Site Network: Lady Grey | Sandfloh 1+2 | Gästebuch | Impressum | History | Der Autor | Suche+Sitemap |

WASP®-System der Lady Grey:

nach oben WASP®:

Schon auf dem Sandfloh 2 sorgten Solarmodule für den notwendigen - und kostenlosen - Strom. Für die Lady Grey habe ich mich ganz besonders ins Zeug gelegt - und ein Energiesystem zusammengestellt, das auch hohe Erwartungen an Autarkie (wie die meinen) befriedigen kann. Herausgekommen ist das WASP-System.

Fotovoltaikanlage WASP steht für "Wind And Solar Power" und umfasst die gesamte elektrische Energieversorgung der Lady Grey. Inzwischen müsste ich eigentlich das 'WA' streichen, da ich mich nach eingehenden Praxistests gegen eine Windmühle an Bord der Lady Grey entschieden habe. Bleibt genau genommen nur ein SP-System, aber wie klingt denn das? Und der Begriff SPSINFO steht in meinem früheren beruflichen Umfeld für etwas völlig anderes! Also werde ich den Begriff WASP weiterführen. Die Möglichkeit, einen Windgenerator oder eine Brennstoffzelle an das bestehende System anzubinden, besteht ja weiterhin!

Kernstücke von WASP sind:

  • Effiziente, aufstellbare, dabei einfach konstruierte Fotovoltaikanlage,
  • flexible, zyklentaugliche Doppelbatterieanlage,
  • Möglichkeit zum Anschluss eines Windgenerators und einer Brennstoffzelle,
  • intelligentes Batterie- und Lastmanagement.


Das Knattern eines benzin- oder gasbetriebenen Generators
gehört damit endgültig der Vergangenheit an!


nach oben Blockschaltbild

Als Erstes will jeder Elektriker natürlich ein Blockschaltbild sehen:

Schaltbild E

Auch wenn es kompliziert aussieht: im Grunde ist's ganz einfach: Oben kommt der Strom rein: Solargenerator, Netzladegerät, Motorgenerator, evtl. Windgenerator, evtl. Brennstoffzellen. Unten wird der Strom verbraucht: Kühlschrank, Heizung, wichtige Verbraucher und weniger wichtige Verbraucher. Dazwischen ein paar Drähte, Schalter und Kupferbalken (Sammelschienen), über die alles verbunden ist und gesteuert werden kann. Wie gesagt, im Grunde ganz einfach!


nach oben Technische Daten

WASP Grunddaten Elektrik
Nennspannung 12Vdc (10,5V ... 14,3V)
Batteriekapazität 2 x 180 Ah - zyklenfeste Bleibatterien; nicht parallelgeschaltet
Leistung Solaranlage 3x 110Wp hochstellbar (2Q); früher 3 x 85Wp nachführbar (3D)
Haupt- und Unterverteilungen Doppelschienensystem mit industrieüblichen Hochstromautomaten (ABB S271); Eigenbau auf Grund der Sonderanforderungen
Energie-/Verbrauchersteuerung 8 x bistabile Leistungsrelais (auch handbedienbar);
Steuerung über 'BASIC TIGER' der Fa. Wilke, Aachen
Laderegler (Solar und B2B) 2 x VOTRONIC MPP 320 DUO; temperaturgeführt
identische Type für Solargenerator und B2B (Motorgenerator); mit Ladeerhaltung Zweitbatterie
Laderegler (Netz) 1 x MOBILE TECHNOLOGY MT1230 DUO Automatik
12V, 30A, temperaturgeführt; mit Ladeerhaltung Zweitbatterie
(Sinus-)Wechselrichter (Inverter) 1x MOBILE TECHNOLOGY MT-1000-Si; 1000W Dauerleistung
'Landeinspeisung' (Netz) automatische Spannungswahl 110/230Vac; Ringkern-Isoliertransformator (2kW); Einschaltstrombegrenzung; automatische Lastbegrenzung bei 1,0kW ('Loadshedding') bei Inverter-Betrieb

WASP Daten 2Q-hochstellbare SolaranlageINFO
Solargenerator 3 x BÜTTNER BLACKLINE MT SM 110 MC, monokristallin, 72 (!) Zellen (Mulicell-Technologie)
PN = 110Wp, Ip = 6,6Adc, U0 = 25,6Vdc, m = 9,0kg
Abmessungen Solarmodule (B x L x H) 3 x 1215 x 530 x 33 (+25) mm
Aufstellwinkel ca. 15° ... 70° zur Horizontalen; über Gurtarretierung verstellbar
Drehbereich mechanisch / elektrisch manuell hochklappbar nach zwei Fahrzeugseiten (2Q);
Nennspannung Solargenerator 3 x 12 Vdc, Parallelschaltung, MPPINFO-Betrieb

WASP Daten 3D-nachführbare SolaranlageINFO
Solargenerator 3 x BP Solar, Typ BP580F, monokristallin,
PN = 80Wp, Ip = 4,4Adc, U0 = 22,0Vdc, m = 7,5kg
Abmessungen Drehtisch (B x L x H) 1200mm x 1900mm x 80mm
Aufstellwinkel ca. 15° ... 70° zur Horizontalen
Drehbereich mechanisch / elektrisch +/- 180° / +/- 170°
Drehrichtung cw (im Uhrzeigersinn) und ccw (entgegen Uhrzeigersinn), abhängig von Befehlsgabe bzw. Sonnenlauf
Nennspannung Solargenerator 3 x 12 Vdc, Parallelschaltung
Steuerspannung 12 Vdc
Stromaufnahme im eingeklappten Zustand 0mA
Stromaufnahme ohne Drehung 35 .. 50 mA
Stromaufnahme bei Drehung max. 300 mA
Schrittweite Drehung (Tracking Modus) 10°
Befehlsdauer pro Schritt 1,2 s typ.
Zeit für volle Umdrehung 60s typ.
Laufzeit des Stellmotors pro Tag 15 s / 30 s incl. morgendlichem Rückstellen
Energiebedarf für Drehung pro Tag 2,5 mAh typ (12 Schritte Tracking + 12 Schritte Morning Rewind
- Blockschaltbild Steuerung: Schaltbild C
- Detaillierte Beschreibung der Solaranlage mitsamt Theorie und Steuerung: Technische Beschreibung: PDF file     Pflichtenheft Software: PDF file


nach oben Warum ist eine Nachführung / Aufstellung sinnvoll?

1. Ursachen für geringen Ertrag des Solargenerators

Viele Besitzer moderner Reisemobile statten ihre Fahrzeuge mit Solargeneratoren aus. Meist begnügen sie sich mit einem oder zwei Paneelen, das waagerecht aufs Dach montiert werden. Bei Verwendung der gängigen Halterungen gewährleistet dies eine einfache Montage sowie die wichtige Hinterlüftung der Paneele. Unabhängig davon, in welcher Himmelsrichtung das Fahrzeug unterwegs geparkt wird, garantieren flach liegende Module einen gleichbleibenden Energieertrag. Der ist allerdings oftmals weit von dem entfernt, was im Datenblatt als möglicher Ertrag angegeben ist. Und was der Nutzer damit stillschweigend erwartet EMOTICON.

Grafik Neben äußerst optimistischen, zum Teil auch verwirrenden, Angaben zum möglichen Ertrag eines Solargenerators in den Datenblättern der Hersteller liegt der tatsächlich erzielbare Ertrag erheblich darunter. Gerade in der kalten Jahreszeit (mit kurzen Tagen) oder bei Reisen in hohe Breitengrade (Nordkap) scheinen manche Solargeneratoren ihren Dienst fast völlig einzustellen. Die allzu oft leere Batterie - und der Frust der Reisenden - ist verständlich. PDF file Aber er ist bei waagerechter Modulmontage vorprogrammiert und liegt in der Physik der Sache begründet. In Dingen wie 'Einstrahlungswinkel' oder der 'Sonnenbahn'. Die theoretischen Details dazu möchte ich euch ersparen, bei Interesse könnt ihr sie hier links nachlesen.

Grafik Einfach ausgedrückt: wie wir aus unserer täglichen Beobachtung wissen, beschreibt die Sonne im Tagesverlauf einen großen Bogen (scheinbar) über den Horizont. Einen feststehenden (aufgeständerten und nach SüdenINFO ausgerichteten) Solargenerator treffen ihre Strahlen allenfalls einmal am Tag - gegen Mittag - im optimalen Auftreffwinkel. Zu allen anderen Zeiten treffen die Sonnenstrahlen irgendwie von der Seite auf den Generator - und der kann daraus nicht seine volle Leistung erbringen.

Einen waagerecht liegenden Generator treffen die Sonnenstrahlen allerdings nur dann im optimalen (senkrechten) Auftreffwinkel, wenn wir in den Tropen - und zur richtigen Jahreszeit - unterwegs sind: dort steht die Sonne mittags im Zenit, also direkt über uns - und bestrahlt den Generator optimal. Zu allen anderen Zeiten - und in allen anderen Gegenden der Welt - treffen die Sonnenstrahlen niemals in einem optimalen Winkel auf unseren liegenden Solargenerator! Der 'geringe Energieertrag' ist also völlig natürlich und unabdingbar!

Foto Europa Daher beschäftigen sich schon Generationen von Ingenieuren und Technikern mit Nachführsystemen für stationäre Solargeneratoren - bislang nicht wirklich erfolgreich. Wie wir sehen werden, ist die Lösung für unsere mobile Anwendung jedoch wesentlich einfacher!

2. Nachführung

Dem energetischen Mehrertrag durch die Nachführung steht - bei stationären Anlagen - immer ein deutlicher Mehrpreis für die notwendige Mechanik gegenüber. Für sonnenreiche Regionen (hoher Anteil an Direktstrahlung) wird in der Literatur ein erzielbarer Mehrertrag übers Jahr von 20 bis 40% gegenüber einer fest installierten Anlage angegeben. In mitteleuropäischen Gebieten mit einem hohen Anteil an diffuser Einstrahlung fällt der Mehrertrag dagegen deutlich geringer aus. Die nachfolgende Abbildung zeigt den Vergleich zwischen einer starren und einer nachgeführten Anlage an einem wechselnd bewölkten Tag.

Abb.1.8: Vergleich Energieertrag stationäre/nachgeführte Anlage

2.1. Stationäre Nachführungen

Die bisherigen am Markt erhältlichen Nachführungen für Solargeneratoren sind ausschließlich für den stationären Einsatz bestimmt. Dabei werden überwiegend größere Solargeneratoren von ein bis zwei Kilowatt Spitzenleistung oder mehr ausgerichtet, da sich hierbei der zu treibende mechanische Aufwand am ehesten amortisiert.

Abb.1.9a: Kommerzielles Nachführsystem Abb.1.9b: Kommerzielles Nachführsystem Ein Großteil der Nachführungen arbeitet mit vertikalen, leicht schräg stehenden Achsen, die eine gleichzeitige Änderung des Azimutwinkels und der Elevation mit einer einzigen Drehbewegung erlauben. Bei richtiger Berechnung des Anstellwinkels der Drehachse kann hier eine gute Ausrichtung über den Jahresverlauf erzielt werden, wobei eine vollständig korrekte Ausrichtung nur für wenige Tages des Jahres gegeben ist.

Die Nachführmechanismen arbeiten dabei entweder mit Stellmotoren und Getrieben (diese müssen u.a. der nicht unerheblichen Windlast standhalten) oder mit hydraulischen Nachstelleinrichtungen, die z.T. mit der Wärmeausdehnung eines Öls bei Sonnenbestrahlung operieren.

Bild Nachführung Generell steht bei stationären Anlagen die Forderung nach einer robusten Mechanik und entsprechenden Stellmotoren und -getrieben im Vordergrund. Die Anlagen müssen unbeaufsichtigt betrieben werden können und ausreichend robust sein, um auch Starkwindböen standzuhalten. Übliche Windgeschwindigkeiten zur Auslegung liegen bei 120 km/h mit Böen bis 160 km/h. Auf der Kostenseite müssen sie sich an einfachen Gestellen zur fixen Aufstellung des Solargenerators an einem festgelegten Standort messen lassen. Viele Errichter stationärer Anlagen entscheiden sich daher für eine fixe Aufständerung ohne Nachführung und nehmen den verursachten Minderertrag in Kauf.

2.2. Nachführungen für den mobilen Einsatz

Im mobilen Einsatz, also bei Montage des Solargenerators auf einem Fahrzeug sehen die Randbedingungen deutlich anders aus:

  • Geringes Platzangebot auf dem Fahrzeugdach; dadurch kann die gewünschte Leistung nicht durch Zubau beliebiger weiterer Module erbracht werden;
  • Solargenerator wird bislang überwiegend flach liegend montiert; daraus resultiert ein stark verringerter Energieertrag;
  • höherer Energiebedarf gerade bei schlechtem Wetter bzw. geringer Einstrahlung (Heizung, Licht); Forderung nach optimaler Ausbeute unter ungünstigen Einstrahlungsbedingungen; daraus resultiert wiederum die Forderung, den Generator zumindest aufstellen und grob ausrichten zu können;
  • ein unbeaufsichtigter Betrieb bei allen Wetterlagen ist nicht zwingend gefordert; bei Gefahr von starkem oder böigem Wind kann der Generator problemlos in der horizontalen Lage geparkt werden;

Abb.1.10 Abb.1.11 Wir sehen also, eine Ausrichtung bzw. Nachführung des Solargenerators im mobilen Bereich kann erheblich mehr Vorteile bringen als im stationären Bereich! Die beiden 'Kollegen' links und rechts haben das ganz richtig erkannt.

Wichtig zu erwähnen ist, dass es keine komplexe, zweiachsige Nachführung des Generators sein muss, um seinen Energie­ertrag merklich zu steigern! Eine einfache 'Aufständerung', d.h. das Hochklappen des/der Module aus der Waagerechten kann schon den wesentlichen Unterschied bringen. An praxisgerechten - und fernreisetauglichen - Aufständerungen für das Reisemobil fehlt es allerdings weiterhin. Eine ganz passable Möglichkeit für einzelne Module bietet www.gmb-mount.de an. Ansonsten sind nach wie vor Eigenbaulösungen gefragt.


nach oben 3D-Nachführung der Lady Grey

Foto Marokko Eine solche Eigenbaulösung ist die 3D-Nachführung der Lady Grey. Wie in der Einleitung beschrieben, habe ich mich als Energietechnik-Ing. natürlich ganz besonders ins Zeug gelegt, als es darum ging, die elektrische Energieversorgung der Lady Grey zu planen und zu bauen! Eine einfache, robuste und reisetaugliche Lösung der Stromversorgung durch Solarmodule stand natürlich an erster Stelle!

Die 3D-Nachführung ist eine speziell für die Bedürfnisse und Anforderungen in einem (größeren) Reisemobil konstruierte Anlage. Für kleinere Reisemobile (mit einem oder zwei PV-Modulen ausgestattet) ist sie weniger geeignet, für Reisemobile mit gekrümmtem Dach ist sie untauglich! Für größere Fahrzeuge, die Platz für drei oder mehr Module sowie eine ebene Auflagefläche bieten, ist sie sehr gut geeignet und kann an trüben Tagen oder in hohen Breitengraden bis zu 30% Mehrertrag einbringen.

Folgende Besonderheiten zeichnen sie aus:

  • Die Panele liegen im Ruhezustand flach auf dem Dach; Aufbauhöhe ca. 60 Millimeter;
  • Es wird keine komplizierte Aufständerung oder Sensorik benötigt;
  • Der 'Tisch' mit den Solarmodulen dreht sich um eine vertikale Achse, die auf dem Dach des Reisemobils verschraubt ist; er stützt sich auf einer kreisförmigen 'Laufbahn' auf dem Dach ab; damit entstehen keine Kippmomente, die das zentrale Lager belasten;
  • Foto Bayern Es erfolgt nur eine Nachführung um die vertikale Achse; der Tisch folgt dem Sonnenverlauf, die Elevation der Module (Winkel zur Horizontalen) bleibt über den Tag gleich;
  • Der Antrieb zur Drehung des Tisches erfolgt über einen simplen Reibradanrieb; der Energiebedarf zur Drehung ist vernachlässigbar;
  • Der Modultisch wird - unterstützt von zwei Gasdruckfedern - händisch aufgerichtet; ein Gurt erlaubt die Anpassung des Aufstellwinkels an Breitengrad und Jahreszeit;
  • Der 'Tisch' wird anfangs durch eine manuelle Verstellung auf die Sonne ausgerichtet;
  • Nach Umschaltung auf 'Automatikbetrieb' führt ein Reibradanrieb den Tisch dem Sonnenverlauf nach;
  • Eine Nachführung erfolgt nur, wenn die Sonne zehn Grad weitergewandert ist; dadurch geringster Stromverbrauch;
  • Foto Bayern Eine einfache Software steuert die Nachführung um die vertikale Achse aus den GPS-Koordinaten des aktuellen Standorts:
    - immer dann, wenn die Sonne um zehn Grad weitergewandert ist;
    - kurz vor Sonnenuntergang, um einen optimalen Einstrahlungswinkel am folgenden Morgen zu erreichen (Rücklauf);
    - bei Überschreitung der mechanisch zulässigen Drehwinkel;
  • Die Verriegelung des Tisches für den Fahrbetrieb erfolgt über ein Schubstangenschloss; Verschluss und Anheben der Module bei Inbetriebnahme kann durch die Dachluke erfolgen; man muss nicht aufs Dach klettern, um die Anlage in Park- oder Arbeitsposition zu bringen!

Die Anlage arbeitet über fünf Jahre »zu meiner vollen Zufriedenheit«, auch wenn gelegentlich an Mechanik - öfters noch an der Software - Nachbesserungen nötig sind. Schließlich handelt es sich einen Prototyp! Hätte ich heute noch einmal die Möglichkeit, eine komplett neue Anlage zu bauen, würde ich sie vermutlich ganz ähnlich gestalten! Das Prinzip hat sich gut bewährt und der Mehrertrag durch die Aufstellung war an einigen Tagen wirklich 'lebensrettend'.

Foto Chile Leider gibt es auch eine 'Kleinigkeit', die sich nicht besonders bewährt hat. Die schließlich den - unfreiwilligen und selbsttätigen - Ausbau der Anlage zur Folge hat! Nichts Fundamentales, eher - wie gesagt - eine Kleinigkeit, die in der Folgeversion optimiert werden sollte: das Verhalten in patagonischen Starkwindgebieten!

Hier könnt ihr nachlesen, wie alles passiert ist und welches Massel ich unterm Strich dabei hatte. Als ob das Schicksal seine Finger im Spiel gehabt hätte! emoticon

Leider habe ich von den 'guten Tagen' praktisch keine Fotos, mit denen ich euch beweisen könnte, wie gut alles funktioniert hat. Erst als alles nicht mehr funktioniert hat und die teuren Solarmodule irgendwo im patagonischen Tiefland zu 1000 Scherben geworden waren, da klickte die Kamera. Ich denke aber, auch anhand dieser Bilder könnt ihr euch eine Vorstellung machen, wie alles aussieht - und wie 'genial' die Konstruktion unterm Strich ist.

Ich kann nur betonen: über fünf Jahre lang hat die Anlage ihren Dienst prima versehen. Zugegeben: meist in der Parkposition, aber eben euch einige Dutzend Male in Arbeitsposition, wo sie mir genug Ertrag bescherte, dass ich drinnen ohne Bange um leere Batterien den Laptop bearbeiten - oder ein kaltes Bier zischen - konnte!

Icon Die Idee und die Erfahrungen wären es eigentlich Wert, in eine Version 2.0 einzufließen! Eine eingehende Beschreibung des Prototyps findet ihr rechts. Für weiterführende Infos und ein Dutzend neuer Ideen stehe ich weiterhin gerne zur Verfügung! emoticon

 


nach oben 2D-Aufständerung der Lady Grey

Nach dem Patagonien-Desaster mit der ersten Solaranlage (sh. oben) steht nach der Rückkehr aus Südamerika eine neue Solaranlage ganz oben auf der To-Do-Liste. Nicht so sehr wegen der patagonisch stürmischen Erfahrung sondern wegen fehlender Werkstatt, unzureichendem Werkzeug und mangelnder Zeit entscheide ich mich für die einfachere Variante: die 2D-Nachführung. Weniger hochtrabend auch 'Aufständerung genannt.

Oben habe ich ja beschrieben, dass eine Aufständerung viele Vorteile gegenüber einer Festmontage auf dem Fahrzeugdach bietet. Insbesondere dann, wenn man in hohe Breiten oder im Winter unterwegs ist, wo die Sonne gemeinhin nicht so hoch am Himmel steht! Also muss eine solche Anlage aufs Dach der Lady Grey!

Foto Bayern Außer bei der Systemspannung (die war durch die eingebauten Geräte weiterhin vorgegeben) kann ich bei der Dimensionierung quasi bei Stand Null anfangen. Mit der bisherigen Anlage hatte ich einige Erfahrungen sammeln dürfen, wieviel Strom ich wann verbrauchte, welche Batteriekapazität sinnvoll ist und welche Solarleistung dazu passt. Vor allem an trüben Tagen, wenn ich schon mal stundenlang über dem (alten und stromfressenden) Laptop saß, ging der Ladezustand der Batterien merklich in die Knie. Da brachte die beste und nachführbarste Solaranlage wenig Besserung. Somit ist eine größere Batteriekapazität angedacht. Wozu wiederum eine größere Solaranlage Sinn macht. Wieder einmal führt eines zum anderen!

Mittlerweile sind auch Solarmodule auf dem Markt, die besonders bei geringer Einstrahlung einen messbaren Mehrertrag bringen sollen. Multicell-Technologie heißt das Zauberwort. Wie der technologische Unterschied im Detail zustande kommt, kann ich nicht erklärenINFO, aber die Hersteller schwören, dass durch die Halbierung der Zellen bei doppelter Anzahl eine Ertragsverbesserung bei geringer Einstrahlung erreicht wird. Statt der üblichen 36 Zellen (bei guten Modulen) werden für die MC-Module von Büttner 72 halb so große Zellen verbaut. Genau das hatte ich gesucht! Die Dimensionierung der Solaranlage sollte sich ja - wie beschrieben - am worst case ausrichten. Also: wenig Sonne und hoher Verbrauch!

Hier nochmal kurz die technischen Daten der neuen Module:

Solargenerator BÜTTNER BLACKLINE MT SM 110 MC
Technologie monokristallin
Anzahl der Zellen 72 (!) Zellen (Mulicell-Technologie)
Nennleistung PN = 110Wp
Leerlaufspannung U0 = 25,6Vdc
Kurzschlussstrom Ip = 6,6Adc
Verschaltung 3 Module in Parallelschaltung
Regler MPP 420 Duo Digital von Mobile Technology
Abmessungen (B x L x H) 1215 x 530 x 33 (+25) mm
Masse m = 9,0kg

 

Anmerkung 10.2019:
Nach 1½ Jahren, in denen ich die MC-Module montiert habe, kann ich den Mehrertrag, den der Hersteller angibt - zumindest qualitativ - bestätigen! Selbst bei trübem, regnerischem Himmel kann man immer noch (bei drei Modulen) zwei bis drei Ampere ernten. Ausreichend, um den Kühlschrank am Laufen zu halten und nebenher den Laptop zu bearbeiten.

Nachdem die neuen Module ausgesucht, sowie Lieferbarkeit und Preis abgeklärt waren, hieß es nun, eine neue Aufständerung dafür zu konstruieren! Folgende Grundanforderungen sollten erfüllt werden:

  • Möglichkeit, die Panele quer zur Fahrtrichtung hochzustellenINFO;
  • Aufstellwinkel zwischen 30° und ca.70° zur Horizontalen einfach einstellbar;
  • Keine Untergriffsmöglichkeit für Wind unter die Module (!!!);
  • Keine Belastung der Modulrahmen;
  • Einfache Bauweise (wegen fehlender Werkstatt);
  • Einfache und unkomplizierte Bedienung.

Logo PDF Logo PDF Nach vielen Tagen und zahlreichen Waldspaziergängen kommt heraus, was ihr rechts in Form von Zeichnungen und unten als Bilder sehen könnt: eine einfache Konstruktion aus Alu-Winkeln. Einzig die sog. Hochstelltraverse muss ich im Alushop meines Vertrauens anfertigen lassen. Die Spezialisten ersetzen prompt die geplanten Schweißnähte an den Längsseiten durch Schraubverbindungen - weil sich sonst der lange Winkel wohl verzogen hätte. Soll mir recht sein!

Schließlich halte ich alle Teile unterm Arm, die Sonne lacht, da ist die Feinbearbeitung und der Zusammenbau auf meiner 'Werkstattwiese' schnell passiert. Mit Konstruktionskleber (SIKA 251) werden die beiden Außenholme sowie ihre Gegenwinkel millimetergenau auf der Dachhaut aufgeklebt (eine Lehre hilft enorm!) Nach dem Trocknen des Klebers dann Innenrahmen und Gasdruckfedern montiert, schließlich die Panele eingesetzt und ein paar Strippen gezogen: fertig ist die neue Solaranlage der Lady Grey!

Zur Funktion:

Die Anlage, das heißt die drei Module, wird nach dem Herausziehen von zwei Haltebolzen auf der Fahrerseite kurz an der äußeren Traverse angehoben und schwenkt durch die Gasdruckfedern automatisch in die Höchststellung. Die kann über einen einfachen Spanngurt in der Mitte schnell verstellt werden. Ein Winkel von 60° zur Horizontalen hat sich da als Quasi-Standard ergeben, den ich häufig nutze.

Scheint die Sonne ausnahmsweise auf der Fahrerseite, werden die Bolzen an der Beifahrerseite entfernt, die Module hochgestellt und die Gasdruckfedern auf den Kugeln für die andere Richtung eingehängt (das dauert nicht mal fünf Sekunden) und schon sammelt die Anlage den Sonnenschein aus der anderen Richtung!

Und wenn die Sonne gar nicht scheint? Oder der Sturm in patagonischer Stärke bläst? Dann werden die Module eingeklappt, liegen flach auf dem Dach auf (mit ausreichend Hinterlüftung versteht sich) und sind mit vier dicken, gehärteten Bolzen an jeder Ecke gesichert. Die durchgehenden Holme vorn und hinten sowie die seitlichen, ebenfalls durchgängigen Traversen verhindern, dass sich der Wind unter den Modulen verfangen und sie aus der Halterung reißen kann! Diese Lektion habe ich gelernt! emoticon

Mit der neuen Solaranlage - in Verbindung mit den 2019 montierten AGM-Batterien größerer Kapazität sollte nun auch unter widrigsten Wetterverhältnissen ausreichend Strom an Bord sein, um - sagen wir - vier bis fünf Tage ohne einen einzigen Sonnenstrahl zu überstehen!

Nach so vielen Tagen ohne Sonne ist es so oder so allerhöchste Zeit, etwas für die mentale Ausgeglichenheit zu tun: Ortswechsel resp. Fahren! Das hilft auch den leeren elektrischen Akkus wieder auf die Beine.

Foto Africa Erfahrungen:

Die eine Erfahrung, dass die Multicell-Technologie bei schlechtem Wetter etwas mehr Ertrag bringt, könnt ihr oben nachlesen.

Im Januar 2019 habe ich dank strahlend blauem Himmel an zwei aufeinanderfolgenden Tagen in Marokko Gelegenheit, eine Vergleichsmessung zwischen dem Betrieb in flachliegender Stellung und dem Betrieb in aufgeständerter Stellung durchzuführen.

Aussagekräftig sind die Diagramme auf den ersten Blick nicht. Auch zum Reglerverhalten bleiben jede Menge Fragen offen. Daher geht es rechts weiter ...
weiterlesen

 


nach oben Ladegeräte

Baustelle Hier folgt in Kürze - hoffentlich - eine Beschreibung der eingesetzten Geräte und interessanter Details.


nach oben Versorgungsbatterien

Beim Thema Versorgungsbatterien stellen sich stets die gleichen Fragen:

Trenner

Welche Technologie ist die Beste?

Beim Thema 'Beste Batterietechnologie' scheiden sich bereits die Geister. In Kürze werde ich - hoffentlich - mehr dazu schreiben können...

Trenner Welche Kapazität brauche ich? (Auslegungsberechnung)

Die Frage nach der erforderlichen Batteriekapazität lässt sich (weitgehend) eindeutig beantworten. Dazu müssen wir drei Überlegungen anstellen:

  • Welche Verbraucher muss ich versorgen und für welchen Zeitraum (pro Tag)?
  • Welche Energie kann die Solaranlage liefern (pro Tag)?
  • Welche Autarkiezeit strebe ich an?

Dabei sind die Werte immer für den 'worst case' zu ermitteln, also für den schlimmsten aller (wahrscheinlichen) Fälle! Ihr wisst ja, Mr.Murphy ist auch hier immer mit von der Partie und die Sonne verschwindet schon mal für eine ganze Woche hinter schwarzen Wolken! Also stets eher pessimistische Annahmen treffen! In der Tabelle nicht berücksichtigt sind die Wirkungsgrade des Solar-Laders (ca. 96% für ein modernes Gerät) sowie der Speicherbatterie (ca. 95% bei handelsüblichen Solarakkus), da unsere Berechnung andere, weit gravierendere Unsicherheiten beinhaltet.

Weitergehende Erläuterungen sowie ausführliche Beispielrechnungen findet ihr u.a. bei www.buettner-electronic.de

Als Eckpunkte der Berechnung für die Lady Grey habe ich Folgendes angenommen: (Die Berechnung gilt für die erste Solaranlage (3x80Wp) und die ursprüngliche Batteriegröße (2x 120Ah))

- Auslegungsdaten Wert ED
Nenn­spannung 12V oder 24VINFO; Näheres findet ihr hier 12V -
Zulässiger Spannungsbereich Unenn = 12V 10,5V ... 14,3V -
Verbraucher: - Kühlschrank 30W 6h
- Heizung 60W 2h
- Radio 20W 4h
- Laptop 60W 3h
- TV / SAT 60W 1h
- Beleuchtung 10W 2h
- Wasserpumpen 90W 0,5h
- GESAMTVERBRAUCH (pro Tag) 685Wh (57,1Ah) bei 12V
Erzeuger: - 3 Panels à PN=80W
  (bei EN = 1000W/m2 und 25°C)
240W
- Einstrahlung (Schlechtwetter) 100W/m2
- Strahlungsdauer (Schlechtwetter) 4h
- GESAMTERZEUGUNG (pro Tag) 96Wh (8,0Ah) bei 12V
Speicher: - Leistungsdefizit (Erzeugung - Verbrauch) 96W/d - 685Wh/d = -589Wh/d (-49,1Ah/d)
- Gewünschte Autarkie 4d
- Maximale Entladetiefe des Speichers
   (Beispiel für Flüssig-Blei-Batterie)
60%
- NOTWENDIGER SPEICHER: 691Wh/d * 4d / 60% = 3927Wh (327,2Ah)
- Gewählter Speicher (Akkukapazität): 4320Wh (360Ah) oder 2 x 180Ah

Erforderlich ist also zunächst eine Kapazität von ca. 360Ah (4320Wh / 12V). Relevant ist dabei die Angabe der Batteriehersteller zur 10h-Kapazität, nicht jene zur Kaltstartkapazität, die lediglich bei Starterbatterien von Interesse (und angegeben) ist!

Nachdem die erforderliche Kapazität bekannt ist, sollten wir uns Gedanken zu Gewicht, Unterbringung und 'Handling' machen. Ein 12V/360Ah-Block wiegt (je nach Technologie) zwischen einhundert und einhundertfünfzig Kilogramm. Er muss sicher befestigt werden, muss zugänglich bleiben und - ja - er muss ab und zu ein- und ausgebaut werden! Ist es mit den Muckis nicht so weit her, könnt ihr ausweichen auf 6V-Blöcke (2 Stück in Serie; unterwegs schwer zu beschaffen) oder 2V-Blöcke (6 Stück in Serie; Ersatzteilbeschaffung einfacher, da oft in Golfcarts verwendet).

Foto Ausbau Oder ihr verwendet zwei 12V-Batterien in der (gängigen) Größe von 180Ah. Die sind zwar immer noch heftig schwer, aber immerhin noch per Hand zu bewegen! Diese Einzelbatterien müssten zum Erreichen der berechneten Gesamtkapazität parallel­geschaltet werden. Bei den gängigen Technologien (nicht Li-Ion-Technik) ist das allerdings höchst problembehaftet und ich kann nur dringend davon abraten (Erklärung). Zum Glück gibt es im Handel - just für diesen Zweck - passende Umschalter. Die kommen auch mit den erforderlichen dicken Anschlusskabeln (50mm2 und mehr) zurecht.

Dieser Umschaltklapparatismus wurde im Übrigen von Spezialisten einer großen Forschungsanstalt für Solarenergie 'erfunden' (nicht nur Ausbauer von Reisemobilen sehen sich mit der Problematik größerer Batteriekapazitäten konfrontiert)! Die Philosophie dahinter ist folgende:

Es wird jeweils nur eine Einzelbatterie auf den Lader bzw. die Verbraucher geschaltet. Die andere ist derweil in 'Standby'. Nach einem Monat - oder so - wird (manuell) gewechselt, die bisherige Standby-Batterie wird zur Hauptbatterie und die erste geht auf 'Standby'. So werden beide Batterien über die Monate hin gleichmäßig belastet ... und die schädliche Parallelschaltung vermieden.

Moderne Ladegeräte haben häufig einen Ladeausgang für eine zweite Batterie, der eigentlich für die Starterbatterie vorgesehen ist. Im Fall der Doppelbatterie kann dieser Ausgang jedoch prima zur Ladungserhaltung der Standby-Batterie genutzt werden! Ganz moderne Ladegeräte haben sogar zwei Ausgänge zur Ladungserhaltung, einen für die Standby-Batterie und einen für die Starterbatterie (vorausgesetzt ihr habt überall die gleiche Spannung!).

Trenner

Entscheidet ihr euch für eine Bordspannung von 24V, könnt ihr dem Problem der Parallelschaltung weitgehend entgehen, denn hier werden die (12V-)Einzelbatterien in Serie geschaltet, was völlig unproblematisch ist. Zudem können die Anschlusskabel erheblich dünner (Faktor 4) ausfallen. Andererseits werdet ihr für einige Verbraucher sog. Spannungswandler brauchen, da die Verbraucher nicht in 24V-Ausführung erhältlich sind!

Ganz ehrlich: stünde ich noch einmal vor der Entscheidung, die Bordspannung einer neuen Lady Grey zu wählen, würde ich 24 Volt wählen. Alles andere - wie die Anzahl der Solarmodule - müsste sich dann eben daran ausrichten! Die Philosophie der Batterieumschaltung würde ich trotzdem beibehalten, denn es ist einfach ein beruhigendes Gefühl, immer eine vollgeladene Batterie 'in Reserve' zu haben. Aber aufgepasst: die gesamte Elektrik würde bei der 24V-Wahl noch ein bisschen komplexer werden (an mehreren Stellen sind dann DC/DC-Wandler nötig und die wollen sinnvoll, sprich möglichst energieeffizient betrieben werden!) EMOTICON EMOTICON EMOTICON


nach oben DC-Verteilung

Wahl der Bordspannung

Die Wahl der Bordspannung ist eine der grundlegenden Entscheidungen, wenn es um die elektrische Anlage geht.

Die mit Abstand meisten Reisemobile werden mit 12 Volt (12V) ausgestattet, da dies den einfachsten Aufbau gewährleistet. Alle Verbraucher im Reisemobilbereich sind für 12V erhältlich: Kühlschrank, Wasserpumpe, Heizung, Radio, inzwischen auch TV und SAT-Anlagen. Dazu liegt die Spannung der Starterbatterie meist bei 12V, so dass die Versorgungsbatterie einfach parallel geschaltet werden kannINFO.

Bei größeren Fahrzeugen (oft auf LKW-Basis), hat man die Qual der Wahl! 12V oder 24V? Was ist die richtige Spannung? Folgende Punkte solltet ihr bei der Entscheidung berücksichtigen:

  • 1. Spannung Starter-/Versorgungsbatterie
  • 2. Spannung Verbraucher
  • 3. Anzahl Solarmodule
  • 4. Leitungsquerschnitte
  • 5. Leistung Wechselrichter

1. Spannung Starter-/Versorgungsbatterie

Die Spannung der Starterbatterie liegt bei LKWs durchwegs bei 24V. Für einen einfachen Aufbau der Gesamtanlage bieten sich 24V auch für den Wohnteil an.

Die Versorgungsbatterien (ganz gleich, welche Technologie ihr wählt) sind durchwegs für 12V erhältlich. Für 24V Anlagenspannung schaltet ihr eben zwei 12V- Blöcke in Reihe. Bei gleicher Speicherkapazität (gerechnet in Wh, nicht in Ah) sind auch die Kosten nahezu identisch. Kein Grund also, sich für diese oder jene Spannung zu entscheiden!

2. Spannung Verbraucher

Manche Verbraucher sind hingegen ausschließlich für 12V erhältlich, allen voran das Autoradio! Auch TV- und SAT-Anlagen sind - da für den 'Campingplatz-Reisenden' konzipiert - mehrheitlich für 12V ausgelegt. In diesem Fall brauchen wir Umsetzer, sog. DC/DC-Converter, die die 24V Versorgungsspannung in die 12V Verbraucherspannung umsetzen. (Entweder einen Wandler pro Verbraucher oder einen zentralen größeren Wandler, der alle 12V-Verbraucher versorgen kann.) Diese Geräte sind - sofern sie einen akzeptablen Wirkungsgrad aufweisen - kostspielig, brauchen Platz (Wärmeabfuhr!) und können ausfallen! Zudem sind sie immer mit Verlusten verbunden, die unserer Energiebilanz gehörig zusetzen können (Umsetzer laufen bei einfachen Anlagen Tag und Nacht!).

Manch einer mag jetzt auf die Idee kommen und sagen: Meine 24V Versorgungsbatterien bestehen ja eh aus zwei 12V-Blöcken, da kann ich ja in der Mitte abzweigen und damit meine 12V Verbraucher versorgen. Gut gedacht, nur leider sehr schädlich für die Batterien!
Begründung: Durch die 12V-Verbraucher würde eine Batterie (nennen wir sie 'A') deutlich mehr belastet als die andere ('B'). Es kommt zu einem ungleichen Ladezustand der Batterien, was sich in merklich unterschiedlichen Spannungen ausdrücktINFO. Der (Solar-, Wind- oder Netz-)Laderegler jedoch misst nur die Spannung beider Batterien gemeinsam und regelt diese aus! Durch den schlechteren Ladezustand sinkt die Spannung der Batterie 'A' weiter ab, während die andere ('B') zu viel Spannung erhält und überladen wird, was zum Auskochen der Batterie 'B', also ihrer Zerstörung führen kann!
Also bitte Finger weg von solchen Lösungen!

3. Anzahl Solarmodule

Der dritte Punkt, der bei der Festlegung der Versorgungsspannung zu beachten ist, ist die Anzahl der Solarmodule. Die weitaus meisten Solarmodule (unabhängig von der Zelltechnologie) werden mit 12V Nennspannung angeboten. Schalten wir zwei Module in Reihe, haben wir 24V Nennspannung. Für beide Varianten gibt's handelsübliche Solarladeregler (die sind in jedem Fall zwingend erforderlich - unabhängig von der Spannung).

Schalten wir drei Module in Reihe, erhalten wir 36V Nennspannung. Und da hört der Spaß auf, denn wir benötigen einen teuren Spezialregler (Sonderfertigung). Bei vier Modulen geht's dann wieder auf: wir schalten eben wieder zwei Module in Reihe und zwei sogenannte Stränge dann parallel! Macht 24V Nennspannung bei doppelter Leistung. Probleme ähnlich der Parallelschaltung von Batteriebänken treten hierbei nicht auf!

Das mit der Reihenschaltung funktioniert also nur bei zwei, vier, sechs oder acht, eben einer geraden Anzahl von Modulen. Bei ungerader Anzahl bleibt als Alternative nur die Bordspannung 12V, will man keinen teuren Spezialregler einsetzen! Dann werden eben alle Module parallel verschaltet, eine (nennenswerte) Leistungseinbuße ergibt sich damit nicht.

Die Anzahl der Solarmodule bestimmt also indirekt die Bordspannung!

Daher solltet ihr euch frühzeitig Gedanken machen, wie viele Solarmodule und welchen Typ ihr einsetzen wollt bzw. könnt. Die Maße der Kabine, die Positionen von Dachluken, Kaminen etc. werden da die Grenzen setzen. Habt ihr freie Wahl würde ich persönlich eine gerade Anzahl von Modulen vorziehen und die Versorgungsspannung zu 24V wählen (vorausgesetzt, ihr seid auf LKW-Basis unterwegs)!

4. Leitungsquerschnitte

Ein letzter Punkt, der zu beachten ist, folgt direkt aus der Versorgungsspannung: die Querschnitte der Stromleitungen. Für 12V braucht ihr bei gleicher Anschlussleistung den vierfachen Querschnitt im Vergleich zu 24V! (Das folgt aus dem berühmten 'Ohm'schen Gesetz'). Bei 12V müsst ihr schnell mal Querschnitte von 50mm2 (insbesondere die Verbindungen von der Batterie zur Hauptverteilung) verlegen! WoMo in Flammen Das ist nicht jedermanns Sache und ihr werdet einen Kumpel mit Spezialwerkzeug brauchen (z.B. zum Crimpen der Kabelschuhe)! Bei so großen Strömen ist es ganz besonders wichtig, die Anschlüsse fachgerecht vorzunehmen! Andernfalls können sich hohe Übergangs­widerstände, damit Verluste, sprich hohe Temperaturen ergeben, die schon mal zum Abfackeln des Fahrzeugs führen können! Wenn ihr euch nicht sicher seid, fragt einen Fachmann - auch wenn es nur 12V oder 24V sind!

Das mit den Leitungsquerschnitten ist auch ein Problem, das manch professioneller Ausbauer unterschätzt! Da wird der Kühlschrank eben mal mit 2,5mm2 angeschlossen und der Kunde beschwert sich anschließend (zu Recht), dass der Kühlschrank immer wieder wegen Unterspannung abschaltet, obwohl doch die Sonne scheint und die Batterie voll geladen ist!

5. Leistung Wechselrichter

Sollen Wechselrichter zur Versorgung von 230V-Verbrauchern eingesetzt werden, können diese (indirekt) die Versorgungsspannung bestimmen. Liegt die Leistung der Wechselrichter (oder anderer Großverbraucher) über ca. 1000W, so sollte generell eine 24V Anlage eingesetzt werden! Die großen Ströme erzwingen das. Braucht ein 1000W-Wechselrichter bei 12V noch 84A, was mit 50mm2-Anschlussleitungen, kurzen Leitungswegen sowie direktem Anschluss an den Batteriepolen gerade noch zu bewerkstelligen ist, bräuchte ein 2000W-Wechselrichter knappe 170A, soviel wie ein Anlasser für den Motor, nur eben dauerhaft! Das ist mit unseren Mittel nicht mehr zu stemmen, also bitte 24V wählen!

Wobei die Frage bleibt, welcher 2000W-Verbraucher tatsächlich aus der Batterie gespeist werden muss! Allerdings kenne ich einen 'Kollegen', der meint, einen handelsüblichen 4-Platten-(Induktions-)Haushaltsherd mitsamt Backofen in seiner Kombüse zu brauchen. Gespeist wurden alles über Wechselrichter aus einer 48V Batterie, die mindestens 1,5 Tonnen auf die Waage brachte und den kompletten Doppelboden der Kabine füllte. Auf dem Dach lagen dann gerade vier Solarmodule! Das Ganze war ihm sogar von einem selbsternannten 'Profi' berechnet worden! (Die 'Sinnhaftigkeit' von Kochen, Backen oder Heizen mit Solar-/Batteriestrom könnt ihr hier nachvollziehen)

6. Resümee:

Bei Beachtung dieser fünf Punkte solltet ihr die richtige Wahl treffen können. Daneben gibt's natürlich Sonderfälle, die im Einzelfall zu prüfen wären. Mit dem Aufkommen einer völlig neuen Batteriegeneration für Elektromobile (Lithium-Ionen-Technologie, meist auf 48V-Basis) könnten sich künftig auch für unseren Bereich neue und interessante Alternativen auftun! Allerdings sollte dabei die Ersatzteilfrage im Auge behalten werden!

Bei der Lady Grey muss ich auf Grund des (damaligen) Solardrehtisches und den drei Modulen mit einer Bordspannung von 12V auskommen. Abgesehen von einem etwas 'komischen' Anschluss des Wechselrichters (der eh die meiste Zeit ausgeschaltet ist) haben sich - auch in der Praxis - keine spürbaren Nachteile gegenüber 24V Bordspannung ergeben. Müsste ich hingegen nochmals neu entscheiden, würde die Wahl auf 24 Volt fallen; alles andere müsste sich dann daran orientieren! (sh. auch hier)

7. Hinweise:

Foto Elektrik Foto Elektrik Aus persönlichen Erfahrungen mit den eingesetzten Bauteilen während der Installation sowie der täglichen Nutzung ergaben sich einige Anmerkungen, die ihr hier nachlesen könnt. Insbesondere auf die Untauglichkeit 'handelsüblicher' KFZ-Sicherungen sowie bestimmter KFZ-Stecker für die Elektroinstallation im Fernreisemobil möchte ich an dieser Stelle explizit hinweisen!


nach oben DC-Verbraucher

Baustelle Hier folgt in Kürze eine Beschreibung der eingesetzten Geräte und interessanter Details.


nach oben Kochen mit Batterie- oder Solarstrom? Nein Danke!

In letzter Zeit höre ich vermehrt von Ausbauern, die völlig auf Gas als Brennstoff verzichten und lieber mit Batteriestrom kochen und backen, ja sogar heizen wollen. Was ist davon zu halten?

Nun, die Abneigung gegen Gas an Bord kann ich - bis zu einem gewissen Grad - nachvollziehen. Erstens braucht es in bestimmten (wenigen) Ländern ein wenig Sucherei, um die Flaschen gefüllt zu bekommen. Zum anderen ist Gas natürlich explosiv und sowohl die Gasflaschen als auch die Installation stellen ein gewisses Sicherheitsrisiko dar, das nicht unter den Tisch gekehrt werden kann. Bei fachgerechter Installation allerdings (und das machen wir ja alle) ist das Restrisiko minimal. In der Tat habe ich von keinem Fernreisemobil gehört, das auf Grund eines Gaslecks abgefackelt ist.

Aber deshalb mit Batteriestrom kochen?

"Für andere Anwendungen wie Radio, Laptop, Kühlschrank oder TV haben wir ja schon recht große Batterien an Bord und - hoffentlich - eine leistungsfähige Solaranlage auf dem Dach. Können wir das nicht nutzen und mit Strom kochen und backen - komfortabel und sicher wie zu Hause?"

Die Frage lässt sich schlüssig und belastbar nur mit ein wenig Mathematik beantworten! EMOTICON Schauen wir uns kurz die Energien an, die ihr braucht, um - sagen wir - das Wasser für den morgendlichen Kaffee oder Tee zu kochen:

Bezeichnung Sym   Wert Einh Bemerkung
Wassermenge: mH2O = 1,0 kg -
Spezifische Wärmekapazität: cH2O = 4,18 kJ · kg-1 · K physikalische Konstante
Temperatur vor dem Kochen: t1 = 15 °C Wasser frisch aus dem Hahn
Temperatur beim Kochen: t2 = 100 °C auf Meereshöhe und bei normalem Luftdruck
Leistung elektr. Herdplatte: PHerd = 1000 W
Energie zum Erhitzen: QH2O = cH2O · mH2O · (t2 - t1) - nur Topfinhalt betrachtet
= 4,18 · 1,0 · (100 - 15) kJ
= 355,3 kJ
= 98,7 Wh 3600 kJ = 1 kWh = 1000 Wh
Um einen Liter Wasser zum Kochen zu bringen, benötigt ihr also zunächst rein physikalisch knapp 100Wh. Um diese Energie ins Kaffeewasser gelangen zu lassen, müssen wir die Energiewandlungskette Batterie - Umrichter - Herd - Kochtopf und die zugehörigen Wirkungsgrade betrachten:
Wirkungsgrad der Batterie: ηBatt = 100 % Ladewirkungsgrad erst später berücksichtigt!
Wirkungsgrad des Wechselrichters: ηWR = 95 % Gutes, modernes Gerät
Wirkungsgrad der Kochplatte: ηKocher = 90 % Verluste an der Kochplatte
Wirkungsgrad des Kochtopfs: ηTopf = 85 % Abstrahlung des Topfs
Energieentnahme aus Batterie: QBATT = QH2O ⁄ ( ηTopf · ηKocher · ηWR · ηBatt ) -
= 98,7 ⁄ ( 0,85 · 0,90 · 0,95 · 1,0) Wh
= 135,8 Wh
= 11,3 Ah bei 12V-Batterie
= 5,65 Ah bei 24V-Batterie
Noch kurz die überschlägige Berechnung der Kochzeit:
(Abstrahlverluste des Topfes bei heißem Inhalt sind nicht berücksichtigt)
Kochzeit (Näherung) tKoch = QH2O ⁄ ( PKocher · ηTopf · ηKocher ) h
= 98,7 ⁄ ( 1000 · 0,85 · 0,9 ) h
= 0,129 h = 7,7 min
Der Liter Wasser im Topf auf einer 1000W-Herdplatte braucht also überschlägig acht Minuten bis er kocht. - Wie lange braucht nun die Sonne dazu, diese Energie fürs Kaffeewasser über den Solargenerator nachzuladen?
Einstrahlung der Sonne: PSolar = 1000 W/m2 wolkenloser Himmel, Mitteleuropa
Fläche Solargenerator (SG): ASG = 0,6035 m2 Maße eines (!) Panels BP85
Wirkungsgrad Solargenerator: ηSG = 14,1 % Beispiel BP85; moderne Hochleistungspanels ca.19%
Wirkungsgrad Laderegler: ηLR = 90 % Laderegler mit MPP-Regelung
Ladewirkungsgrad Batterie: ηBatt,Lade = 85 % Blei-Säure-Akku
Ladeleistung an Batterie: PBatt,Lade = PSolar · ASG · ηSG · ηLR · ηBatt,Lade W wieder abrufbare Energie aus der Batterie
= 1000 · 0,6035 · 14,1 · 0,90 · 0,85 W
= 65,1 W
Zeit zum Nachladen: tNachladen = QBATT ⁄ PBatt,Lade Wh ⁄ W
= 135,8 ⁄ 65,1 Wh ⁄ W
= 2,08 h
= 125 min
Zum Nachladen der fürs Kaffeewasser in knapp 8 Minuten entnommenen Energie (Arbeit) braucht die Sonne an einem sehr sonnigen Tag in Mitteleuropa ca. 2 Stunden (unter den getroffenen, sehr optimistischen Annahmen)!
Die richtigen Schlüsse aus der überschlägigen Berechnung müsst ihr nun selber ziehen! Aus Sicht eines Energie-Ing. ist es Schwachsinn (um es gelinde auszudrücken.) Selbst bei modernen Li-Ionen-AkkusINFO und neuen Hochleistungs-SolarmodulenINFO wird die Rechnung nicht sinnhafter!
Anmerkung: Bei thermischen Anwendungen (Kochen, Backen, Heizen u.ä.) ist es immer vorteilhafter, die Energie direkt aus einem Primärenergieträger (Öl, Gas, Kohle etc.) zu gewinnen. Die rein thermischen Wirkungsgrade sind zwar ebenfalls alles andere als ideal, liegen aber doch bei fünfzig bis knapp siebzig Prozent (bezogen auf den Energie­inhalt des Brennstoffs). Verglichen mit den maximal zwanzig Prozent eines Fotovoltaikmoduls eine Klasse besser, oder?