Erstellt von Marcus | 24.01.2020
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Die Dimensionierung von Akkus und Solarmodule ist nicht ganz so einfach. Im Sommer zu viel, im Winter zu wenig. Auf zwei verschiedenen Arten berechnen wir Module und Akkus.

Inhaltsverzeichnis:

Stromverbrauch ermitteln

Als erstes sollten wir wissen, wie viel Strom wir pro Tag verbrauchen. Je nachdem fĂŒr was die Solaranlage eingesetzt werden soll, muss ein durchschnittlicher Verbrauch ermittelt werden.

FĂŒr die Schuko-Steckdosen mit 230V im Haushalt gibt es gĂŒnstige MessgerĂ€te, welche zwischen Steckdose und Verbraucher gesteckt werden. Diese ermitteln und zeichnen den kWh Bedarf auf.
Einen Artikel dazu gab es bereits: Stromverbrauch messen und senken: In jedem Haushalt lÀsst sich Strom sparen.

Auch kann dein StromzĂ€hler Aufschluss ĂŒber deinen Verbrauch geben. Aber die wenigstens werden wohl ihren Strombedarf der ganzen Wohnung ĂŒber Solarenergie decken wollen oder können.

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Ist dein tĂ€glich durchschnittlicher Verbrauch ermittelt, haben wir den ersten Wert fĂŒr nachfolgende Berechnungen. Mein Tagesverbrauch liegt bei etwa 2,5 kWh, welchen ich fĂŒr die Beispielrechnungen heranziehe.

Hilfreiche BeitrÀge:

Strom von den Solarmodulen oder Akkus nutzen?

Berechnet man die Ladeleistung von Akkus, wird meist ein Verlustfaktor von 1,3 einbezogen. In meinem Akku Laderechner habe ich dies ebenfalls mit einbezogen. Li-Ion Akkus haben weniger Verluste als Blei-Akkus.

Du kannst den Solarstrom entweder direkt verbrauchen oder Akkus laden und (wieder mit etwas Verlust) diesen Strom nutzen. In jedem Fall wird durch den Laderegler nur ĂŒberschĂŒssiger Strom in den Akku geladen und es ist ratsam am Tag, vor allem bei Sonne, die Energie fĂŒr leistungsstarke Verbraucher zu nutzen. D.h. Backofen, Waschmaschine, Klimaanlage, elektrische Heizungen oder Elektroherd. So kannst du Verluste beim laden der Akkus umgehen und schonst zudem die Akkus. Diese sollten möglichst immer voll (Blei-Akku) sein. Lithium Akkus sollten gar nicht permanent voll geladen sein (80% sind ein guter Richtwert). Und je weniger du Akkus entlĂ€dst, umso geringer ist der Verschleiß. Werden nur wenig Prozente des Akkus entladen und wieder geladen, entspricht es auch nicht einer vollen Zyklenzahl. Die meisten Akkus haben eine Angabe der Zyklenzahl. Ältere Li-Ion z.b. 500 Zyklen.

Interessiert dich das genauer, gibt es hier bereits entsprechende Themen ĂŒber den Blei-Akku und Ladeverfahren.

Wie viel Solarpower benötige ich?

Eine erste Frage ist zuvor, wann und wofĂŒr du Solarstrom nutzt.
Möchtest du aber vor allem am Tag den Strom nutzen, kann die Akkubank kleiner ausfallen, die Solarmodule sollten jedoch ausreichend Power haben. Wer vor allem in den Abend- oder Nachtstunden Strom benötigt, braucht Stromspeicher.

Eine Fastregel ist die 1:1:1 Strategie fĂŒr Solaranlagen. Verbrauchst du im Jahr beispielsweise 5000 kWh, sollte eine 5 kWp (p steht fĂŒr Peak) Solarmodul-Anlage und einen 5 kWh Akku ein Richtwert darstellen. Ein 12V 417 Ah Akku entspricht rechnerisch 5000 Wh (5 kWh) Formel: Ah x Nennspannung z.B. 12V. Beachte hier noch Ladeverluste und maximale Entladetiefe.

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In einem Beitrag hatte ich Solarenergie und Windkraft im Vergleich. In der dort angefertigten Statistik ist die Sonnenausbeute ĂŒber das ganze Jahr aufgezeichnet und zeigt, wie wenig Solarstrom im Winter gewonnen werden kann.

Das sogenannte "Tal der TrĂ€nen" im Dezember und Januar. Je nach Überdimensionierung der Anlage kann das Tal der TrĂ€nen auch schon November bis Februar sein.

Statistik zu Sonnenstunden und Windenergie-Einspeisung Werte nach versch. Quellen (siehe unten). Durchschnittswerte fĂŒr Deutschland nach Monat im Jahr 2016/2017 © Wohnen-Heimwerken.de

Statistik zu Sonnenstunden und Windenergie-Einspeisung
Werte nach versch. Quellen (siehe unten). Durchschnittswerte fĂŒr Deutschland nach Monat im Jahr 2016/2017

Ich möchte dir damit aufzeigen, dass man hier einen Kompromiss eingehen muss. Entweder ist die Solaranlage ĂŒberdimensioniert und damit teuer (Amortisationszeit), oder fĂŒr den Winter deutlich unterdimensioniert. Der Blick zur Windkraft kann nicht schaden und vielleicht ist es in deiner Region auch angebracht. Neben Sonne und Wind gibt es unzĂ€hlig weitere erneuerbare Energien.

Berechnung von Solarmodul-Leistung und Akkubank

Gehen wir davon aus, dass wir vor allem am Tag den meisten Strom nutzen. Der Tagesbedarf, zumindest bei mir, sind höchstens 2,5 kWh. Entsprechen etwa 900 kWh pro Jahr. Das liegt auch daran, das ich bereits mehrere kleine Inselanlagen betreibe und mir so gut es geht den Netzstrom spare.

Es mĂŒssen also 2500 Wattstunden innerhalb 24h bereitstehen.

Schauen wir in die Statistik zu den Sonnenstunden wird klar, dass zwischen allen Monaten eines Jahres pro Tag 4,5 Stunden durchschnittlich Sonne zur VerfĂŒgung stehen. Dabei mĂŒssen wir einberechnen, dass an einigen Tagen, vielleicht auch mal 2 Wochen, keine Sonne auf die Photovoltaikanlage scheint. Es muss also wieder zwischen Überdimensionierung und SpeichergrĂ¶ĂŸe (Sicherheit) und stromfreien Tagen abgewogen werden.

Bitte beachte bei der ganzen Rechnung, dass die Power einer Sonnenstunde davon abhÀngt, wie nach bzw. weit weg diese ist. Im Winter steht diese Tiefer und hat einen lÀngeren Weg zum Photovoltaikmodul. Checke die Globalstrahlung nach Monat und berechne den hohen Verlust in den Wintermonaten mit ein!
Deutscher Wetterdienst (dwd.de / Strahlungsdaten)

Kurzer Erfahrungsbericht: Im Winter bei Sonne bringt meine Anlage weniger als 50% der Nennleistung.

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In den durchschnittlich 4,5h Sonnenstunden mĂŒssen 2500 Wh erzeugt werden. Das sind umgerechnet 556 Watt pro Stunde (bei 4,5h). 1W x 1h = 1Wh.
Formel: 2500Wh : 4,5h = 555,6W pro Stunde.
Die Solarmodule mĂŒssen also mindestens diesen Wert von 556 Watt Nennleistung erreichen.

Meine ca. 15 Jahre alten deutschen Module haben einige SchwĂ€chen, die aus China sind von vornherein bisher mit mehr Leistung als angegeben geliefert wurden (110 Watt, angegeben 100 Watt). Hier ist die Degradation auf der Leistungsgarantie hĂŒbsch mit eingerechnet. Aber das in einem anderen Artikel.

Nun wissen wir, dass unsere Solarmodule mindestens 556 Watt Leistung haben mĂŒssen, um den durchschnittlichen Tagesbedarf von 2,5 kWh zu decken. Durchschnittlich ĂŒbers Jahr!

Lesetipp: Sonnenstunden pro Jahr (und Monat) in Deutschland - 100% Autarkie erreichen möglich?

Wir könnten fĂŒr weniger sonnige Tage einfach mit mehr Stromspeicher arbeiten, aber um diesen zu fĂŒllen, mĂŒssen wir Energie von den Modulen entnehmen. Es wird uns also nichts anderes ĂŒbrig bleiben, mehr Solarmodule zu nutzen. Das gute: die kosten nur noch sehr wenig!

Schaut man sich die Modulpreise an, die die Investition nicht mehr so teuer wie noch vor einigen Jahren. Du kannst im Schnitt mit 1 Euro pro Watt rechnen. Je mehr Power ein Modul hat, desto gĂŒnstiger ist es oftmals. Ein guter Preis sind 0,50 Euro pro Watt.

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Unsere Rechnung im Überblick:
Tagesbedarf, soviel mĂŒsste pro Stunde rein:
2,5 kWh x 1000 : 24h = 105 Watt pro Stunde (z.b. auch andere erneuerbare Energien interessant)

Tagesertrag nur Solar decken (bei durchschnittlich 4,5h Sonne pro Tag):
2,5 kWh x 1000 : 4,5h = 556 Watt

Verluste von 20-30% einkalkulieren! Beim laden von Akkus und das umrichten auf Wechselstrom oder andere Spannungen, ist nicht verlustfrei. Auch tief stehende Sonne im Winter hat weniger StrahlungsstÀrke.

Das ganze gibt es hier nun online als Rechner: Solarmodul-Leistung Rechner zur Tagesbedarfsdeckung

Der Solar-Stromspeicher

WĂŒrden wir uns an die oben genannte 1:1:1 Faustregel halten, mĂŒssten wir fĂŒr die Beispielanlage einen etwa 2,5kWh Akku nutzen. Da im Privathaushalt (E-Auto einmal ausgenommen) Nachts wohl kaum Strom verbrauchen und Akkus teuer sind, kann der Akku meiner Meinung nach kleiner ausfallen. Bei Hausbesitzer ist das wieder anders, siehe Heizung, Wasserpumpen, KlĂ€ranlage etc.
Ein Akku muss uns durch schlechte Tage bringen können. Zudem ist wichtig, dass nicht die ganze KapazitĂ€t eines Akkus genutzt werden kann, um nicht in die Tiefentladung zu rutschen. Ebenso möchten wir nicht tĂ€glich (gar mehrmals tĂ€glich) einen vollen Akkuzyklus. Halten wir uns nahe an der Faustformel und unserer Beispielrechnung, wĂŒrden z.b. Bleiakkus in der GrĂ¶ĂŸenordnung von 2500 Wh verbaut werden, entsprechen das 208Ah (Wh : V = Ah). Da wir nicht die ganze KapazitĂ€t nutzen wollen und können, muss dieser natĂŒrlich grĂ¶ĂŸer ausfallen. In der Regel 50% grĂ¶ĂŸer!

Lesetipp: Sonnenstunden pro Jahr (und Monat) in Deutschland - 100% Autarkie erreichen möglich?

Als sehr interessant erachte ich die neuen Li-Ion und LiFePo4 Speicher. Diese sind noch recht teuer, haben gegenĂŒber den Blei-Dinosauriern viele Vorteile:
  • Hohe Ladezyklen
  • MĂŒssen nicht immer voll sein
  • mehr entnehmbare KapazitĂ€t
Rechnet man sich die Vorteile, insbesondere Ladezyklen ein, sind diese im Schnitt sogar gĂŒnstiger als Blei Batterien.

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Akku Empfehlung?

FĂŒr den stationĂ€ren Betrieb eignen sich auch schwere Blei-Akkus. Eine vernĂŒnftige Solarbatterie oder ein moderner Li-Ion Speicher sind die sorgenfreien Systeme. Nutzt du ein Hauskraftwerk mit Netzstromeinspeisung oder Netzstrombezug mit Solarvorrang (Beispiel die E3 DC GerĂ€te), sind oftmals die neuen Li-Ion Akkus die Standartwahl. Diese sind noch sehr teuer und meiner Meinung nach ist ein Pufferspeicher mit Blei-Akkus einfach kostengĂŒnstiger. Im Zuge der E-Autos wird sich das demnĂ€chst sicher Ă€ndern.

In 3 meiner Anlagen sind ein Verbund zyklenfeste Gel-Akkus verbaut. Beansprucht man diese nicht zu sehr, liefern diese stĂ€ndig zuverlĂ€ssig Strom. Die angegebene Zyklenzahl meiner ersten kleinen Anlage (Zyklenzahl 500) habe ich um das 3-fache bereits ĂŒberschritten. Die KapazitĂ€t ist geringer geworden, aber kein Grund diese vorzeitig auszutauschen. Anders sieht das bei den USV (unterbrechnungsfreie Stromversorgung) aus. Diese sind öfters zu wechseln und in meinen Augen ist das einfach eine zu harte Beanspruchung und das falsche Lade- und Entladeverfahren was die Akkus extrem altern lĂ€sst.

In der Rechnung nicht enthalten:
Im Winter bringen Solarmodule nicht die volle Leistung, da die Sonne sehr tief steht. Hier absorbiert die AtmosphĂ€re viel Energie (Stichwort: Air Mass Coefficient / Luftmasse Koeffizient). Auch der Winkel der Module ist mitentscheiden. Im Hochsommer und bei stark aufgeheizten Solarmodulen, könnte die Nennleistung ebenfalls nicht ganz erreicht werden. Hierbei lohnen sich Solartracker, die als Schnittstelle fĂŒr Smartphone-Apps oder PC Programme in hochwertigen Ladereglern (meist MPPT) enthalten sind.
Nach bestem Wissen und Gewissen.
Sonnige GrĂŒĂŸe, dein

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