Häufig gestellte Fragen zu Solarmodulen und deren Installation

Im folgenden Text beschreiben wir im Wesentlichen die Funktionsweise eines sogenannten „Off-Grid“-Systems. Dabei handelt es sich um ein System für Gleichstrom, in der Regel mit 12 oder 24 Volt. Diese Systeme eignen sich hervorragend für den Einbau beispielsweise in Wohnmobilen, Wohnwagen, Booten und Ferienhäusern, wo kein Zugang zum Stromnetz besteht.

Durch die Installation einer Solarzelle ersparen Sie sich teure Stromanschlüsse auf dem Campingplatz, Landstrom am Steg oder die Verlegung einer festen Stromleitung zu Ihrem Sommerhaus. Außerdem ist Solarstrom umweltfreundlich und kostenlos – das ist ein zusätzlicher Vorteil!

Wie funktioniert eine Solaranlage?

Ein Off-Grid-Solarstromsystem besteht im Wesentlichen aus drei verschiedenen Komponenten: Solarmodul, Laderegler und Batterie.

Die Solarzelle fängt das Sonnenlicht ein und wandelt es in elektrischen Strom um, der an den Laderegler weitergeleitet wird. Der Laderegler wandelt dann die Spannung auf das richtige Niveau um, um die Batterie optimal zu laden, wo der Strom gespeichert wird, damit er bei Bedarf genutzt werden kann.

Wie wähle ich die richtige Größe für mein System?

Für die meisten Menschen reicht ein System mit 100–200 W in einem Wohnmobil, einer Hütte oder einem Boot aus.
Man kann davon ausgehen, dass ein 100-W-Panel an einem normalen schwedischen Sommertag durchschnittlich etwa 400 Wh produziert.

Um Ihr System genauer auf Ihre Bedürfnisse abzustimmen, sollten Sie die Leistung Ihrer Stromverbraucher sowie den täglichen Gesamtstromverbrauch ermitteln (
).

Rechenbeispiel Verbrauch / Tag

–Fernseher 20”20 W x 2 h =40 Wh

–BeleuchtungLED 5 x 3 W x 6 h =90 Wh

–Handy-Ladegerät5 W x 3 h =15 Wh

–Kaffeemaschine 200 W x 0,5 h =100 Wh

–Kühlschrank75 l 18 W x 24 h =432 Wh

–Lüfter40 W x 2 h =80 Wh

Gesamt: 757 Wh

Basierend auf dem obigen Beispiel sind für das System Solarzellen mit einer Gesamtleistung von 200 W erforderlich.

Wenn wir gemäß dem Rechenbeispiel den Kühlschrank ausschließen, der in diesem Zusammenhang der größte Verbraucher ist, kommen wir mit der Installation einer 100-W-Platte gut zurecht.

Beachten Sie, dass das obige Beispiel auf der Annahme basiert, dass der Stromverbrauch an allen Wochentagen relativ gleichmäßig ist. Gehören Sie zu denjenigen, die ihren Wohnwagen oder ihr Boot nur an einigen Tagen in der Woche nutzen? Dann kann es vorteilhaft sein, eine etwas kleinere Solaranlage und eine etwas größere Batterie zu installieren, um den Strom zu „speichern“, der an den anderen Tagen der Woche produziert wird, an denen kein Strom verbraucht wird.

Tipp:

Wenn Sie ohnehin die Verbraucher in Ihrem Wohnmobil, Boot oder Ferienhaus überprüfen, fragen Sie sich doch einmal, ob es vielleicht an der Zeit ist, ein Gerät oder eine Lampe durch ein energiesparenderes Modell zu ersetzen.

Beispiel Beleuchtung:

LED-Lampe 5 x 3 W x 6 h =90 Wh

Herkömmliche Glühlampe 5 x 30 W x 6 h =900 Wh!!!

Der Wechsel von Glühbirnen zu LED-Lampen ist heute relativ günstig und eine sehr gute Investition, falls Sie dies noch nicht getan haben.

Welche Art von Solarmodul sollte man wählen? 

Heutzutage gibt es eine Vielzahl verschiedener Hersteller von Solarzellenmodulen mit unterschiedlicher Leistung, Preis und Qualität. Im Wesentlichen werden Solarzellenmodule je nach ihrer Herstellungsweise in monokristalline, polykristalline und Dünnschichtmodule unterteilt. 

Monokristallin

Diese Solarzellen sind die effizientesten auf dem Markt. Sie haben eine schwarze Farbe und bestehen aus einfachen Siliziumkristallen, deren Herstellung etwas teurer ist als die von polykristallinen Zellen. Der Wirkungsgrad ist jedoch höher und liegt normalerweise zwischen 16 und 18 %. Einige Fabrikate können einen Wirkungsgrad von bis zu 19 % erreichen. Monokristalline Zellen schneiden auch bei bewölktem Wetter und schwächeren Lichtverhältnissen etwas besser ab als polykristalline Zellen.

Polykristallin

Diese Solarzellen sind an ihrer bläulichen Farbe zu erkennen und bestehen aus zusammengesetzten Siliziumkristallen. Der Wirkungsgrad dieser Art von Solarzellen liegt bei etwa 13–15 %.

 Amorphe Dünnschichtmodule

Die dritte Art von Solarzellenmodulen sind sogenannte amorphe Dünnschichtmodule, die biegsam sind und den Vorteil haben, dass sie bei Bedarf direkt auf dem Untergrund montiert werden können. Der Nachteil ist jedoch, dass ihr Wirkungsgrad bei bescheidenen 6–8 % liegt, sodass im Vergleich zu einem polykristallinen oder monokristallinen Modul eine deutlich größere Fläche erforderlich ist, um die gleiche Leistung zu erzielen.

Halb-flexible Platten

Der vierte Typ von Solarzellenmodulen ist ein relativ neuer Modultyp, der als semiflexibles Dünnschichtmodul mit monokristallinen Siliziumzellen bezeichnet wird. Die semiflexiblen Module von Sunlux verwenden Sunpower-Zellen mit einem Wirkungsgrad von unglaublichen 21,5 %, wodurch ein Modul mit geringer Fläche und geringem Gewicht entsteht. Sehr effizient auch bei bewölktem Wetter. Der Modul kann außerdem um bis zu ca. 30 % gebogen werden, sodass er auch für die Montage auf gewölbten Flächen geeignet ist. Der Modul wird mit Sikaflex 252 direkt an der Außenkante auf den Untergrund geklebt.

Welche Funktion hat der Laderegler und worin unterscheiden sich die verschiedenen Regler?

Der Laderegler ist ein wichtiger Teil deines Systems und sorgt dafür, dass die Batterien kontrolliert und effizient geladen werden. Ein Solarmodul für ein 12-V-System liefert bei voller Sonneneinstrahlung etwa 17–18 V, und die Batterie braucht zum Laden eine Spannung von 13,6–14,4 V. Der Grund für diesen großen Spannungsunterschied liegt darin, dass das Modul auch bei bewölktem Wetter und schwächeren Lichtverhältnissen eine ausreichend hohe Spannung erreichen muss, damit die Batterie geladen werden kann.

Die Hauptaufgabe der Regulierungsbehörde besteht darin:

– Regulieren Sie die Spannung vom Solarpanel auf die richtige Ladespannung, je nach Batterietyp.

– Schützen Sie den Akku vor Überladung.

– Verhindern Sie nächtliche Rückflüsse.

– Schützen Sie die Batterie vor Tiefentladung.

Einige Regler verfügen auch über eine Reihe zusätzlicher Funktionen, mit denen Sie beispielsweise eine zeitgesteuerte Lichtsteuerung für Beleuchtungsanlagen programmieren können. An die meisten Regler können Sie auch Displays anschließen, die den aktuellen Ladezustand, den Batteriestatus und die Historie der Stromerzeugung in Ihrem System anzeigen. Viele Modelle verfügen auch über eine temperaturkompensierte Ladefunktion, was bedeutet, dass die Ladespannung je nach Batterietemperatur feinjustiert wird, um den Ladevorgang weiter zu optimieren.

Zwei Haupttypen von Ladereglern: PWM und MPPT.

Sowohl PWM- als auch MPPT-Regler sind mit denselben Grundfunktionen für Solarzellensysteme erhältlich. Was die beiden Technologien unterscheidet, ist ihre Effizienz bei der Regulierung der höheren Eingangsspannung auf die richtige Ladespannung für die Batterie.

PWM-Regler (Pulse Width Modulation) sind seit vielen Jahren die gängigste Art von Ladereglern in Solaranlagen. Die Technik ist einfach und zuverlässig, und die in diesen Reglern verwendeten Komponenten sind relativ einfach und kostengünstig herzustellen. PWM-Regler regulieren die Spannung, indem sie schnelle Ladepulse an die Batterie senden. Der Regler misst gleichzeitig den Ladezustand und regelt die Impulse entsprechend. Je höher der Ladezustand des Akkus, desto kürzer werden die Ladeimpulse. Diese Art der Ladesteuerung sorgt dafür, dass die Akkus auf kontrollierte Weise vollständig geladen werden, ohne dass die Gefahr einer Überladung besteht. Der Regler kann die Batterien auch auf unbestimmte Zeit in einem vollgeladenen Zustand („Erhaltungsladung“) halten. Der PWM-Regler ist ein sehr zuverlässiger Regler.

Die neueste und effizientere Ladetechnik heißt MPPT, was für Maximum Power Point Tracking steht. Die Steuereinheit in einem MPPT-Regler ist so aufgebaut, dass sie Überspannung (V) in einen höheren Ladestrom (A) umwandeln kann. Genau dadurch hat der MPPT-Regler einen Vorteil gegenüber dem PWM-Regler.

Wie funktioniert ein MPPT-Regler und warum laden diese besser als PWM?

Die meisten Solaranlagen verwenden 12-Volt-Batterien. Solarmodule liefern jedoch unter bestimmten Lichtverhältnissen deutlich mehr Spannung als zum Laden der Batterien erforderlich ist. Bei starker Sonneneinstrahlung zur Mittagszeit kann die Spannung etwa 17–18 V (je nach Modul) betragen. Die Batterie sollte beim Laden jedoch nicht mehr als etwas über 14 V haben. Daher entsteht ein Verlust, wenn die Spannung vom Modul in die richtige Ladespannung für die Batterie umgewandelt wird. Der MPPT-Regler reguliert stattdessen die Spannungsdifferenz, um einen höheren Ladestrom zur Batterie weiterzuleiten.

Der Unterschied in der Effizienz variiert je nach den aktuellen Sonnenverhältnissen zwischen etwa 10 und 30 %. Da der MPPT-Regler eine höhere Spannung in einen höheren Strom umwandeln kann, ist es auch möglich, mit in Reihe geschalteten Modulen eine höhere Eingangsspannung zum Regler zu erzielen, was zu einem geringeren Leistungsverlust in den Kabeln führt. Der MPPT-Regler besteht aus mehreren und technisch anspruchsvolleren Komponenten als der PWM-Regler, wodurch er etwas teurer ist, aber dafür den Vorteil einer um 10 bis 30 % höheren Ladeleistung im Vergleich zu einem PWM-Regler bietet.

Duo-Regler

Auf dem Markt gibt es auch sogenannte Duo-Regler. Der Regler ist im Grunde ein PWM- oder MPPT-Regler mit einem eingebauten Relais, das den Ladestrom auf zwei Batterien verteilt. Diese Regler werden verwendet, wenn zwei separate Batterien von ein und demselben Regler geladen werden müssen. Dies ist eine sehr gute Lösung, wenn Sie zwei Batterien mit unterschiedlicher Kapazität und unterschiedlichem Alter haben. Es ist auch eine gute Lösung, wenn man eine Starterbatterie und eine Wohnraumbatterie hat, bei denen man unterschiedliche Prioritäten für die Ladung haben möchte. Der Regler kann beispielsweise so eingestellt werden, dass 30 % des Ladestroms an Batterie Nr. 1 und 70 % des Ladestroms an Batterie Nr. 2 abgegeben werden. Der Regler kann auch so eingestellt werden, dass zuerst Batterie 1 vollständig geladen wird und dann mit dem Laden von Batterie Nr. 2 begonnen wird.

Wenn Sie bereits über einen herkömmlichen Regler vom Typ PWM oder MPPT verfügen, können Sie anstelle eines Duo-Reglers auch ein separates Verteilungsrelais anschließen, um den Ladestrom auf zwei verschiedene Batterien mit separaten Verbrauchern zu verteilen.

Benötige ich ein separates Display für den Laderegler und welche Funktion hat dieses?

Das Fernanzeigegerät ist ein optionales Zubehörteil, das für die meisten Laderegler im Sunlux-Sortiment erhältlich ist. Mit einem an den Laderegler angeschlossenen Fernanzeigegerät können Sie detaillierte Betriebsinformationen Ihres Systems ablesen. So erfahren Sie, wie effizient die Solarzellen laden, welche Spannung Ihre Batterie hat usw. Sie können auch die Produktionshistorie ablesen, d. h. wie viel Energie das System im Laufe des Tages, der Woche oder des letzten Monats geladen hat. Das Fernanzeigegerät wird in der Regel an einer gut sichtbaren Stelle angebracht, wo es leicht abzulesen ist. So haben Sie die volle Kontrolle über das System und können sofort sehen, ob alles ordnungsgemäß funktioniert.

Wozu dient ein Temperatursensor und warum benötige ich einen solchen für den Regler?

Viele der heutigen Laderegler sind temperaturkompensiert. Das bedeutet, dass der Laderegler die Ladespannung je nach Batterietemperatur feinjustiert, damit der Ladevorgang so effizient wie möglich erfolgt. Eine kalte Batterie muss mit einer etwas höheren Spannung geladen werden als eine wärmere Batterie. Wenn der Temperatursensor angeschlossen ist, wird die Spannung daher etwas erhöht, damit die Batterie auch bei Kälte vollständig geladen wird. Wenn Sie sich dafür entscheiden, den Temperatursensor nicht anzuschließen, wird die Ladespannung auf eine Temperatur von 25 Grad geregelt.  Es ist daher auch möglich, einen Laderegler ohne Sensor zu installieren. Mit angeschlossenem Sensor erzielen Sie jedoch bei kalten Temperaturen eine effizientere Ladung. Der Sensor wird einfach an die Buchse des Reglers angeschlossen und die Sensorsonde neben der Batterie platziert.

Wie groß müssen die Batterien sein, damit das System gut funktioniert?

Bei Bleibatterien, d. h. Freizeitbatterien, Gel- und AGM-Batterien, kann man die Batterie zu etwa 50 % entladen, um eine schonende Entladung und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Eine 12-V-90-A-Batterie kann somit ca. 45 A liefern. Das bedeutet, dass 540 Wh = 0,54 kWh Strom in der Batterie gespeichert werden können. Wird die Batterie stärker entladen, verkürzt sich ihre Lebensdauer erheblich. Daher ist es wichtig, die Kapazität der Batterie/des Batteriebanks an die verfügbare Stromversorgung anzupassen.

Ein 100-W-Solarpanel erzeugt an einem durchschnittlichen Sommertag in Schweden etwa 400 Wh. Ein 90-A-Akku würde gemäß dem obigen Beispiel in etwas mehr als einem Tag vollständig aufgeladen werden.

Dies bietet Ihnen einen gewissen Spielraum, wenn Sie Strom für Tage mit schlechteren Wetterbedingungen speichern möchten, an denen die Solarzellen weniger Ladung liefern, gleichzeitig aber nicht möchten, dass die Batterie bereits zur Mittagszeit vollständig aufgeladen ist.  Bei der Installation eines 100-120-W-Solarpanels sollte man daher über eine Batteriebank von ca. 150-180 Ah verfügen. Zwei parallel geschaltete 75-90-Ah-Batterien sind in der Regel für die meisten Anwendungen ausreichend. Bei einer Parallelschaltung werden zwei identische Batterien desselben Typs, derselben Größe und desselben Alters empfohlen.

Sollten die Batterien unterschiedliche Größen/Typen/Altersstufen aufweisen, ist dies ebenfalls kein Problem, da ein sogenannter Duo-Regler oder ein Trennrelais verwendet werden kann.

Welcher Kabelquerschnitt ist zwischen dem Solarpanel und dem Laderegler erforderlich?   

Für ein gut funktionierendes System ohne unnötig hohe Stromverluste und Spannungsabfälle ist es wichtig, dass das verwendete Kabel über einen ausreichenden Querschnitt verfügt. Die Wahl des Kabelquerschnitts hängt zum einen von der Länge des Kabels und zum anderen von der Stromstärke ab, die das Panel erzeugt.

In der folgenden Tabelle finden Sie die empfohlene Mindestfläche, die Sie unter Berücksichtigung von Leistung, Systemspannung und Kabelabstand verwenden sollten.

12-Volt-System:

24-Volt-System:

Was wird für eine vollständige Installation benötigt?

Was für ein funktionierendes Off-Grid-System benötigt wird, hängt davon ab, wo das System installiert werden soll und welche Voraussetzungen für die Montage bereits gegeben sind. Wenn bereits ein Stromsystem mit zugehöriger Batterie/Batteriebank vorhanden ist, wird Folgendes benötigt:

– Solarpanel

– Befestigungshalterung für das Solarpanel sowie geeignete Schrauben/Befestigungskleber

– Laderegler 

– Eventuell Fernanzeige zum Auslesen von Betriebsinformationen (optionales Zubehör)

– Temperatursensor (optionales Zubehör – sorgt für effizienteres Laden)

– Kabel zwischen Solarmodul, Laderegler und Batterie

– Sicherung für das Pluskabel zwischen Laderegler und Batterie

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