Für unsere kleine Insel-Solaranlage gibt es viele Einsatzgebiete. Der eine möchte es mobil nutzen, um für Smartphone, Notebook oder Digitalkamera Strom nachtanken zu können, der andere für Garage, Garten oder auch Wohnmobil. Eine Kleinstanlage rechnet sich schnell und ist da sinnvoll, wo nicht viel Strom benötigt wird oder vielleicht kein Netzstrom angeschlossen ist. Vor allem benötigt man keine aufwendige Dachkonstruktion. Hier mal die Funktionsweise und Schaltung mehrerer Module für unsere Insel PV-Anlage.
Inhaltsverzeichnis:
- Funktionsweise einer Insel Solaranlage anhand schematischer Darstellung
- Effektiver auch bei Wolken produzieren
- Module am Laderegler anschließen
- Parallelschaltung von Solarmodulen
- Reihenschaltung von Solarmodulen
- Unterschiedliche Module in Reihe oder Parallel?
- Tipps und Denkanstöße
Funktionsweise einer Insel Solaranlage anhand schematischer Darstellung
Solarmodul anschließen - Aufbau Insel Photovoltaik Anlage
Der minimalste Aufbau der Insel-Photovoltaik Anlage. Möchtest du noch einen 230V Wechselrichter nutzen, wird dieser direkt am Akku angeschlossen.
- Baubericht meiner Mini-Insel Solaranlage
- Planung und Baubericht meiner 400W PV-Anlage
- Notstrom: mobile Powerstation selbst bauen
- Solar-Powerbank selber bauen
- 6V Mini Solaranlage bauen
Das Solarpanel produziert Strom, der je nach Sonneneinstrahlung stark schwankt. Für 12 Volt Systeme, welches die üblichste Bauform ist, liegt bei guter Sonneneinstrahlung um die 18 bis 21 Volt am Solarmodul an. Für 24V Systeme werden 24V Module benötigt, oder mindestens zwei 12V Module in Reihe geschaltet. Die tatsächliche Spannung liegt jedoch immer höher, da wir unbedingt die Ladeschlussspannung des Akkus erreichen müssen. Wir können am Solar Panel keine direkten 12V Geräte anschließen, da diese kaputtgehen könnten. Hier bedarf es einen Regler. Das macht entweder ein Laderegler zur Batterieladung, oder auch ein DC-DC Wandler, der eine eingestellte Ausgangsspannung beibehält.
Dieser farblich gekennzeichnete Abschnitt enthält Werbelinks. Mehr ansehen
Kleinere Verbraucher schließen wir an den LOAD-Ausgang des Ladereglers an. Ein 10A Laderegler kann meist 10A auch im LOAD bzw. Lastausgang durchschalten. Dazu weiter unten mehr.
Jeder anständige Regler schaltet die Verbraucher, also den LOAD-Ausgang, bei Unterschreitung einer bestimmten Akkuspannung ab. Dies ist je nach Akkutyp und System-Nennspannung anders. Es soll Bauteile vor zu hoher Spannung schützten, den Akku jedoch auch vor der gefährlichen Sulfatierung bewahren.
Verbraucher könnten die verschiedensten 12 Volt Geräte sein (12V System!). Oder auch ein Wechselrichter, der uns dann 230 Volt aus den 12 Volt, 24 Volt (etc.) direkt von der Batterie macht.
Wechselrichter schließen wir direkt an der Batterie an. Wir müssen die Batterie vor Tiefentladung schützen. Wohl die meisten Wechselrichter haben zwar selbst eine Abschaltung, diese ist jedoch oft ziemlich tief angesetzt. Eine Möglichkeit ist hier, ein Relais mit dem Load-Ausgang zu schalten und so die Verbindung des Wechselrichters zur Batterie zu trennen/zuzuschalten. Viele Relais machen das jedoch nicht lange mit und bleiben kleben. Das liegt am hohen Strom, welche die Kondensatoren des Wechselrichters beim Anschließen ziehen.
Dieser farblich gekennzeichnete Abschnitt enthält Werbelinks. Mehr ansehen
Du brauchst viel Power?
Der Lastausgang (LOAD) des Ladereglers ist meist nur auf ein paar Ampere begrenzt. 6 Ampere, 10, 20 oder auch 30 Ampere.
Möchtest du Geräte nutzen, die viel Strom ziehen, sollten diese direkt am Akku angeschlossen werden. Über den Verbraucher-Ausgang (meist mit LOAD gekennzeichnet), darf nur wenig Strom gezogen werden. Schließlich geht das alles über die kleine Platine im Laderegler und die hält nicht viel aus.
Hohe Anlaufströme haben Elektromotoren und Geräte mit großen Kondensatoren (z.B. Autoradio, Wechselrichter, Kühlschränke).
Effektiver auch bei Wolken produzieren
Mehrere Solarmodule können in Reihe oder Parallel geschaltet werden. Kleine Module die keine 12 Volt produzieren, können in Reihe geschaltet werden. Somit addiert sich deren Spannung (in Volt).So kann man auch Strom produzieren, wenn es leicht bewölkt ist. Der Laderegler benötigt etwas mehr Eingangsspannung (meist 1V-2V mehr) als die Akkuspannung. Beachte die Bypass-Diode in der Reihenschaltung von Photovoltaikmodulen.
Beachte, dass es bei hoher Spannung von PV-Modulen und einer geringeren Akkuspannung ein MPPT Laderegler sehr viel effizienter arbeitet.
Lesetipps dazu:
- Laderegler PWM oder MPPT?
- Test: MPPT Laderegler 75/15 von Victron mit Live-Daten App
- Solarmodule richtig zu positionieren. Neigung und Ausrichtung
- Der Blei-Akku: Aufbau, laden und Spannungen
Leistung (Watt) = Spannung (Volt) x Stromstärke (Ampere)
Ohmsches Gesetz / Begriffsdefinition:
Spannung (U) = Volt (V) - bsp.: U = 12 V
Stromstärke (I) = Ampere (A) - bsp.: I = 0,5 A
Leistung (P) = Watt (W) - bsp.: P = 1 W
P = U x I
Module am Laderegler anschließen
Für Photovoltaikanlagen gibt es eigene Kabel und Stecker. Sogenannte Solarkabel, die Witterungsfest sind. Meist finden sich heute MC4 Kupplungen in den meisten Modulen. Ich empfehle dir hier nicht herumzubasteln, sondern die MC4 Stecker/Buchsen zu verwenden. Diese können auch schnell voneinander getrennt werden und sind wasserfest.MC4 Stecker haben eine Kabel-Zugentlastung die nur mit entsprechend dicken Kabeln ordentlich funktioniert und gleichzeitig gegen Wasser abdichtet. Sogenannte Solarkabel sind zudem Ozon- und UV-fest und so dick, dass die Kurzschlussgefahr bei z.B. einem eingeklemmten oder durch Wind scheuerndes Kabel geringer ist.
Für die MC4 Stecker gibt es sehr viele Adapter und Bauteile. Y-Adapter, Dioden, Sicherungen und Verteiler. Bei der Auswahl muss kaum viel selbst gebastelt werden. Falls doch, benötigst du eine Abisolierzange, sowie eine Crimpzange. Hier zeige ich dir das Crimpen, Pressen und anfertigen eigener Solarkabel mit MC4 Stecker.
Dieser farblich gekennzeichnete Abschnitt enthält Werbelinks. Mehr ansehen
Parallelschaltung von Solarmodulen
Parallelschaltung von Solarmodulen
Schaltplan für die Parallelschaltung von Solarmodulen oder Solarzellen
Beide dieser Solarzellen schalten wir parallel.
Ergebnis: 6V und 1A Abgabe. Der Strom (Ampere) addiert sich, die Spannung bleibt hingegen gleich.
Info: Bei der Parallelschaltung werden gleiche Pole miteinander verbunden. Plus mit Plus, Minus mit Minus.
Reihenschaltung von Solarmodulen
Reihenschaltung von Solarmodulen
Schaltplan für die Reihenschaltung von Solarmodulen oder Solarzellen
Beide Solarzellen schalten wir nun in Reihe.
Ergebnis: 12V und 0,5A Abgabe. Die Leistung (Ampere) bleibt gleich, die Spannung addiert sich hingegen.
Info: Bei der Reihenschaltung werden gegensätzliche Pole miteinander verbunden. Plus mit Minus.
Unterschiedliche Module in Reihe oder Parallel?
Du kannst für unterschiedliche Ausrichtung der Module jeweils einen eigenen Laderegler nutzen. Ist die Ausrichtung der Photovoltaikmodule jedoch gleich, die Module jedoch unterschiedlich, gibt es eine Regel zur Verdrahtung.Regel:
Unterschiedliche Volt, gleiche Ampere: Reihenschaltung
Unterschiedliche Ampere, gleiche Volt: Parallelschaltung
Sind Spannung und/oder Strom unterschiedlich, bestimmt das Modul mit der geringsten Leistung.
In der Reihenschaltung addiert sich die Spannung (Volt). Das Solarmodul mit dem geringsten Strom (Ampere) beeinflusst auch das Modul mit mehr Strom.
Bei der Parallelschaltung von Modulen addiert sich der Strom (Ampere). Das Modul mit der geringsten Spannung (Volt) gibt die Gesamtspannung vor.
Beispiel:
Ein 40W und 100W Panel haben folgende Leistungsangaben (fiktives Rechenbeispiel):
40W = 20V, 2A
100W = 40V, 2,5A
Schalten wir diese Module in Reihe:
20V + 40V = 60V
das Modul mit dem geringsten Strom entscheidet, hier 2A
= 60V x 2A = 120W
Verlust: 20W
Schalten wir diese Module Parallel:
2,5A + 2A = 4,5A
das Modul mit der geringsten Spannung entscheidet, hier 20V
= 20V x 4,5A = 90W
Verlust: 50W
Lesetipp:
Schaue dir auch folgende Beiträge an: Schaltung unterschiedlicher Blei-Akkus, sowie Solarmodule mit mehreren Ladereglern und gemeinsamen Akku
Tipps / Denkanstöße
Eine Batterie wird geladen, wenn die Stromquelle eine höhere Spannung hat und somit Strom fliesen kann. Für kleinere Insel-Projekte kannst du dich mit verschiedenen Wandlern beschäftigen. Beispielsweise Step-Up oder Step-Down Wandler, DC-DC Wandler (Step-Up und Step-Down in einem), aber auch mit dem Re-EMF Charger. Auch Kfz-Ladebuchsen (Zigarettenanzünder) sind gerade bei den 12V Solar-Anlagen sehr beliebt.Dieser farblich gekennzeichnete Abschnitt enthält Werbelinks. Mehr ansehen