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Wohnwagen autark - Teil 2, Stromversorgung Theorie

Nachfolgend ein paar theoretische Überlegungen zu Ladereglern, Solarmodulausrichtung, Kabelquerschnitten, Wechselrichtern und Solarakkus.

MPP-Laderegler oder Serienregler

MPP-Ein Die Abbildung zeigt das Kennlinienfeld eines Solarmoduls bei verschiedenen starker Sonneneinstrahlung. Die gelbe Linie stellt die Line der Arbeitspunkte dar, die sich bei Verwendung eines Serienladereglers einstellen. Deutlich zu erkennen ist, dass sich die Spannung im MPP bei schwächer werdender Einstrahlung sich Richtung ULade verschiebt. Damit werden die "Verluste" beim Laden des Akkus mit einem Serienladeregler im Vergleich zu einem MPP-Laderegler auch geringer.
Wann also lohnt ein MPP-Regler? Er lohnt sich immer dann, wenn die Modulspannung im MPP erheblich über der erforderlichen Ladespannung für den Solarakku liegt. Ebenso könnte ein MPP-Regler erforderlich werden, wenn auf Grund von Platzmangel nur kleine Module möglich sind und die MPP-Spannung ab 20-30% über der Ladespannung liegt und man jeden "Tropfen" Energie nutzen möchte.
MPP-Spannungen bis etwa 20% über der Ladespannung rechtfertigen den Einsatz eines MPP-Reglers nicht, da zu berücksichtigen ist, dass selbst gute MPP-Regler nur einen Wirkungsgrad von 93-97% haben. Aber das muss jeder für sich selbst entscheiden.

Ausrichten, Nachführen oder Flachmontage der Solarmodule

Den optimalen Ertrag liefert ein Solarmodul, wenn die Strahlung senkrecht auf die Oberfläche auftrifft. Das würde bedeuten, dass man für einen optimalen Ertrag nachgeführte Module benötigt. Bei kleinen Modulgrößen, wie auf dem Wohnwagen, stellt sich die Frage, ob eine Nachführung Sinn macht, da diese auch Energie verbraucht. Vom Gewicht eines solchen Systems reden wir da mal noch nicht. Ich zumindest halte eine Nachführung derzeit für Spielerei ohne Mehrwert. (Ohne es mit einem Beispiel zu belegen. Ein 2-achsig nachgeführtes System würde den Solarertrag über das Jahr um ca. 25% steigern im Vergleich zu einer nach Süden ausgerichteten geneigten Anlage. Vom Preis und Gewicht her ist es einfacher, die Modulgröße zu erhöhen um den Ertragsverlust zu kompensieren. Anders sieht die Sache aus, wenn man ständig hinter dem Polarkeis sein Unwesen treibt. Hier würde meine persönliche Empfehlung ganz klar lauten: keine Solarmodule, lieber eine Brennstoffzelle nehmen.)
Stellt sich nun die Frage, Module neigen und nach Süden ausrichten oder flach auf das Wohnwagendach montieren. Eine flache Montage hat den Vorteil, dass es egal ist, wie der Wohnwagen steht. Zur Verdeutlichung der Unterschiede habe ich 2 Berechnungen mit dem Online-Tool PVGIS durchgeführt. Einmal für flache Montage und einmal Montage nach Süden ausgerichtet und 40° Neigung. Wie aus den beiden Diagrammen zu erkennen ist, reduziert sich der Solarertrag in der Mittagszeit um 8% bei flacher Montage. Über den Tag verteilt liegt die Reduzierung bei ca. 13%.

Mflach
Modul flach montiert

Mgeneigt
Modul nach Süd ausgerichtet 40° geneigt

Ich entscheide mich damit spontan für die flache Montage ohne Ausrichtung, weil der Verlust recht gering ausfällt und der konstruktive Aufwand damit minimiert wird.

Kabelsalat

Das nächste Theoriekapitel beschäftigt sich mit der Kabelei von den Modulen zum Laderegler und bis zum Solarakku. Das kein Klingeldraht geht, sollte klar sein. Aber was braucht man für Kabel? Grundsätzlich gehen nur flexible Kabel. Die Querschnitte richten sich nach der Leitungslänge des jeweiligen Abschnittes, der maximalen Stromstärke und dem maximalen Spannungsverlust.
Der Spannungsverlust zwischen Modul und Solarladeregler sollte 0,5 Volt nicht überschreiten. Vom Laderegler zum Solarakku sollten 0,25 Volt Spannungsverlust nicht überschritten werden.
Nun das ganze fertig gerechnet für 18V MPP-Spannung und Serienregler. (Kabellänge ist die Leitungsentfernung von einem Punkt zum anderen Punkt, z.Bsp. Modul zum Laderegler)

Spannungsverlust 0,5V - Kabelquerschnitt in mm²
q05

Spannungsverlust 0,25V - Kabelquerschnitt in mm²
q025

Netzvorrangschalter, Wechselrichter im Wohnwagen

Hier gibt es einiges zu beachten. Eine gute Darstellung gibt es bei Wohnwagen-otto.
Für den Netzvorrangschalter gilt: ein einfaches Relais mit zwei Wechslern tut es eigentlich nicht, um alle VDE-Normen zu erfüllen. Man benötigt einen Netzvorrangschalter mit zwangsgeführten Kontakten.

Solarakkus

Den Solarakku an sich gibt es nicht. Möglich ist vieles, angefangen von Blei-Akkus über Li-Ionen bis Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus etc. Wenn man in Foren liest, wird man zu keinem Ergebnis kommen, weil die Meinungen sehr stark auseinander gehen, was denn nun optimal ist. Darum nur eine Linksammlung zur eigenen Meinungsbildung.
Übersicht Akkutypen
Grundlagen Blei-Akku
Akku Vergleich

Weiter geht es mit Teil 3.