Planung der Solaranlage – Teil 1

Im Grunde kann man aus diesem Thema eine Wissenschaft machen. Für alle die Ein oder Zweimal im Jahr Urlaub auf einem Campingplatz mit 230V Anschluss machen, lohnt sich die Anschaffung einer entsprechend ausgelegten Solaranlage sicherlich nicht. Selbst wenn der Strom vom Campingplatz teurer als Zuhause ist, wird es wohl immer noch günstiger sein als in eine entsprechende Solaranlage zu investieren. Auch wenn man Energiehungrige Verbraucher wie Kaffeemaschine, Elektrische Wasserkocher, Mikrowellengerät, Elektroherd etc. an Bord hat wird eine Solaranlage recht teuer und aufwendig. Da ist der Campingplatz Stromanschluss einfacherer und funktioniert auch im Dunkeln….

Aber solch Stromhungrige Geräte haben wir nicht dabei und zudem planen wir auch nur Hin und wieder auf einem Campingplatz zu sein. Somit durfte / wollte ich mich mit diesem Thema näher beschäftigen. Nachfolgend gibt es eine für mich selbst erstellte Zusammenfassung. Ich hoffe diese ist nicht ganz falsch, denn ansonsten stimmt meine Auslegung nicht 😉

Als ich anfing mir Gedanken zu unserer notwendigen Solaranlage zu machen hatte ich überhaupt keine Ahnung nach welchen Kriterien ich die Solaranlage in Bezug auf Panelgröße, der notwendigen Elektronik sowie der Batterie auslegen sollte.

Anhand verschiedener Berichte in Zeitschriften und dem Internet hatten ähnliche Fahrzeuge fest installierte oder mobile Solarpanels in der Größe von ca. 100 – 150 Watt. Wobei 100 / 110 Watt Solarpanels wohl eine gängige Größe in unserer Fahrzeug Kategorie ist.

Ich machte mich im Internet mal etwas schlauer und fand recht schnell heraus das man hier etwas mehr tun muss als nur ein 100 Watt Solarpanel zu kaufen um die Solaranlage wenigstens halbwegs richtig zu dimensionieren. Man kann zu diesem Thema ganz gute Ratgeber und auch Solaranlagenrechner im Internet finden. Aber hier nun mein Erfahrungsbericht.

Als erstes sollte man mit einer Strombedarfs Aufstellung beginnen. In diese Aufstellung sollten sämtliche Verbraucher Namentlich welche in das Mobil eingebaut werden erst einmal aufgenommen werden.

Idealerweise bitte sich hierzu eine Tabellenform für die Auflistung sämtlicher Elektrischer Verbraucher an. Nachfolgend eine Tabelle welche ich für uns angelegt habe. Danach sollte man anhand seinem eigenen Nutzungsverhalten die Nutzungsdauer für den täglichen (24 Stunden Basis) Gebrauch dieser entsprechenden Verbraucher in die Tabelle eintragen.

Meine Tabelle ist sicherlich ein Worst Case Fall, welcher selten so eintritt aber es gibt auch sicherlich  Tage an denen der Verbrauch so hinkommt.

Bei vielen Elektrischen Verbrauchern ist dies einfach zu ermitteln. Das Licht leuchtet in der Regel nur so lange wie man es abends üblicherweise benötigt. Das Handy / Tablet oder Notebook ist nach 2 bis 3 Stunden geladen. Die Pumpe fürs Wasser läuft in der Regel auch nur eine kurze Zeit. Eine weitere tägliche Nutzungszeit für Verbraucher wie TV / Radio etc. muss jeder für sich selbst erfassen.

Schwieriger wird dies allerdings bei Verbrauchern wie Kühlschrank / Kühlbox oder der Heizung. Bei der Heizung ist oft beim Heizen ein Ventilator am Laufen bzw. die Zündphase benötigt auch Strom. Wobei es hier Unterschiede zwischen Gas und Dieselheizungen gibt. Ist man allerdings nur im Sommer in warmen Gegenden unterwegs kann man schon mal die Heizung aus der Betrachtung / Berechnung streichen. Da wir allerdings auch in den Bergen sein werden, wird auch die Heizung im Sommer benötigt. Selbst wenn das nur ein paar Tage im Monat sind kommt sie in meine Berechnung mit rein, da ansonsten bei Heizungsgebrauch die Batterie zu früh leer sein könnte, wenn zu klein berechnete Solarpanels nicht in der Lage sind die Batterie ausreichend aufzuladen. Und wenn die Batterie leer ist dann funktioniert der Kühlschrank auch nicht mehr.

Da ich noch keine Heizung habe musste ich in der Planungsphase somit auf die Technischen Daten bzw. Tests für meine ausgewählte Heizung zurückgreifen. Ich gehe davon aus das bei meiner gewählten Dieselheizung der Ventilator während der Heizphase dauernd läuft um die Kabine von Kondenswasser möglichst trocken und warm zu halten. Über ein Rohrsystem soll dabei die Warmluft verteilt werden. Somit habe ich als Nutzungsdauer auch 10 Stunden täglich angesetzt. Ob das Zuviel oder zu wenig ist wird sich in der Praxis noch zeigen. Im Prinzip wollen wir kein Wintercamping machen, sind allerdings sicherlich öfters in den Bergen und da kann es Nachts schon recht kalt werden.

Bei unserer gewählten Kühlbox geht der Hersteller von einer Kompressor Laufzeit (Nutzungsdauer) von 22% am Tag aus bei 30 Grad Umgebungstemperatur und 5 Grad Kühlbox Temperatur. Da ich die Kühlbox bereits habe konnte ich diese Angaben mit einem kleinen Leistungsmesser überprüfen. Diese Angaben scheinen zu stimmen, wobei ich 23 Grad Umgebungstemperatur hatte, dafür aber auf 3 Grad die Kühlbox heruntergekühlt hatte. Somit ergab sich eine Nutzungsdauer von 6 Stunden = 25% (anstelle von22%) am Tag.

Nachdem man nun die Tabelle mit dem Verbrauchernamen und seiner täglichen Nutzungsdauer gefüllt hat muss man noch in Erfahrung bringen wieviel Leistung = Watt die Verbraucher im eingeschalteten Zustand verbrauchen.

Ich habe hier teilweise wieder eine Messung mit meinem Leistungsmesser durchgeführt um die tatsächlichen Leistung zu erhalten. Ansonsten sollte auf jedem Gerät eine Leistungsangabe sein welche man für die Tabelle verwenden kann.

Hat man alle Leistungsangaben in die Tabelle eingetragen kann man den durchschnittlichen Stromverbrauch in Bezug auf die notwendige Batteriekapazität mit nachfolgender Formel ausrechnen (oder die Tabelle rechnen lassen)

 Leistung / 12Vollt * Nutzungsdauer = I/h    

z.B. Kühlbox:  48Watt / 12Volt * 6 Stunden = 24 A/h 

z.B. IPad laden:  15Watt / 12Volt * 3 Stunden = 3,75 A/h 

Das bedeutet vereinfacht gesagt, wenn man als Verbraucher nur die Kühlbox besitzt und wenn man eine Lithium-Eisen-Batterie (LiFePo) mit 60Ah als Bordbatterie hätte, dann wäre dieser Akku (ohne Solarenergie) bei einer Belastung durch diese Kühlbox mit ihren 24Ah täglichem Verbrauch ungefähr nach 2 Tagen und 12 Stunden leer.

Verwendet man allerdings eine Blei Batterie (auch AGM oder GEL) anstelle der Lithium-Eisen-Batterie dann wäre ein 60Ah Blei Akku bereits nach 1 Tag und 6 Stunden um 50% entladen. Dabei sollte man unbedingt beachten, dass man eine Blei Batterie (auch AGM oder GEL) in Hinblick auf ihre Lebensdauer nicht wirklich weiter als 50% entladen sollte. Ein weiteres entladen oder gar Tiefentladen reduziert die möglichen Ladezyklen der Bleibatterien schnell und man kann diese Batterie nicht mehr so oft laden wie wenn man sie nur zu 50% oder weniger entladen hätte. Daher sollte man sich bei mehrmaligem Tiefentladen einer Bleibatterie nicht wundern, wenn man nach 1 – 2 Jahren bereits eine neue Bordbatterie(n) benötigt.

Die modernen Lithium-Eisen-Batterie (LiFePo) sind hier wesentlich besser und man kann diese Batterien deutlich tiefer entladen (wohl so gegen 3-5%) ohne dass dies einen großen Einfluss auf ihre Ladezyklen hat. Aus diesem Grund habe ich mich entschieden eine Lithium-Eisen-Batterie (LiFePo) einzusetzen. Allerdings gibt es beim Laden der LiFePo Akkus ein wenig zu beachten, damit sich dieser Akku „wohlfühlt“ und Langlebig mit hoher Leistungsabgabe bleibt.

In meiner eigenen Berechnung zum täglichen Strombedarf bin ich in der Tabelle an einem Energiehungrigen Tag an dem nicht gefahren wird auf einen Gesamt Strombedarf von 85.2 Ah pro Tag gekommen. Daraus ableitend habe ich mich für eine 100Ah Lithium-Eisen-Batterie (LiFePo) mit Batterie Management entschieden. Damit könnte ich ohne Solaranlage mindestens einen Tag autark sein und alle Verbraucher wie in meiner Tabelle aufgelistet nutzen.

Der moderne LiFePo Akku bittet neben der möglichen höheren Lebensdauer auch einen deutlichen Gewichts- und Platzvorteil gegenüber einem Blei Akku. Zwei 100 Ah Blei Akkus (=200Ah) wiegen bestimmt um die 50-60kg. Der moderne LiFePo Akku nur ca. 14-15 kg !!!  Dies spart auch auf einer Langzeitreise einiges an Treibstoff ein.

Um jetzt aber noch die Solarpanels in die Betrachtung einzubeziehen ist es notwendig die durchschnittliche Tages Leistung als W/h zu berechnen um überhaupt einen Bezug zu den benötigten Watt der Solarpanels zu bekommen.

Dieser Watt / Stunden Verbrauch wird wieder in meiner Tabelle mit der Formel ausgerechnet

 Verbraucher Leistung in Watt * Nutzungsdauer.

z.B. Kühlbox:  48Watt * 6 Stunden = 288 W/h 

z.B. Tablet laden:  15Watt * 3 Stunden = 45W/h 

Dies ergibt eine mittlere notwendige Leistung über den Tag aus allen Verbraucher laut meiner Tabelle von ca. 1022W/h.  (doch ganz schön viel !)

Wie berechnen sich nun die notwendigen Solarpanels?

Vorab, ganz viele Kriterien spielen hier eine Rolle um die richtige Solarpanelgröße zu berechnen. Wer hier tiefer einsteigen will findet im Internet sehr gute Webseiten. Theoretisch müsste man bei der Berechnung der Solarpanels vom schlechtesten Fall ausgehen, sprich Winterzeit und hoch im Norden mit allen Verbrauchern am Laufen. Wobei man dann wiederum keine Kühlbox braucht …. Das Ergebnis solch einer Berechnung würde aber wohl 5 Kabinendächer benötigen 😉

Also habe ich das genaue Berechnen aufgegeben und versuche einen Anhaltspunkt für meine notwendige Solarpanelgröße zu erhalten.

Um eine annähernd genaue Berechnungen durchzuführen ist einmal der Monat für die Berechnung wichtig, da hiervon der Sonneneinstrahlung Winkel abhängig ist. Bekanntlich steht im Sommer die Sonne in einem größeren Winkel zur Erde als im Winter. Somit verändert sich die Sonnenausbeute durch diese Sonnenposition monatlich. Je höher der Winkel desto mehr Sonnenenergie kann man „ernten“. Somit ist auch entscheidend wo man sich auf der Erde befindet, je südlicher desto höher ist wiederum die Sonnenausbeute, da auch hier der Winkel zur Sonne größer wird. Am Äquator ist der Winkel (90 Grad) zur Sonne am größten.

Auch sollte ein sogenannter Korrekturfaktor für die Zelltemperatur bei der Berechnung berücksichtigt werden. Dieser ist unter anderem auch wieder vom Monat und wo man sich befindet abhängig.

Neben diesen variablen „Außenwelt“ Faktoren gibt es auch im Reisemobil „Eingebaute Kriterien“, welche in die Berechnung und somit in die Größe des Solarpanels mit einfließen. Allerdings ändern die sich in der Regel nicht mehr. Dies sind Verluste durch den Wirkungsgrad der Solarzellen, Verlust auf dem Transportweg durch die Steckverbinder und Kabel wie auch durch die Umwandlung auf die Batterie Ladespannung (12 -14.x Volt) durch die Regler Elektronik sowie dem Wirkungsgrad der Speicherung selbst auftreten.

Da dies ganz schön viel Variablen sind, verwendete ich vereinfacht und entsprechend ungenau die nachfolgende Formel. Wobei mir das Ergebnis in Bezug auf die notwendige Solarpanel Größe etwas optimistisch vorkommt. Diese Formel verwendet den Globalstrahlungswert für Stuttgart im Monat Juni sowie den entsprechenden Korrekturfaktor für den Monat Juni.

 1022W(h) / 0,87 / 0,8 / 5.61h(d)    = 261Watt Solarpanels .

Ich habe mich für ein 120Watt und ein 160Watt Solarmodul = 280Watt auf dem Kabinendach entschieden. Diese Solarmodule bekomme ich auch noch vernünftig auf meinem Dach unter so das weiterhin noch ausreichend Platz für einen Ersatzreifen, eine Dachbox oder ein Surfboard vorhanden ist

Ob diese Leistung aber in der Praxis ausreicht wird sich zeigen. Wie gesagt der Wert für die notwendige Solarpanels kommt mir eigentlich zu niedrig vor. In der Regel werden wir aber die meiste Zeit südlicher als Stuttgart unterwegs sein. Somit sollte die Solarausbeute doch etwas höher als in Stuttgart sein.

1022W/h = mittlere notwendige Leistung aus der Verbrauchs Tabelle

5.61 ist der Faktor für die Globalstrahlungswert in Stuttgart im Juni

0,88 ist der Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Zelltemperatur. Dieser ist bei der Berechnung notwendig da eine heißere oder kühlere Solarzelle als 25 °C weniger Leistung abgibt

0,8 = Gesamtverluste aus Kabelverlusten, Umwandlungsverluste, etc.

So viel zur Theorie, nach der ich meine Solaranlage ausgelegt habe.  Wenn hier jemand Fehler oder Verbesserungen erkennt würde ich mich über ein Feedback freuen. Allerdings erhebt dieser Bericht auch keinen Anspruch auf Richtigkeit sondern ist hauptsächlich eine Zusammenfassung über die Gedanken welche ich mir zu diesem Thema gemacht habe.

Irgendwann demnächst werde ich noch meine geplante Solarregler-, Batterie Lade Elektronik und Anzeigeelektronik vorstellen. Denn das ist auch so ein spezielles Thema, besonders bei Euro 6 Fahrzeugen mit aktivem Batterie Management.