Mobil Sonnenenergie nutzen E-Book

Stephan Wellnitz

• Herausgeber: tredition
• Kategorie: Lebensstil
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 166

Veröffentlichungsjahr: 2021

Beschreibung

Von einem Praktiker für den interessierten Laien und für den erfahrenen Nutzer geschrieben, stellt dieses Buch Informationen, Hilfestellungen und wertvolle Tipps zum Aufbau und zur Nutzung mobiler Solarstromanlagen zur Verfügung. So können auch neue Anwender die Anleitung zum Aufbau der eigenen Anlage nutzen und Antworten auf Fragen finden sowie wichtige Kaufentscheidungen fundiert vorbereiten. Fachbegriffe der Photovoltaik und der Speicherung elektrischer Energie zur mobilen Nutzung werden verständlich erklärt. Diese Praxisanleitung wird Ihnen dabei helfen, teure Fehlentscheidungen und Fehler bei Ihrem DIY Projekt zur Mobilen Solarstromversorgung zu vermeiden. Es zeigt Ihnen auch den Weg zur Nutzung Ihrer Mobilen Stromversorgung als Solarstromkraftwerk für zu Hause - Ihr Wohnmobil wird zum Kraftwerk.

Leseprobe

Stephan Wellnitz

Mobil Sonnenenergie nutzen

Ihr Weg in die Autarkie

© 2021 Stephan Wellnitz

Umschlaggestaltung, Illustration: Stephan Wellnitz

Lektorat, Korrektorat: Stephan Wellnitz

Verlag & Druck: tredition GmbH, Halenreie 40-44, 22359 Hamburg

ISBN Hardcover:

978-3-347-37695-3

ISBN Paperback:

978-3-347-37694-6

ISBN E-Book:

978-3-347-37696-0

Das Werk, einschließlich seiner Teile, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung ist ohne Zustimmung des Verlages und des Autors unzulässig. Dies gilt insbesondere für die elektronische oder sonstige Vervielfältigung, Übersetzung, Verbreitung und öffentliche Zugänglichmachung.

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Elektrizität kann gefährlich sein.

Bitte verwenden Sie Ihren gesunden Menschenverstand und praktische Sicherheitsüberlegungen während der Arbeit an einem elektrischen System. Der Autor ist nicht verantwortlich oder haftbar für Schäden, die durch die Nutzung der in diesem Buch bereitgestellten Informationen entstehen.

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Inhaltsverzeichnis

Elektrotechnik für Anfänger

Elektrizität messen

Verschalten: Seriell oder Parallel

Überblick über wesentliche Komponenten einer mobilen Solaranlage

Lithiumbatterien

Methoden zur Bestimmung der Größe einer mobilen Solaranlage

Buy it yourself

Schnelle Methoden

Bedarfsgerechte Methode

Überlegungen zur maximal sinnvollen Solarmodulleistung für eine Batteriebank

Festlegung der mindestens erforderlichen Solarmodulleistung für eine Batteriebank

Weitere Tipps zur Festlegung der Größe

Bestimmung der Größe des Solarladereglers

Komfort bei der Ausstattung

Überlegungen zu Verlusten, zur Effizienz

Weitere Überlegungen

Auswahl der Komponenten für die Solaranlage

Auswahl der Batterie

Auswahl der Solarmodule

Auswahl des Solarladereglers

Andere Funktionen eines Solarladereglers, auf die Sie achten sollten

Auswahl des Wechselrichters

Auswahl der Kabel

Messung der Batteriezustände – wieviel „Strom“ habe ich noch?

Auswahl der Sicherungen und Sicherungshalter

Weitere Stromquellen

Die Installation einer Solaranlage

Installation einer Batteriebank

Installation der Solarladeregler

Installation der Solarmodule

Sicherheit während und nach der Montage

Aufstellen der Solarmodule oder feste Montage

Lüstern Klemmen, Schrauben, Löten oder Pressen

Pressvorgang

Verbinden Sie alle Batterien und die Hauptsicherung

Verbinden Sie die Solarladeregler mit der Batteriebank

Verbinden Sie einzelne Solarmodule zu einem Solarmodulfeld

Montieren Sie die Dachdurchführung für die Kabel der Solarmodule

Verbinden Sie den Wechselrichter und den Sicherungsblock mit der Batteriebank

Installieren Sie den Sicherungsblock

Installieren Sie den Wechselrichter

Installieren Sie Batterie Computer oder Batterie Monitor

Fügen Sie weitere 12 Volt Geräte hinzu

Verwenden Sie XT-60 Verbindungen

Betreiben Sie ein Laptop oder Tablet ohne Wechselrichter

Laden Sie Ihre e-Bikes direkt von der Solaranlage

Reduzieren Sie den Stromverbrauch Ihres Fahrzeugs

Beleuchtung

Geräte

Schalter

AES – Automatische Energiequellenauswahl

Verhalten

Elektrisches Kühlen und Heizen im Fahrzeug

Fahrzeugkühlung mit Strom

Fahrzeugheizung mit Strom

Weitere Methoden

Nutzung von DC/DC Spannungswandlern

Hinzufügen von Haushaltsgeräten (230 V AC)

Smart Home im Wohnmobil

Solaranlagen-Wartungsplan

Weitere Punkte, die zu beachten wären

Ihr Wohnmobil als Kraftwerk für zuhause

Internet im Fahrzeug, immer und überall

Ausblick

Hybrid – Solarmodule

Notstromversorgung für Ihr Haus

Drehstromlademöglichkeit für Ihr Wohnmobil

48 Volt Speicher im Wohnmobil

Wohnmobil als Speicher einer Haussolaranlage

Wohnmobil zum Laden Ihres Elektrofahrzeuges verwenden

Elektrotechnik für Anfänger

Bei all unseren Betrachtungen interessiert uns Leistung, genaugenommen die elektrische Leistung. Sie besteht aus zwei elektrischen Komponenten, wenn eine fehlt, ist keine Leistung mehr da – und es passiert nichts.

Sie müssen sich nur eine Formel merken, dann verstehen Sie sehr schnell die Zusammenhänge.

Elektrische Leistung besteht aus elektrischer Spannung und elektrischem Strom. Fehlt eine Komponente davon, wird keine Leistung erbracht. Über die Zeit geliefert, wird aus elektrischer Leistung die elektrische Energie.

Elektrische Energie wird entweder erzeugt oder gespeichert, oder transportiert, oder umgewandelt (verbraucht). Man kann auch von Elektrizität sprechen, ohne dass der Fehler zu groß wäre.

Ein Solarmodul wird elektrische Energie aus Licht erzeugen, eine Batterie wird elektrische Energie speichern und eine Reihe von Geräten werden elektrische Energie verbrauchen.

Elektrizität wird in Kabeln oder Leitern transportiert, um die Energie von einem Ort an den anderen zu übertragen. Für unsere Betrachtungen sind immer zwei Kabel erforderlich, um elektrische Energie von einem Ort zum anderen zu übertragen. Entfernungen werden schnell doppelt so lang, weil Hin- und Rückweg benötigt werden.

Elektrische Energie kann auf zwei Arten übertragen werden:

Gleichstrom (DC: Direct Current): Der Stromfluss ist direkt und fließt wie ein Fluss. Er kommt in einem Kabel und fließt in dem zweiten Kabel zurück. Ein Kabel ist positiv, ein Kabel negativ. Die Unterscheidung des positiven und des negativen Kabels wird die Polarität genannt und bezieht sich auf die elektrische Ladung, die in den Drähten vorhanden ist, die verwendet werden, um die elektrische Energie zu übertragen.

Wechselstrom (AC: Alternating Current): Im Gegensatz zu Gleichstrom fließt der elektrische Strom in einem Wechselstromkreis nicht in eine Richtung, sondern er schwingt hin und her, um Energie zu transportieren. Stellen Sie sich vor, wie Meereswellen Energie über große Entfernungen übertragen können, ohne das Wasser selbst zu transportieren. Es gibt kein positives oder negatives Kabel in einem Wechselstromkreis, sondern die Polarität oder elektrische Ladung in den Drähten wechselt ständig.

Wechselstrom ist über große Entfernungen effizienter zu transportieren als Gleichstrom, aber Gleichstrom ist dann erforderlich, wenn Sie planen, die Energie in einer Batterie zu speichern. Geräte können zur Nutzung von Gleichstrom oder Wechselstrom entwickelt werden. Einige Motoren und Leuchten können mit Wechselstrom betrieben werden, aber die meisten Wechselstromgeräte (z.B. TV, Radio, Router) verwandeln den Wechselstrom intern in Gleichstrom, der vielseitiger nutzbar ist.

Wechselstrom ist also ideal für die Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen, und Gleichstrom hingegen ist vielseitig und einfach zu verarbeiten.

In einer Solarstromanlage erzeugen Solarmodule Gleichstrom, der durch 2 Kabel fließt und in einer Batterie gespeichert wird.

Gleichstrombetriebene Verbraucher werden auch mit 2 Kabeln an die Batterie angeschlossen, so dass sie die gespeicherte Energie aus der Batterie verbrauchen und eine (andere) Leistung (z.B. Licht, Lärm oder heißen Kaffee) erbringen können.

Wenn Sie planen, AC-Verbraucher (z.B. Espresso-Maschine oder Induktionskochfeld) mit einer DC-Batterie zu versorgen, müssen Sie DC-Strom mit einer Komponente namens Wechselrichter (Inverter) in AC-Strom umwandeln. Dazu später mehr.

Verschalten: Seriell oder Parallel

Jetzt, da Sie Volt und Ampere verstehen, können wir verschiedene Konfigurationen der Verkabelung durchgehen:

In Serie:

das ist eine Reihenschaltung. Verbinden Sie das negative Kabel einer Komponente mit dem positiven Kabel einer anderen Komponente. Sie haben dann ein freies positives und ein freies negatives Kabel dieser Kombination.

In einer Reihenschaltung erhöht sich die Spannung, aber die Stromstärke ändern sich nicht. Die Wattstundenzahl bei Batterien erhöht sich nicht. Bei Solarmodulen hingegen addieren sich die Leistungen. (2 100 Wp Module in Reihe sind 200 Wp bei doppelter Spannung und demselben Strom.

Parallel:

das ist eine Parallelschaltung. Verbinden Sie das negative Kabel einer Komponente mit dem negativen Kabel einer anderen Komponente und das positive Kabel mit dem positiven Kabel einer anderen Komponente. Alle Pole sind miteinander verbunden und es gibt kein freies Kabel.

In einer parallelen Konfiguration gleicher Komponenten ändert sich die Spannung nicht, aber die Stromstärke erhöht sich. Bei Batterien addieren sich die einzelnen Wattstundenzahlen, weil die Spannung gleichbleibt, aber die Ströme sich addieren.

Sie müssen sich diese Konfigurationen jetzt nicht merken. Halten Sie einfach fest, dass Sie die Spannung und die Stromstärke eines Systems ändern können, indem Sie diese auf verschiedene Weisen verkabeln. Mehr dazu später.

Überblick über wesentliche Komponenten einer mobilen Solaranlage

Hier sollen die wesentlichen Komponenten vorgestellt werden, die für die typische Anwendung in einem 12Volt Fahrzeug, Camper oder Boot zum Einsatz kommen.

Solarmodul:

Erzeugt Strom mit Sonnenlicht. Die robuste Konstruktion ermöglicht es Solarmodulen draußen Hitze, Druck, Regen, Schnee, Fahrtwind und mehr zu widerstehen. Ein typisches 12-Volt-Solarmodul erzeugt 17-24 Volt (Voc) (typischerweise 20 Volt).

Batteriebank:

Speichert Strom, der durch Solarmodule erzeugt wird. Die meisten Batteriebanken für Fahrzeuganwendungen werden 12 Volt betragen. Sie können 6/24/48 Volt Batteriebänke verwenden, aber 12 Volt ist am häufigsten zu finden.

Solarladeregler:

Lädt die Batteriebank mit Strom, der durch die Solarmodule erzeugt wird. Solarmodulstrom ist für die meisten Anwendungen nicht direkt nutzbar, da er ständig variiert, abhängig von der momentanen Einstrahlung. Der Solarladeregler nimmt die ständig wechselnden 0-24 Volt, die von den Solarmodulen produziert werden, und erzeugt eine konstante Spannung, die geeignet ist, eine 12-Volt-Batteriebank aufzuladen, die typischerweise 12,8-14,6 Volt beträgt. Es gibt zwei Arten von Solarladereglern: PWM (Pulsweitenmodulation) und MPPT (Maximum Power Point Tracking). Wir werden diese Details später behandeln.

Gleichstrom - Verbraucher:

diese verbrauchen letztendlich den Strom, den Ihr System erzeugt. Dies können LED-Leuchten, USB-Ladegeräte, Stereoanlage, Mikrowellengeräte, Computer, Backup-Monitore, Sitzheizungen und vieles mehr sein.

Kabel:

Verbindet alles miteinander. Ein zentraler und oft übersehener Bestandteil einer Solarstromanlage.

Sicherungen:

macht den Betrieb der Anlage sicher und schützt vor Schmorbränden.

Andere Komponenten:

Wechselrichter:

Auch Inverter genannt, wandelt 12 Volt Gleichstrom in 230 Volt Wechselstrom um. So können Sie herkömmliche Wechselstromgeräte an Ihre Gleichstrom-Solaranlage anschließen.

Batteriemonitor:

Zeigt den elektrischen Zustand Ihres Systems an. Sie können die aktuelle Batteriebankkapazität, die Last (wie viel Strom verbraucht wird) und mehr ablesen.

Batteriewächter (Battery Protect):

Einstellbare elektronische Komponente, die Ihre Batterien vor zu starker Entladung oder zu hoher Ladespannung schützen kann. Normalerweise sind die Batteriewächter einstellbar für Ihr System und die verwendete Batterie – Art.

Alternative Energiequellen:

Es gibt weitere Möglichkeiten, 12-Volt-Strom zu erzeugen. Die häufigsten sind Benzingeneratoren, Lade-Booster (mit der Lichtmaschine Ihres Fahrzeugs oder Bootes als Generator), sowie Windkraftanlagen oder Landstromanschluss und Batterieladegeräte. Auch Solarkoffer oder Solartaschen oder Brennstoffzellen kommen zum Einsatz.

Lithiumbatterien

Blei Säure Batterien kommen in Fahrzeugen zum Einsatz, seit Verbrennungsmotoren elektrisch gestartet werden sollen. Das ist auch Ihr Hauptzweck: für sehr kurze Zeit sehr große Ströme bereitstellen. Früher in 6 Volt und heute in 12 Volt für PKW, 24 Volt für LKW und höheren Spannungen für spezielle Anwendungen.

Es gibt sie in vielen verschiedenen Formen, offen oder geschlossen, AGM oder Gel oder Taxibatterien oder auch mit dem Aufkleber „Solar“. Allen gemeinsam ist jedoch, dass sie für eine Solaranlage nicht wirklich geeignet sind. Sie „sterben“ daher nach relativ wenigen Lade- Entladezyklen (typischerweise 500 bis 1000 Zyklen) und müssen ersetzt werden.

Blei Säurebatterien bestehen aus sechs (12 bei 24V) einzelnen Zellen (Sie erkennen sechs oder 12 Nachfüllstutzen), die jeweils 2,2 Volt liefern können. In Reihe geschaltet also typisch 13,2 Volt (vollgeladen). Die meisten Wohnmobilwohnbereiche nutzen diese 12 Volt Batterien und haben daher 12 Volt Geräte, auch der After Sales Markt für Zubehör ist riesig.

Lithiumbatterien treten in vielen Formen und Größen auf, vom Handyakku bis hin zur Weltraumanwendung. Für Wohnmobile und Boote hat sich die Chemie der Lithium Eisen Phosphor Batterie (LiFePo4) durchgesetzt. Es gibt auch andere Lithiumbatterien, zum Beispiel NMC oder mit Yttrium oder Titan dotierte Lithiumbatterien. Diese sind teurer und haben andere elektrische Eigenschaften. Sie sind für Wohnmobilanwendungen ungeeignet und kommen zum Beispiel in einigen Powerstations und in Elektrofahrzeugen (Electric Vehicle EV) oder auf dem Mars zum Einsatz.

In diesem Buch bedeutet Lithiumbatterie, dass es sich um eine LiFePo4 Batterie handelt. Diese bestehen aus einzelnen Zellen, die jeweils 3,2 Volt liefern, also vier in Serie (oder parallel geschaltete Zellen zu jeweils vier in Reihe) liefern dann 12,8 Volt, also eignen sie sich für vorhandene 12 Volt Installationen und den After Sales Markt für 12 Volt Zubehör. Sie haben eine Reihe von Vorteilen und eine Reihe von Nachteilen für den Endanwender. Im Verlaufe des Buches werde ich einige ansprechen.

Wenn Sie also Blei Säure Batterien ersetzen müssen, dann wechseln Sie auf Lithiumbatterien. Die Lebensdauer der Lithiumbatterien ist um ein Vielfaches höher und Sie bekommen die Batterien heute problemlos mit 5 oder 10 Jahren Garantie zu kaufen. Der im Vergleich höhere Anschaffungspreis wird durch die „besseren“ Eigenschaften mehr als ausgeglichen. Hierzu zählt insbesondere die Lebensdauer von 3000 bis 8000 Zyklen, bevor die Kapazität merklich nachlässt.