Erstellt von Marcus Rönz | 24.01.2023
Springe zum gewünschten Bereich innerhalb dieser Seite: StartInhaltsverzeichnisähnliche ThemenKommentare Das Thema Solar ist in aller Munde und die Zukunft. Erneuerbare Energien wie die Sonne zu nutzen, muss auch nicht teuer sein. Hier stelle ich meine kleine Solaranlage als Selbstbauanleitung vor. So kannst auch du für Garage, Schuppen, Scheune, Wohnwagen usw. eine kleine Insel-Photovolkaikanlage selbst bauen.
Lesetipps:
- 400W Photovoltaikanlage selber bauen (Insel-Anlage)
- Der Bau meiner mobile Power-Station.
- Photovoltaik-Anlage und die Amortisationszeit: jetzt wird gerechnet
Inhaltsverzeichnis:
- Das benötigst du (mindestens) für die Eigenbau-Solaranlage
- So funktioniert eine Insel-Solaranlage
- Solarmodul befestigen - z.B. einen Rahmen bauen
- So baust du dir eine eigene kleine Solaranlage
- 1. Wo soll die Anlage hin? Die einzelnen Plätze der Bauteile finden
- 2. Verkabelung: Der Aufbau der Anlage - was mit wem zusammen?
- 3. Der letzte Check vorm einschalten
- 4. Empfehlungen und Problemlösungen
Das benötigst du (mindestens) für die Eigenbau-Solaranlage
Eine Einkaufsliste für die Solaranlage. Die genannten Produkte sind Empfehlungen von mir, da ich diese in meiner Anlage selbst verwende. Du solltest es natürlich für dein Projekt entsprechend abstimmen.Hier gibt es einen extra Beitrag für viele mögliche Fragen rund um die Solaranlage (Häufig gestellte Fragen). Auch interessant, wenn du neu beginnst: Vermeide diese 5 Fehler bei deiner Solaranlage!
Die meisten hier nachfolgend genannten Bauteile werden weiter unten im Thema noch einmal genauer behandelt.
- Solarmodul
In unserem Beispiel wird ein einfaches 20W Solar Panel genutzt. - Batterie
Du solltest einen Solarakku (mehr dazu weiter unten) verwenden. Vor allem AGM Blei-Gelakkus sind ein guter Kompromiss zwischen Sicherheit, Haltbarkeit und Kosten. Wichtig: 12V nutzen! Es gibt auch 6V oder 24V. Infos zu Solar-Spannungen hier. Die meisten günstigen Verbraucher gibts für 12V Systeme (Auto- / Campingbedarf) - Laderegler
Unser Wächter wird zwischen Verbrauchern (im Beitrag hier eine LED Lampe), Akku und Solarmodul geklemmt. Dieser schützt die Batterie vor Überladung und Tiefentladung. - Batterie- und Solarmodul Klemmen
Richtige Klemmen für unsere Batterie werden benötigt, um den Übergangswiderstand zu mindern. Das Solarmodul selbst könnte ebenfalls eigene Klemmen besitzen. Das gezeigte Solarmodul besitzt hingegen ein Stromkasten auf der Rückseite, wo du Kontaktklemmen nutzen kannst oder die Kabel selbst anlötest.
Produktempfehlungen: Suche dir den passenden Akku und dafür die nötigen Klemmen, da es 3 unterschiedliche Akku-Polgrößen (soweit mit bekannt), gibt. Ebenso gibt es neben Rundpolen auch Flachstecker - Flachsteckhülsen und Schalter
Um Schalter zu nutzen, kannst du die Kabel daran anlöten oder Flachsteckhülsen nutzen. Diese gibt es in verschiedenen Breiten - ein Sortimentskasten ist empfehlenswert. - Kabel
Einfache Kfz-Kabel für 12V reichen aus (Querschnitt beachten!). Im Idealfall solltest du zwei Kabelfarben für Plus- und Minuspol wählen. Einen Rechner für den optimalen Kabelquerschnitt gibt es hier: Kabelquerschnitt Rechner. Info: Je Dicker und kürzer das Kabel, desto weniger Verluste gibt es. Solarmodule bis zum Laderegler nur mit Solarkabel und bspw. MC4 Stecker verbinden - LED Leiste
LED Leisten gibt es in allen möglichen Farben und Größen. Wer sparen möchte, nimmt selbstklebende 5m lange LED Streifen. Aber auch fertige kosten nicht viel
Sicherheitshinweise: Beließ dich im Internet über Kabelquerschnitte. Dazu gibt es Kabelquerschnittsrechner.
Nutze zum anschließen des PV-Moduls nur geeignete PV-Kabel und den richtigen Stecker (meist MC4). Hier meine Anleitung zum MC4 Kabel selber bauen.
Eine selbstgebaute Zugentlastung für Kabel ist ratsam. Interessante Bilder dazu gibt es z.b. in der Google Bildersuche.
Kreuze keine Steckverbinder unterschiedlicher Hersteller! Lieber einen neuen MC4 Stecker aufcrimpen.
Verwende geeignete Sicherungen für Gleichstrom. Dazu unten mehr.
Alle Kabel, die in den Laderegler gehen, sollten eine Aderendhülse aufgepresst bekommen. Das blanke Kupfer zu verschrauben gibt Übergangswiderstände. Nach einiger Zeit kann sich das Kabel ebenfalls wieder von selbst lösen (Wärme/Kälte).
Kabel zur Batterie sollte mit einem geeigneten Ringkabelschuh verpresst werden.
Diese Dinge werden benötigt:
Nicht alle Kabel benötigst du, wenn du nur ein Solarmodul nutzt. Jedes Produkt, welches hier gezeigt wird, versteht sich als Produktkategorie. Bei Amazon bekommst du bei Aufruf eines Produkts weitere, ähnliche angezeigt.Bild(er) von Amazon.de / Werbung
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Kleinteile und Werkzeuge:
- Crimpzange, Abisolierzange, Schlitzschraubendreher
- Aderendhülsen, Flachsteckhülsen, Isolierband/Schrumpfschlauch
- Kabel (rot und schwarz) (Querschnitt beachten), Solarkabel und MC4 Stecker für Solarpanel
- Kfz-Flachsicherung mit passender Halterung
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Mehr Produkte zum Thema Solaranlage in unserem Shop für Solaranlagen.
Beachte bitte auch folgendes: In geschlossenen Räumen sollten wartungsfreie Gelakkus verwendet werden. Blei-Säure Akkus können beim Ladevorgang gasen. Dazu unten mehr und auch in diesem Beitrag ging es darum: Der Blei-Akku: Aufbau, Ladevorgang, Lebensdauer und technische Daten
So funktioniert eine Insel-Solaranlage
Man spricht von einer Insel-Solaranlage, da diese nicht mit dem Netzstrom verbunden ist. Gewonnener Strom speichert man mittels Akku, um diesen nach Bedarf auch ohne Sonnenlicht nutzen zu können.
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.
Verwendest du einen PWM Laderegler, wird die Spannung abgeschnitten, die zu viel vom Solarmodul kommt. Meist wird mit einer Konstantspannung von 14,4V geladen. Ein MPPT Laderegler bricht die Spannung runter und erhöht dafür den Ladestrom (Ampere).
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Solarmodul befestigen - z.B. einen Rahmen bauen
In meinem Fall ein Holzrahmen zum transportabel versetzen des Solarmoduls. Und für solch kleine Halterungen würde sich das ganze noch drehbar gestalten lassen, um von Früh bis Abend die Sonne zu nutzen. Automatisierte Systeme zum mitdrehen zur Sonne, nennen sich Solar-Tracker bzw. Sonnennachführung.Damit das Photovoltaikmodul nicht in der Garantie verliert, darf es nicht angebohrt werden. Zur Befestigung nutze Klemmverbindungen.
Anders als ich in meinem ersten Aufbau verwende bitte Solarkabel und MC4 Stecker. Das ist Wetterfest (Ozon- & UV-fest) und sicher!
Solarmodul mit tragbarer Halterung
Ganz einfache Halterung für das Solarpanel zum einfachen versetzen.
Lesetipp: Photovoltaik Aufständerung: verstellbare Unterkonstruktion für PV-Module selber bauen
Ein Akku soll den durch Sonnenlicht gewonnenen Strom speichern.
Lesetipp: PV Heimspeicher - Lithium oder Blei? David gegen Goliath
Dazwischen wird ein Laderegler geschaltet. Dieser überwacht die Batterie und auch die Verbraucher. So, dass unsere Batterie keinen Schaden durch Überladung oder Tiefentladung nimmt.
Hier eine kleine Auswahl verschiedener Laderegler:
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Je nach Größe deiner Solaranlage muss der Laderegler die Power der Module auch in den Akku laden können. Als ich mein System so kostengünstig wie möglich gebaut hatte, habe ich nicht an eine Erweiterung gedacht. Prompt musste ich später einen stärkeren Laderegler kaufen.
Die meisten kleinen Verbraucher werden nicht an die Batterie geklemmt, sondern an den Lastausgang des Ladereglers. Dieser liefert uns nur dann Strom für die Verbraucher, wenn die Batteriespannung ein gewisses Maß nicht unterschreitet (meist um die 10,8V beim 12V-System).
Thema: Lebensdauer von Akkus verlängern.
Wechselrichter und viele energiehungrige 12V Geräte werden oftmals direkt an die Batterie geklemmt und besitzen eine eigene Abschaltung, wenn die Spannung der Batterie zu gering ist. Vor allem Geräte mit Kondensatoren, wie Autoradios, sollten direkt (mit eigener Sicherung!) an den Akku angeschlossen werden.
Linktipp: Wie groß der Photovoltaik Speicher sein sollte
So baust du dir eine eigene kleine Solaranlage
Da es alle einzelnen Bauteile fertig zu kaufen gibt, musst du nicht unbedingt löten können. Alle Bauteile werden durch Steck- oder Klemmverbindung miteinander verbunden. Einzige Ausnahme ist das Solarmodul. Hier müssen manchmal Kabel angelötet werden. Zumindest war dies bei meinem kleinen Modul so. Größere Module besitzen meist ein Kabelpaar mit MC4-Steckern am Ausgang.Verwende bitte Solarkabel und die passenden Stecker. Üblich sind MC4 Stecker. Solarkabel sind sehr dick und sollten UV- und Ozon-beständig sein. Es empfiehlt sich auch bei den Solarkabeln entweder rot (Plus) und schwarz (Minus) zu verwenden oder bei nur schwarzen Kabeln, die Enden mit rotem Isolierband (Plusleitung) zu markieren.
Akkus:
Beachte, dass Autobatterien reine Starterbatterien sind. Diese besitzen viele dünnen Bleiplatten, um schnell hohe Stromstärke liefern zu können. Für kleine Projekte mögen diese gehen. Als dauerhafte Lösung sollte es aber eine Solarbatterie sein. Also ein Blei-Gel Akku mit AGM Technologie, die nicht gasen kann. Oft werden zyklenfeste Akkus auch als Solarakkus bezeichnet.
Lies meinen Beitrag zum PV Heimspeicher, in dem ich Lithium-Akkus gegen Blei-Akkus vergleiche.
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Vorsicht: Kfz-Starterbatterien können extrem hohe Ströme liefern. Damit kann man schweißen - Kabel können bei Kurzschluss brennen.
Ohnehin sollte eine Sicherung nahe dem Plus-Pol verbaut werden. Nutzt du die Sicherung in der Plus-Leitung, sollten alle anderen Kabel auch in der Plus-Leitung, nicht aber dann in der Minusleitung abgesichert werden.
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Ladeströme: Verwendest du einen kleinen Akku, bspw. gern genutzte 12V 7,2Ah, solltest du den maximalen Ladestrom beachten. Oft ist dies auf dem Akkus aufgedruckt. Einer von meinen kleinen Akkus hat 2,3A als maximalen Ladestrom im Datenblatt angegeben. Hier sollte kein stärkeres Solarmodul dranhängen. Andernfalls lassen sich die Akkus parallel schalten (Plus an Plus, Minus an Minus), damit Lade- und Entladeströme verdoppelt werden können.
1. Wo soll die Anlage hin? Die einzelnen Plätze der Bauteile finden
In diesem Beispiel wird die Solaranlage für eine Garage genutzt. In einem Wohnmobil bspw. gibt es ganz andere Anforderungen!
PV Modul Winkel und Ausrichtung: Diagramm Ertrag in Prozent
Die Tabelle gibt einen Jahresüberblick als durchschnittlichen Ertrag je nach Ausrichtung und Modulwinkel. Eine flachere Ausrichtung ist vor allem im Sommer gut, gegenüber eine steileren im Winter. Flacher liegende Module sind jedoch effizienter durch den Tagesverlauf der Sonne.
Solar Batterie Laderegler Schaltung
Schön beisammen: Batterie, Laderegler und Schaltung für die LED Leisten
Da der Laderegler bei mir bisher nicht warm geworden ist, könnte man diesen auch direkt auf Holz aufschrauben. Jedoch betreibe ich darüber nur LEDs und ein kleines 20Watt Modul hängt daran.
Die Fotos sind von meinem Versuchsaufbau. Vermeide Lüsterklemmen und nutze ordentliche Batterie-Polklemmen. Fotos werden hier bald ausgetauscht.
Lesetipp: Den richtigen Laderegler finden
Das Solarmodul sollte möglichst über den ganzen Tag Sonne erhalten. Hast du kein schräg zur Sonne ausgerichtetes Dach (so wie ich), baust du dir einfach eine 45 Grad Halterung für das Solarmodul selbst. Auch könnte man das Photovoltaik-Modul direkt an die Wand schrauben (Hinterlüftung beachten).
Lesetipp: Ausrichtung des Solarmoduls für mehr Ertrag
Alternativ eine Idee, das Solarmodul ans Garagentor zu hängen. Beachte dazu aber den Regenschutz.
Auch wenn das vorgestellte Solarmodul 5 Jahre Herstellergarantie besitzt, musst du so verbauen, dass kein Regen an die hinteren Kontakte kommen und auch starker Wind das Modul nicht fortfliegen lassen. Damit die Herstellergarantie nicht verfällt, muss das Modul festgeklemmt oder die vorgebohrten Löcher des Alurahmens genutzt werden. Der Rahmen darf nicht angebohrt werden, denn dann verfällt die Garantie.
Für deine Verbraucher, in diesem Fall eine LED Leiste oder Kette zur Beleuchtung, musst du selbst wissen wohin. Beachte bitte, das LEDs nicht weit strahlen und nicht wie eine Glühlampe oder Leuchtstofflampe etwas ausleuchten. Mehr wie ein Spot leuchten diese punktuell. Es empfiehlt sich, gerade in einer größeren Garage, mehrere LED Leisten zu verwenden.
In meinem Fall 2,5m für jede Fahrzeugseite und 1,5m an der Fahrzeugfront. Siehe Foto. Das Licht ist so hell, dass auch am Fahrzeug gearbeitet werden kann. In einer neueren Version (Bilder folgen demnächst), habe ich zwei 10m selbstklebende LED Leisten genutzt. Auch das funktioniert sehr gut. Im Grunde kann man mit der kleinen 12V Spannung nicht viel falsch machen.
Falls du gern 230V Wechselspannung nutzen willst, um mit dem Solarakku z.b. ein Kühlschrank oder Radio zu betreiben, ist ein Spannungswandler notwendig. Wechselrichter übernehmen diese Aufgabe zuverlässig. Diese gibts von billig bis sehr teuer. Beachte, ob diese ein Rechtecksignal oder reines Sinus ausgeben. Reine Sinus-Wandler sind teurer, aber alle Geräte funktionieren damit. Wichtig: Der Wechselrichter hat ein Schraubanschluss für die Erde. Diesen könnte man aus der Netz-Steckdose nehmen. Aber auch ein geerdeter Heizkörper wäre möglich.
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LED Leiste: Garagenbeleuchtung mit Solarstrom
Wirkt etwas dunkel. Ein Flutlicht ist es auch nicht. Aber eine sparsame Beleuchtung aus der täglich nachladenden Solar Auto-Batterie.
2. Verkabelung: Der Aufbau der Anlage - was mit wem zusammen?
Die Verkabelung ist einfacher, als man sich das vorstellt. Wir beginnen am Laderegler.Der Laderegler hat 3 Anschlüsse:
- Solarmodul
- Batterie
- Verbraucher
Und so einfach wird das ganze auch angeschlossen. Die Kabel werden per Klemme, welche am Laderegler bereits vorhanden ist, zu den einzelnen Bauteilen gezogen. Plus und Minus beachten!
Nutze zur einfachen Erkennung am besten unterschiedliche Kabelfarben, Beispielsweise Rot für Plus, Schwarz für Minus.
Die Batterie wird als Erstes angeschlossen, damit der Laderegler die gewünschte Systemspannung (12V, 24V etc.) erkennt. Verwende Polklemmen und in der Plusleitung eine Sicherung nahe am Akku.
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Das Solarmodul sollte noch abgedeckt bleiben! Dazu mehr bei 3. - der letzte Check vorm einschalten.
Das Solarmodul wird mit Solarkabel zum Laderegler verbunden. Ich empfehle MC4 Stecker zu verwenden, da diese wasserfest sind. Solarkabel haben einen dicken Mantel und sind Ozon- und UV-fest. Die Kabel gibt es fertig zu kaufen, sodass Löten und Crimpen entfällt.
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Ein Bild, wie ich mir selbst eine LED Lampe aus selbstklebenden LED Streifen gebaut habe. Eine Zugentlastung fürs Kabel ist ebenfalls sinnvoll. Für kleine Verbraucher, die wenig Strom ziehen, können einfache zweipolige oder auch einpolige Kfz-Kabel verwendet werden. Hier noch mal der Hinweis auf Kabelquerschnitt und -farbe / Polung achten.
LED Solar Leiste selber bauen
Vergleich: an (im dunkeln) / aus (im hellen). Der Bau einer LED Leiste ist einfach. Dadurch das diese selbstklebend ist, musst du nur die 12V Plus und Minus anlöten. Ebenfalls ist eine Zugentlastung zu sehen.
3. Der letzte Check vorm einschalten
Überprüfe bitte alle Kabel auf die richtige Polung und auf festen Sitz.Danach kannst du die Abdeckung vom Solarmodul entfernen. Es sollte auch ohne Sonnenschein tagsüber der Laderegler angehen. Eine LED für PV (Photovoltaik) signalisiert, wenn das Solarmodul Strom liefert.
Hast du nur LEDs als Verbraucher, kannst du diese nun zum Testen einschalten. Das Modul müsste dafür ausreichend Strom auch bei bedecktem Himmel liefern.
Klemmst du das Solarmodul ab, funktionieren die Anlage auch nur mit Batterie.
4. Empfehlungen und Problemlösungen
Zum Schluss ein paar Empfehlungen von Dingen, die mir beim Bau und täglicher Nutzung meiner Solaranlage so aufgefallen sind.Lesetipp: Leistungsmessung ist ganz einfach mit einem Messshunt. Das zeigt dir an, wie viel Watt deine Anlage bringt oder gerade davon gezogen wird.
Batterie nachladen:
Eine Woche Dauerregen und Wolken ohne Ende? Deine Batterie kannst du mit einem geeigneten Kfz-Ladegerät aufladen. Man muss diese nicht unbedingt vom Laderegler trennen.
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Akkupflege:
Macht dein Akku häufiger schon zeitig schlapp, könnte dies an der Sulfatierung liegen. Richtiges Vollladen ist bei Bleiakkus wichtig, damit diese nicht so schnell altern. Auch kannst du einen Batterie-Pulser nutzen, welchen die Batterie trainiert. (Der Re-EMF regeneriert und lädt Akkus, diesen kann man sich nur selbst bauen, da dieser nicht im Handel erhältlich ist.)
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Auch kann es ratsam sein, einen Zellenausgleich zu machen. Dabei wird der Bleiakku an die Gasungsspannung geladen. Nach und nach beginnt jede Zelle leichtes Gasen, sodass die Unterschiede ausgeglichen werden. Wichtig: Nur in belüfteten Räumen! Für Gel- und Vlies-Akkus geht der Zellenausgleich nur bedingt. Kochen diese, gibt es kaum eine Möglichkeit Wasser nachzufüllen. Manche Laderegler haben eine Zellenausgleich-Funktion - bspw. mein Victron Laderegler. Danach geht dein Akku wieder richtig ab und liefert lange Strom.
Gut zu Wissen: Beim Kochen eines Bleiakkus (Gasung) verdampft nur das Wasser, nie der Elektrolyt. Daher wird immer nur destilliertes Wasser nachgefüllt, keine Batteriesäure (Schwefelsäure).
Zudem wird bei Gasung Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt (Elektrolyse). Am oberen Rand jeder Zelle verbinden sich Wasserstoff und Sauerstoff wieder zu Wasser und fliesen in die Batteriezelle zurück.
Solarmodul lädt den Akku zu langsam oder gar nicht?
Bleiakkus ziehen nur soviel Strom, wie dessen Bauart es erlaubt. Auch ziehen diese mehr Strom, je geringer deren Ladungszustand ist. Wenn dein Solarmodul zwar viel Leistung hat, aber nichts oder wenig in den Akku geladen wird, ist dieser voll oder der maximale Ladestrom ist erreicht. Siehe dazu auf das Datenblatt des Akkus.
Beispiel: Ein 7,2Ah 12V Akku zieht bspw. 2A beim laden. Wundere dich nicht, wenn dein Solarmodul 7A kann, aber nur 2A in den Akku gehen. Hier sind einfach dickere Akkus erforderlich (mehr Kapazität).
Spannung prüfen
Durch die frei zugänglichen Klemmen am Laderegler kann wunderbar mit einem Voltmeter / Multimeter die Batteriespannung geprüft werden. Ebenso wie hoch die Ladespannung vom Modul ist.
Kleine Solaranlage selber bauen Photovoltaik
Manche Laderegler schicken pulsweise Strom am Last-Ausgang (Load). Oder eine abgeklemmte Batterie kann für Flackern des Lichtes sorgen.
Diesen kann man mit einem Kondensator zu Leibe rücken. Ein Kondensator ist ähnlich wie ein Akku. Er glättet auch die Spannungsimpulse sehr gut und gibt gleichmäßig Strom ab. Vereinfacht gesagt.
Kondensatoren findest du in alten Radios, Netzteilen usw. Wichtig ist, dass diese über 12 Volt aushalten (am besten mindestens 20V). Die Kapazität ist nicht ganz so wichtig, da wir keine Abschaltdimmung bauen wollen. Wichtig ist die Polung! Ein Kondensator wird an Plus und Minus geschaltet, ähnlich einer Batterie. Am Kondensator wird meist der Minuspol gekennzeichnet durch einen andersfarbigen Strich. Bei Verpolung: Explosionsgefahr! Ebenso bei Überschreitung der Spannung.
Alternative zur kleinen Solaranlage: eine mobile Notstrom Solar-Powerstation
Dazu habe ich eine Themenreihe erstellt und zeige dort den Bau meiner Solar-Powerstation, welche neben Solarmodulen, Akkus und Licht, auch einen 230V Wechselrichter integriert hat. Das Ganze ist super mobil und wenn im Garten oder anderen stellen des Hauses Strom benötigt wird, nimmt man diese einfach mit.
Den Startbeitrag zur mobilen Notstrom Power-Station gibt es hier.
Die kommerziellen Produkte dazu sehen so aus:
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