom versorgt werden sollen. So hat ein Induktionskochfeld andere elektrische Eigenschaften als ein hochwertiger Haarföhn – auch wenn auf beiden vielleicht 1200 Watt 230 Volt draufsteht.

Super einfache Methode

Möchten Sie Ihr System entwerfen, ohne viel Nachdenken? Sie haben hier mindestens 5 vorgestellte Optionen zur Auswahl:

• Der Purist: für Minivan oder Auto

• Der Standard 400 Watt: für einen großen Van oder ein mittleres Wohnmobil

• Der Autarke: für Großes Wohnmobil oder Bus

• Ultra Leichtgewicht: für Rucksackreisende oder Radurlauber

• Kleines Budget: für den Einstieg in die Solare Autarkie

Der Purist

Dieses Setup funktioniert gut für Sie, wenn Sie Sie die Installation in einem Minivan/Auto planen und ein niedriges Gewicht beachten wollen, und Sie planen einen kleinen Laptop, ein USB-Ladegerät, einen Lüfter, LED-Leuchten und andere kleine Geräte zu betreiben.

Empfohlene Komponenten:

• 12 Volt, 100-150 Ampere Stunden Deep-Cycle-Batterie (AGM oder Gel)

• 200 Watt Peak Solarmodule und ein 20 Ampere MPPT Laderegler

• 750 VA Wechselrichter

• Oder eine Powerstation mit mindestens 750 Wh und 230 Volt Steckdose.

Der Standard

Dieses Setup funktioniert gut für Sie, wenn Sie die Installation in einem großen Van oder einem „normal“ großen Wohnmobil planen und Sie jeden Tag Licht, einen Fernseher, einen Kühlschrank, einen großen Laptop und mehr betreiben wollen, dann sind die nachfolgenden Komponenten empfohlen.

Empfohlene Komponenten:

• 400 Watt Solarmodule und ein 40-A-MPPT-Laderegler

• 12 Volt-Batteriebank mit 300 Amperestunden (denken Sie daran, dass diese Batteriebank etwa 60 kG wiegt, wenn Sie klassische Blei – Säure Batterien verwenden wollen)

• oder eine einzelne Lithiumbatterie mit 100 bis 200 Amperestunden (diese Batterie wiegt nur 12 bis 25 Kilogramm bei deutlich kleineren Abmessungen)

• 1500 VA Wechselrichter

Für die meisten Anwender ist dieses System sicher ausreichend.

Der Autarke

Dieses Setup funktioniert gut für Sie, wenn Sie die Verwendung eines großen Wohnmobils oder Busses planen und Sie große Geräte wie Elektrowerkzeuge und Mikrowellen oder Kompressor-Kühlschränke über längere Zeit mit Strom versorgen und die Aspekte Gewicht und Aerodynamik für Ihr Fahrzeug keine große Rolle spielen.

Empfohlene Komponenten:

• 800 bis 1000 Watt Solarmodule und ein 100 Ampere MPPT Solarladeregler, oder 3x 40 Ampere MPPT Solarladeregler mit drei getrennten Kreisen.

• 12 Volt, 400 bis 600 Amperestunden Blei-Säure-Batterie oder 300 Ampere Stunden Lithiumbatterie (Wählen Sie die größte Batterie, die Sie sich leisten können und die Sie sicher in Ihrem Fahrzeug transportieren können. Diese Batterien sind schwer und teuer.)

• Überlegen Sie, Lithium – Batterien parallel zu verschalten. Beachten Sie dabei die Herstellervorgaben, nicht jede Lithiumbatterie ist dafür geeignet.

• 3000 – VA – Wechselrichter oder größer

Das Ultra Leichtgewicht

Dieses Setup funktioniert gut für Sie, wenn Sie Rucksackreisen planen und in Autos, Zügen, Fahrrädern und Flugzeugen reisen müssen oder Sie nutzen ein kleines Fahrzeug und können keine schwere Batteriebank nutzen oder Sie können ein Solarmodulfeld nicht dauerhaft montieren und Sie wollen Ihr Handy, einen Laptop, eine Kamera und andere Reiseutensilien aufladen.

Empfohlene Komponenten:

• Ein zusammenklappbares Solarmodul mit einer Leistung von 20 bis 45 Watt und einem USB-Kabelausgang oder einen Rucksack mit integriertem Solarmodul - Feld

• USB-Batteriebänke (2-4) mit Schnellladefunktion (4 A Eingang)

• Schnelllade-USB-Netzteil (zum Aufladen der Batteriebänke, wenn kein Sonnenlicht vorhanden ist)

Laptop/Kamera/Telefon, das über USB aufgeladen werden kann. Wenn Sie einen leistungsstarken Laptop haben, verwenden Sie ein tragbares externes Laptop-Ladegerät. Es gibt auch mit USB betriebene Lampen, Lüfter, Handwärmer und mehr.

Verwenden Sie das zusammenklappbare USB-Solarmodul oder den AC-USB-Adapter, um die USB-Batteriebänke aufzuladen. Dieses gesamte Setup passt problemlos in einen Rucksack und kann in Fahrzeugen oder beim Rucksackwandern verwendet werden.

Die kostengünstige Version

Dieses Setup funktioniert gut, wenn Sie nur sehr wenig Geld für das System haben aber jetzt beginnen wollen und Sie bereit sind auf Effizienz und Langlebigkeit zu verzichten:

Empfohlene Komponenten:

• Kaufen Sie so viele Solarmodule, wie Sie sich leisten können. Ein in China hergestelltes 100-Watt-Solarmodul kann online für 59 Euro erworben werden. Oder Sie kaufen gebrauchte Solarmodule.

• Kaufen Sie einen PWM (Pulsweitenmodulation) Solarladeregler. Ein 30-A-PWM-Laderegler kann für 15 Euro online gekauft werden.

• Kaufen Sie gebrauchte 12 Volt Batterien. Eine Online-Suche nach "Gebrauchte Batterien" in der Nähe Ihres Wohnortes hilft. Vielleicht gibt es eine Wohnmobilwerkstatt in der Nähe, in der Wohnmobilfahrer ihr System auf Lithium – Batterien umrüsten lassen und Sie können Blei – Säure Batterien günstig erwerben.

• Kaufen Sie Überbrückungskabel fürs Auto in einem Secondhand-Laden oder Online - Portal, um alles zu verkabeln. Stellen Sie sicher, dass die Starthilfekabel 25 Quadratmillimeter haben, um auf der sicheren Seite zu sein.

• Kaufen Sie einen günstigen Wechselrichter online. Einige 750-VA-Wechselrichter können für 40 Euro erworben werden.

Dieses System wird funktionieren aber mit Einschränkungen und nur für einige Zeit. Aber es ist ein Anfang.

Bedarfsgerechte Methode

Zunächst bestimmen Sie den täglichen Bedarf (wie viel Energie in Wattstunden Ihre Geräte an einem Tag verbrauchen), indem Sie die Geräte auflisten, ihre Anschlussleistung (in Watt) dazuschreiben und abschätzen, wie lange sie täglich in Gebrauch sind (in Stunden).

Verwenden Sie dann den geschätzte täglichen Energieverbrauch (Wh), um die Batteriebankgröße (also den Energiespeicher) zu berechnen.

Verwenden Sie die Größe der Batteriebank, um zu berechnen, wie viele Solarmodule Sie benötigen.

Verwenden Sie die Größe des Solarmodulfeldes, um die Größe des Solarladereglers zu berechnen.

Beachten Sie die verfügbare Fläche auf dem Dach (Tetris spielen) und überlegen Sie mehrere MPPT Regler zu nutzen.

Berechnung der Last

Finden Sie die Wattzahl der Geräte heraus, die Sie täglich verwenden möchten. Schätzen Sie die geplante Nutzungsdauer der Geräte ab und berechnen Sie ihre Wattstundenleistung:

• Watt x Verbrauchsstunden = Wattstundenzahl

• 60 Watt LED-Lichtleiste, die 4 Stunden am Tag verwendet wird = 240 Wattstunden

• 70-Watt-Kühlschrank, der 24 Stunden lang eingeschaltet ist, aber 4 Stunden lang tatsächlich Strom verbraucht (Kompressor läuft intermittierend) = 280 Wattstunden

• 60-Watt-Laptop für 6 Stunden verwendet = 360 Wattstunden

• 1000 Watt Mikrowelle für 15 Minuten verwendet = 250 Wattstunden

Nehmen Sie nun alle Wattstundenschätzungen für Ihre Geräte und addieren Sie diese zusammen. Für dieses Beispiel fügen wir die Wattstundenzahlen aus der obigen Liste zusammen:

Gesamter Bedarf an Energie für einen Tag: 1130 Wattstunden.

Denken Sie auch an die Standby Leistung eines Gerätes: hier zum Beispiel 2 Watt für einen Fernseher oder ein Autoradio für 24 Stunden sind 2 W * 24 h = 48 Wh (336 Wh pro Woche), sofern Sie keinen Schalter einbauen.

Bestimmung der Batteriegröße

Da Sie nun wissen, wie viel Strom Sie täglich benötigen, können Sie die Größe der Batteriebank berechnen.

Runden Sie zunächst Ihren täglichen Strombedarf von 1130 Wattstunden auf 1200 Wattstunden (um die Rechnung zu vereinfachen).

Jetzt müssen Sie abschätzen, wie viel Reserveleistung Sie haben wollen. Winterzeit, Regentage und schattige Parkplätze reduzieren die von Ihren Solarmodulen produzierte Leistung. Die Batteriebank sollte groß genug sein, um diese Zeiten zu überbrücken.

Idealerweise möchten Sie eine möglichst große Batteriebank. Da es sich aber um ein mobiles System handelt und das Gewicht eine Rolle spielt, empfehle ich 2 Tage Strom als Backup. Wenn Sie eine Batteriebank für eine Hütte, ein Boot oder Gartenhaus oder eine andere stationäre Einrichtung benötigen, sind 2-5 Tage Notstrom angemessen.

Tägliche Gerätelast von 1200 Wattstunden x 2 (Tage des Backups) = 2400 Wattstunden Batteriebank erforderlich

Bitte beachten Sie unbedingt folgendes: Blei-Säure-Batterien (die gängigste Art von mobilen Solarbatterien) können sicher nur auf 50 % ihrer Kapazität entladen werden, ohne Schäden zu verursachen und die Lebensdauer massiv zu verkürzen. Eine Lithiumbatterie, über die wir später noch sprechen werden, hat dieses Problem nicht.

Wenn Sie also einen Akku benötigen, der 2400 Wattstunden Leistung liefern kann, benötigen Sie entweder:

• Eine 4800 Wattstunden Blei-Säure-Batterie - Bank

• Oder eine 2400-Wattstunden-Lithiumbatterie - Bank

Später werde ich auf die Unterschiede zwischen diese beiden Batterien (Arten) eingehen. Im Moment wollen Sie nur die Größe der Batteriebank berechnen.

Bestimmung der Solarmodule

Da der Platz auf dem Dach der meisten Fahrzeuge begrenzt ist, ist es normalerweise die beste Option, Ihr Dach mit so vielen Solarmodulen zu füllen, wie Sie sicher unterbringen können.

Denken Sie jedoch daran, dass Sie Ihre Batteriebank versehentlich zu schnell aufladen können, wenn Sie zu viele Solarmodule haben, was die Lebensdauer der Batteriebank verkürzt.

Wenn Sie also Ihr Dach mit Solarmodulen füllen, stellen Sie sicher, dass Sie eine Batteriebank bauen, die groß genug ist, um damit umzugehen. Dies gilt hauptsächlich für Blei-Säure-Batterien (die im Vergleich zu den meisten Lithium-Batterien einen niedrigeren maximalen Ladestrom haben und eine andere Ladekennlinie haben).

Blei-Säure-Batterien müssen außerdem nach jedem Gebrauch vollständig aufgeladen werden. Sie mögen es auch, wenn sie einmal am Tag voll aufgeladen sind. Um Ihre Batterien gesund zu halten, benötigen Sie ein Solarmodulfeld, das groß genug ist, um Ihre Blei-Säure-Batteriebank an einem Tag (in sechs Stunden voller Sonnenschein) aufzuladen.

Ein Lithium-Akku muss nach dem Gebrauch nicht täglich aufgeladen werden und muss nur alle paar Monate vollständig aufgeladen werden.

Solarmodulfeld-Schätzungen (keine Mathematik erforderlich):

Verwenden Sie für eine einzelne 1200-Watt-Stunden-Blei-Säure-Batterie (die zum Beispiel eine 100-Ampere-Stunden-, 12-Volt-AGM-versiegelte Batterie mit einem maximalen Ladestrom von 35 A bei 12 Volt ist):

• Mindestens 200 Watt Solarmodule

• Maximal 400 Watt Solarmodule

Verwenden Sie für eine einzelne 1200-Wattstunden-Lithiumbatterie (eine 100 Amperestunde, 12 Volt Lithium-Eisenphosphat-Batterie mit einem maximalen Ladestrom von 100 Ampere bei 12 Volt):

Es gibt hier keine Mindestgröße der Solaranlage, da die LiFePo4 Chemie der Batterie auch mit sehr kleinen Strömen geladen werden kann und nicht immer sofort wieder vollgeladen werden muss. Achten Sie nur darauf, dass Sie sie mindestens alle paar Monate vollständig aufladen.

Maximal können Sie 1200 Watt Solarmodule verwenden.

Die obigen Vorschläge sind nur Schätzungen und Empfehlungen. Jede Batteriebank hat einen etwas anderen Ladestrom. Sehen Sie in Ihrem Batteriehandbuch nach, um zu sehen, was der Hersteller empfiehlt.

Die meisten Hersteller von Batterien für Solaranwendungen geben Ihnen eine Empfehlung für die minimale und maximale Größe der Solaranlage.

Sie haben wahrscheinlich inzwischen festgestellt, dass Lithiumbatterien mit fast jeder Größe von mobilen Solarmodulfeldern gut funktionieren.

Dies ist normalerweise der Fall, aber überprüfen Sie unbedingt das Handbuch. Die Ladegeschwindigkeit einer Lithiumbatterie hängt von der Konstruktion der Batterie ab. Die meisten können sehr kleine und auch sehr hohe Ladeströme verarbeiten, aber nicht immer.

Dies ist bei zyklenfesten Blei-Säure-Batterien nicht der Fall. Sie haben in der Regel einheitliche Ladeströme.

Die Lademöglichkeiten von Blei-Säure-Batterien können sich jedoch ändern, je nachdem, wie viele Sie verwenden.

Wenn Sie mehrere kleine Blei-Säure-Batterien parallel zusammenschalten, ist der Ladestrom normalerweise viel höher als bei der Verwendung einer einzelnen großen Blei-Säure-Batterie (es sei denn, die große Batterie ist speziell für einen hohen Ladestrom ausgelegt).

Hier hat die Chemie der Blei – Säure – Technologie jedoch ihre technologischen Grenzen.

In der Regel sind Batteriebänke mit mehreren parallel geschalteten Batterien mit höheren Ladeströmen ladbar, da sich die Ströme auf die Batterien verteilen.

Die obigen Schätzungen geben Ihnen eine allgemeine Vorstellung von der Größe Ihrer Solaranlage.

Letztlich bestimmt der individuelle Batterieladezustand, wie viele Solarmodule Sie daran anbringen können.

Vielleicht rufen Sie den Batteriehersteller einmal an und fragen ihn, wie viele Solarmodule er empfiehlt.