Autarke Wohnmobile Teil 2: Solar Komponenten

Nachdem wir jetzt wissen, daß wir von Sonne, Wind, Brennstoffstelle, als auch von unserer Lichtmaschine Strom erzeugen und in den Bordbatterien speichern können, wollen wir in diesem Teil des Beitrags uns voll und ganz auf die einzelnen Komponenten der Solaranlage im Wohnmobil konzentrieren.

Die Solaranlage im Wohnmobil kannst Du mit den einzelnen Komponenten nachträglich selber einbauen, oder den Service vom Fachbetrieb nutzen. Einige Fachbetriebe mit Einbauservice findest Du hier:

• Amumot
• Fulsol
• Fraron
• WCS Goch
• UN Car Service
• Transwatt
• Carmotion Hamburg

Die autarke Stromversorung im Wohnmobil kannst Du auch mit verschiedenen Ausbaustufen erreichen. Das nachfolgende Beispiel ist von einem Freund aus den USA, der sein erstes Wohnmobil mit der Stufe 1 begonnen hat, um dann auf längeren Reisen seine Erfahrungen zu sammeln, und konnte mit der Stufe 3 ein autarkes Leben in seinem nächsten Wohnmobil von 20 Tagen erreichen.

1. Solarmodule & 12 Volt Nassbatterien
2. Lithium Batterien & Inverter
3. Inverter auf 120 Volt erweitern

Nach den Vorworten geht es jetzt RICHTIG los…

Inhaltsverzeichnis:

• Solarmodule
• Batterien
• Batteriecomputer
• Laderegler
• Ladegeräte
• Wechselrichter
• Zubehör

Solarmodule

Ein Solarmodul oder Photovoltaikmodul wandelt das Licht der Sonne direkt in elektrische Energie um. Das Modul besteht aus Solarzellen, die in Serie oder parallel geschaltet sind. Solarmodule sind als flexible und starre Ausführung verfügbar. Starre Solarmodule bestehen üblicherweise aus siliziumbasierten Solarzellen, die auf einen Aluminiumrahmen montiert und von einer Glasplatte abgedeckt sind. Die Solarzellen werden hier mechanisch durch das Modul vor Umwelteinflüssen geschützt, z. B. Hagel oder Korrosion. 

Wikipedia

Monokristalline Solarmodule: Die ausgereifte Technologie der monokristallinen Photovoltaikzellen ist erforscht, und vom Hersteller gibt es Leistungsgarantien von 20 Jahren aufgrund positiver Langzeiterfahrungen. Mit einem Wirkungsgrad von 20 % erreicht diese Art von Solarmodul beeindruckende Solarerträge, die auch im Schatten oder bei schwachen Lichtverhältnissen realisierbar sind. Die monokristallinen Solarzellen sind sehr robust, und zeichnen sich durch eine extrem lange Lebensdauer aus.

Monokristalline Solarmodule erreichen aufgrund aufwendiger Herstellungsverfahren eine hohe Qualität. Daher sind sie im Vergleich zu anderen Solarzellen aber auch teurer. Für ihre Herstellung wird zudem viel Energie benötigt und ihr Rohstoffeinsatz ist damit vergleichsweise hoch. Die Umweltbilanz monokristalliner Solarmodule schneidet damit im Vergleich zu den anderen Modultypen schlechter ab. Sie sind besonders geeignet für den Einsatz auf kleinen Dachflächen, auf denen sich mit monokristallinen Solarmodulen hohe Solarstromerträge erzielen lassen.

Polykristalline Solarmodule: Polykristalline Module (auch multikristalline Solarmodule genannt) sind bislang der verbreiteteste Solarmodultyp am Markt. Das liegt insbesondere an ihrem sehr guten Preis-Leistungsverhältnis. Sie sind ebenfalls sehr robust und wenig anfällig für äußere Umwelteinflüsse. Günstiger in der Anschaffung als monokristalline Module, verfügen jedoch über einen höheren Wirkungsgrad als Dünnschichtmodule.

Polykristalline Module werden aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt, also genauso wie die monokristalline Module. Hier bestehen jedoch Unterschiede im Herstellungsverfahren im Vergleich zu dem der monokristallinen Module. Die monokristallinen Module werden in einem Schmelzverfahren hergestellt werden, wobei die Wafer der polykristallinen Module aus einem Block in einem Gussverfahren hergestellt werden. Hierbei werden unterschiedliche Gießverfahren verwendet.

Bei diesem Verfahren können sich die Kristalle nicht so gleichmäßig anordnen, wie bei dem Schmelzverfahren zur Herstellung monokristalliner Module. Aus diesem Grund ordnen sich die die Kristalle unregelmäßig in den Modulen an, und man spricht von einer inhomogenen Kristallstruktur. Die inhomogene Kristallstruktur beeinflusst die Qualität und damit den Wirkungsgrad der Module. Im Vergleich zu den monokristallinen Modulen mit 20 %, liegt der Wirkungsgrad polykristalliner Module im Durchschnitt nur bei 12 bis 16 Prozent.

Da die polykristallinen Module weniger aufwendig in der Herstellung sind als monokristalline Module und somit preiswerter, jedoch über einen höheren Wirkungsgrad als Dünnschichtmodule verfügen, ist ihr weltweiter Marktanteil derzeit am höchsten.

Amorphe Solarmodule (CIS): Amorphe Solarzellen sind aufbautechnisch betrachtet eine dünne, nichtkristalline (daher: amorphe) Siliciumschicht, die aufgedampft wird. Augrund der geringen Höhe werden sie auch als Dünnschichtzellen bezeichnet.

Diese Amorphe Solarzellen finden häufig Verwendung in Taschenrechnern und Uhren. Die Amorphe Solarzellen haben eine dunkelbraune Oberfläche und sind sehr biegsam. Neben dem niedrigen Preis, haben die Amorphe Solarzellen 2 große Nachteile. Nämlich die geringe Lebensdauer als auch der sehr niedrige Wirkungsgrad von nur etwa 10 Prozent.

Hinweis: Trotz des höheren Preis schätzen die meisten Nutzer den hohen Wirkungsgrad und die lange Lebensdauer der Monokristalline Solarmodule für den Einsatz einer autarken Solaranlage im Wohnmobil.

Faltbare Solarmodule: Faltbare Solarmodule oder auch als Solarkoffer bezeichnet sind sehr sinnvoll, wenn Du keinen Platz auf dem Dach hast, keine Löcher bohren willst, Dein Stellplatz von Bäumen bedeckt wird, oder weil Du diese faltbaren Solarmodule in Kombination mit Deinen festmontierten Solarmodulen verwenden möchtest.

Ein riesiger Vorteil dieser faltbaren Solarmodule liegt in der Möglichkeit, sie optimal auf die direkte Sonneneinstrahlung auszurichten. Im Vergleich zum installierten System auf dem Dach des Wohnmobils, kann dies im Winter zu einem Mehrertrag von 100 % an Strom führen.

Diese etwa vier Zentimeter starken faltbaren Solarmodule finden in einer Tasche Platz, und lassen sich somit ganz leicht überall im Wohnmobil verstauen. Man könnte auch sagen “Klein aber fein”, denn ein 110 *Wp Solarmodul liefert an einen sonnigen Tag etwa 45 AH, und kann somit die Wasserpumpe, LED-Beleuchtung als auch die Heizung eines kleineren Wohnmobils versorgen.

*Wp = Watt peak, was bedeutet die theoretisch Höchstleistung unter idealen Bedingungen zu erzielen, was in der Praxis kaum möglich ist. Also bitte genügend Reserven bei der Planung berücksichtigen.

Ein solches faltbares Solarmodul in deutscher Markenqualität mit Garantie ist ab ca. 400 Euro zu haben, und kann beim Amomot Shop, dem Vorreiter in Sachen autarkes Leben im Wohnmobil bezogen werden.

Tip: Wenn Du gerade an der Planung der Solaranlage für Dein Wohnmobil bist, dann denke mal an die Möglichkeit, Deine Solarmodule auf dem Dach so zu befestigen, daß zumindest ein Teil davon schräg montiert wird, um bei tief stehender Sonne einen besseren Stromertrag zu erzielen.

Batterien

Glückwunsch! Mit unseren Solarmodulen haben wir es geschafft, bei optimalen Bedingungen Strom von der Sonnenenergie zu produzieren. Damit wir auch autark, also für eine gewisse Zeit unabhängig vom Landstrom bleiben können, müssen wir den gewonnen Strom in unserer Bordbatterie speichern. Bei den möglichen Batterien unterscheiden wir wie folgt:

• Nassbatterie
• GEL-Batterie
• AGM-Batterie
• Lithium-Ionen-Akkus

Nassbatterie: Die Nassbatterie, auch als Bleiakku bezeichnet, ist mit verdünnter Schwefelsäure gefüllt, und in allen Lagen einbaubar. Solange das Gehäuse unbeschädigt bleibt, gilt die Nassbatterie als auslaufsicher. Im Bereich KFZ gilt sie als die gebräuchliche Form, ist die preisgünstigste, aber auch die schwerste Batterie. Da man im Wohnmobil oftmals mit den Grenzen der Zuladung kämpfen muß, scheidet die Nassbatterie für die Solaranlage im Wohnmobil oftmals aus.

Die GEL-Batterie ist eine spezielle Bauform des Blei-Akkumulators, bei dem der Elektrolyt aus flüssiger Schwefelsäure mit Kieselsäure gebunden wird. Bei der GEL–Batterie kann man kein Wasser nachfüllen, da sie vollständig verschlossen ist. Um die Lebensdauer zu erhöhen, sollte man eine GEL-Batterie nur bis maximal 50 Prozent entladen. Neben der Nassbatterie ist die GEL-Batterie auch sehr schwer.

AGM steht für “Absorbent Glas Mat”, und ist eine Weiterentwicklung der GEL-Batterie. Die AGM-Batterie wird häufig auch mit der GEL-Batterie gleichgesetzt. Eine AGM-Batterie hat aufgrund ihrer Konstruktion einen sehr hohen Kaltstart, und darf nicht tiefentladen werden. Der Vorteil dieser Batterien besteht in der schnellen Aufladung, und bei Verwendung eines ausreichenden Wechselrichters, kann man auch höhere Ströme bewerkstelligen.

Lithium-Ionen-Akkus: Dieser Typ von Batterie wird wegen seiner hohen Energiedichte vor allem in Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzt. Seit 2012 findet man sie immer mehr im Wohnmobil an. Da Lithium ein teurer Werkstoff ist, kann man trotz steigendem Trend in Camping- und Freizeitfahrzeugen nicht auf günstige Preise hoffen. Die Vorzüge dieser Batterien sind das leichte Gewicht, die hohe Lebensdauer von mindestens 10 Jahren, die Schnellladefähigkeit, sowie der extrem hohe Wirkungsgrad.

Wer sich für den Typ der Lithium Batterie entscheidet, wird sich ein Komplettkonzept erarbeiten müssen, um das optimale aus Sonne und Geldbeutel herauszuholen. Eine gute und fachgerechte Beratung findest Du bei Andre Bonsch, dem Inhaber vom Amumot Shop.

Tip: Überschüssiger Strom kann zur Vorwärmung von Brauchwasser genutzt werden.

Fazit Batterien

Nassbatterien scheiden meist aus Gewichtsgründen aus. Die GEL- und die AMG-Batterie eignen sich gut für kleinere bis mittlere Reisemobile, wo meist Verbraucher wie LED-Beleuchtung, Wasserpumpe, Computer und Handy benutzt werden. Wer aber autark über eine längere Zeit abseits der Zivilisation stehen möchte, und nicht auf den Komfort von Fön, Heizung oder Kaffeemaschine verzichten will, der braucht unbedingt die Lithium-Batterie.

Batteriecomputer

Damit Du jederzeit einen genauen Überblick über den Ladezustand Deiner Batterien hast, brauchst Du diesen Batteriecomputer, der auch als Monitor bezeichnet werden kann. Außerdem werden verbrauchte Amperestunden, Restlaufzeit, Batteriespannung, aktuell fließende Ströme und je nach Modell die elektrische Leistung in Watt angezeigt. Desweiteren erscheinen Fehler- und Warnmeldungen in der Anzeige (Display), damit man sofort reagieren kann.

Der Batteriecomputer läßt sich nachträglich sehr leicht einbauen, und mit dem Handy verknüpfen. Falls Du ein Handyfreak bist, dann kannst Du auf das Display des Batteriecomputers verzichten, und beim Einbau sogar noch jede Menge Zeit sparen.

Laderegler

Der Laderegler ist das Bindeglied zwischen Solarmodul, Batterie und Verbrauchern, um die unterschiedlichen Spannungen auszugleichen. Er ist ein Muß, um die Batterie zu schonen, und um eine lange Lebensdauer der Batterie sicherzustellen. Ein intelligentes System verhindert mit einer Rückstromsperre, daß bei Nacht der Laderegler als Verbraucher den Akku entlädt.

Es gibt zwei verschiedene Laderegler:

• PWM = Pulsweitenmodulation, auch Shunt bezeichnet
• MPPT = Maximum Power Point Tracking

Der MPPT Laderegler, der auf den optimalsten Punkt der Sonneneinstrahlung setzt, kann manchmal bis 20 % mehr Leistung erzielen, als der PWM Laderegler. Daher hat sich der MPPT am Markt durchgesetzt, weil der Mehrpreis durch den erhöhten Ladestrom sich bezahlt macht.

Die MPPT Solar Laderegler von Victron Energy sind für den professionellen Einsatz gebaut und eignen sich ausgezeichnet für den sorglosen Betrieb im Wohnmobil. Victron Energy hat mit seiner BlueSolar & Smartsolar Serie Produkte entwickelt, die auch mit härteren Bedingungen wie extremen Staub sowie höchsten Temperaturen in der Wüste bestens klar kommen. Das wird sichergestellt mit einer lüfterlosen Bauweise, sowie zahlreichen Schutzfunktionen.

Um dem Komfort Rechnung zu tragen, hat Victron Energy seine Laderegler mit Bluetooth ausgestattet, und somit kannst Du Dein Handy damit verknüpfen. Mir der mitgelieferten App kannst Du sehen, vieviel Strom geladen wird, den Ladezustand der Batterie in Prozent, sowie alle Werte der Vergangenheit. Ebenso stellst Du die Werte Deiner angeschlossenen Batterien ein. Falls Du mal etwas an Deiner Batterie machen mußt, sorgt eine Abschaltfunktion des Ladereglers ebenso für eine sichere Arbeit.

Tip: Falls Du Lithium Batterien verwenden möchtest, dann achte darauf, daß sich die Ladeerhaltungsspannung Deines Ladereglers auf max.13,5 Volt einstellen lässt.

Ladegeräte

Wenn man also nicht genügend Sonnenlicht erhält, um seine Batterien aufzuladen, kann man auf die Lichtmaschine oder den Landstrom zugreifen. Für beide Fälle benötigt es ein Ladegerät, das zur Batterie passen muß.

Die Batterien haben je nach Typ (Nass/GEL/AMG/Lithium) unterschiedliche Ladekennlinien, mit jeweiligen Lebenszyklen, die ein gutes Ladegerät berücksichtigt. Ebenso achtet das Ladegerät im Wohnmobil auf den richtigen Zeitpunkt der notwendigen Ladung, und das vollautomatisch. Auf Deiner App siehst Du jederzeit was vor sich geht, und bekommst eine Warnmeldung, falls was schief laufen sollte. Das sind die verschiedenenen Ladegeräte:

• Netzladegerät
• Ladebooster
• DC-DC Wandler
• Kombigerät

Netzladegerät: Egal ob 12-Volt oder 24-Volt Betriebssystem, beide Varianten stehen zur Verfügung. Gute Geräte haben zwei Ladeausgänge, die das gleichzeitige Laden von Starter- und Verbrauchsbatterie ermöglicht. Ein eingebauter Wächter kontrolliert die Temperatur und schützt somit automatisch vor Überhitzung und Überlastung. Je nach Bedarf kannst Du Dein Netzladegerät mit 20 Ampere bis 50 Ampere bestellen.

Ladebooster: Ein Ladebooster auch Ladewandler oder B2B (Batterie zu Batterie) genannt, ist sinnvoll wenn Du im Winter unterwegs bist, oder in Gebieten, wo wenig Sonnenlicht Deine Batterien aufladen kann, und Du kein Anschluß an Landstrom hast. Die Aufgabe des Ladeboosters ist es, während der Fahrt, den von der Lichtmaschine erzeugten Strom, nach Aufladung der Starterbatterie in die Bordbatterie umzuleiten.

Wenn die Fahrt lange genug ist, kann die Bordbatterie zu 100 Prozent aufgeladen werden. Sollte auch gleichzeitig Strom vom Solarmodul kommen, regelt das System die Ladespannung, um die Überladung der Bordbatterie zu verhindern.

Gleichzeitig muß ein gutes Gerät sicherstellen, daß alles automatisch funktioniert, und daß die Starterbatterie zu jeder Zeit vollgeladen ist. Ladebooster stehen für 12-Volt oder 24-Volt zur Verfügung, und kommen auch im Wohnwagen zum Einsatz. Was den Ladestrom angeht, sind die gängigen Modelle zwischen 20A und 90A erhältlich.

Je nach eingebautem Konzept, läßt sich somit auch mit Leerlaufbetrieb die Batterie aufladen. Hierzu sollte man jedoch den jeweiligen Hersteller/Lieferant fragen, wie lange die maximale Dauer sein sollte.

Hinweis: Es gibt Wohnmobile, die mit Ladebooster und Lithium Batterien vollständig autark unterwegs sind.

DC-DC Wandler: Ein solches Gerät ist sinnvoll, wenn Du eine 24-Volt Starterbatterie hast, und das Fahrzeug etwas länger steht, und sich dabei die Starterbatterie entlädt. Damit bei Abfahrt Dein Wohnmobil wieder anspringt, kannst Du mit Hilfe des DC-DC Wandlers Deine Starterbatterie über die Bordbatterie aufladen. Dank eines Batteriecomputers läßt sich dieser Vorgang ferngesteuert programmieren.

Ein Ähnliches Gerät nennt sich “Standby-Charger”, das dafür sorgt, daß die Starterbatterie, immer zu 100 Prozent geladen ist. Dieses Gerät gibt es sowohl für 12-Volt als auch für 24-Volt Batterien.

Den Standby-Charger kann man sehr einfach nachrüsten, ohne die vorhandene Verkabelung ändern zu müssen. Du schaltest das Gerät einfach zwischen Bord- und Startbatterie oder Bord- und Zusatzbatterie.

Kombigerät: Kombigeräte werden eingesetzt, wenn man Platz sparen möchte, oder Spaß am Selbstausbau hat. Das sind die zwei Kombinationen:

• Batterieladegerät & Ladewandler
• Ladegerät & Ladebooster & Laderegler

Batterieladegerät & Ladewandler: Eine Option, die nur für besondere Zwecke eingesetzt wird und dabei der Starterbatterie mehr Ladestrom zur Verfügung stellt.

Ladegerät & Ladebooster & Laderegler: In einem einzigen Gerät kann ein 12-Volt Kombilader gleichzeitig Starter- und Bordbatterie aufladen. Das integrierte 230-Volt Batterieladegerät arbeitet Hand in Hand mit dem MPPT Solarregler, der allerdings nur mit einer geringen Solarspannung arbeitet. Deshalb können mehrere Module nicht in Reihe gehalten werden.

Tip: Ebenso wie beim Laderegler müssen Ladegeräte für den Einsatz von Lithium Batterien das Einstellen der Ladeerhaltungsspannung auf max.13,5 Volt zulassen können.

Wechselrichter

Der Wechselrichter wird auch Spannungswandler, Umformer oder gar Umrichter genannt, und im englischen trägt er den Namen “Inverter”. Mit einem Wechselrichter erhält man sich den Komfort, unabhängig vom Landstrom, sein 12-Volt oder 24-Volt Netz in 230 Volt umzuwandeln. Damit kann man jedes Haushaltsübliche Gerät wie Kaffeemaschine, Haarfön, Heizlüfter autark im Wohnmobil betreiben. Wechselrichter werden in einer Bandbreite von 300 Watt bis 3.000 Watt angeboten. Diese verschiedenen Wechselrichter gibt es:

• Wechselrichter modifizierter Sinus
• Sinus Wechselrichter
• Kombigeräte

Wechselrichter modifizierter Sinus: Günstiges Modell, das für einfache Haushaltsgeräte geeignet ist. Eine elektrische Zahnbürste wird bei diesem Wechselrichter sofort seinen Geist aufgeben.

Der Sinus Wechselrichter kann bedenkenlos sämtliche elektrische Geräte betreiben. Bei einem großen Wechselrichter sollte man unbedingt Lithium Batterien verwenden. Welchen Welchselrichter Du für welches Gerät verwenden kannst, siehst Du auf folgender Tabelle:

Wechselrichter modifizierter Sinus	Sinus Wechselrichter
Heizlüfter	Zahnbürste
Einfache Kaffeemaschine	Senseo Kaffeemaschine
Haarfön	Netzteil Computer
Glühlampe	Stabmixer
Grill	Thermomix

Ein Kochfeld hat 2.000 Watt und braucht unter Umständen einen anderen Wechselrichter als eine elektrische Zahnbürste mit 300 Watt. Ebenso muß der Wechselrichter zur Batteriekapazität passen.

Neben der genauen Dimensionierung des Wechselrichters, müssen Kabel mit richtigem Querschnitt verwendet werden, als auch auf größte Sorgfalt bei der Verschraubung dieser am Wechselrichter geachtet werden.

Tip: Wenn Du kein Fachmann bist, laß Dich vor dem Einbau beraten, oder gleich den Service eines Fachbetriebes in Anspruch nehmen.

Zubehör

Damit Du Deine Solaranlage im Wohnmobil richtig befestigen kannst, und das ganze System solide und korrekt installiert und verbunden werden kann, brauchst Du das passende Zubehör. Jedes gute Fachgeschäft muß Dich also beraten können, und Dir sagen, was unbedingt mit auf die Einkaufsliste gehört. Hier eine kurze Auflistung, was dabei sein könnte:

• Aluminium Spoiler
• Alu-Haltewinkel
• Kraftkleber
• Solarkabel
  • Kabelquerschnitt berechnen!!!
  • Kabel kann fertig konfiguriert bestellt werden
• Dachdurchführung Solarkabel
• Kabelverschraubung für Dachdurchführung
• Anschlußdose
• Verbinder MC4
• Solarstecker
• Klebeband für Kabel
• Verteilerdose
• Batteriekabel für Solarregler
• Verschiedene Sicherungseinrichtungen
• Verteilerpunkt / Sammelschiene
• Tiefentladeschutz
• Batteriekabel
• Kabelverbinder
• Schrumpfschlauch mit Kleber
• Batterietrennschalter
• Hochstromsteckverbinder
• Batterie Refresher
• Bluetooth Dongle (ermöglicht Bedienung mit Handy)
• Verschiedene Anzeige Module

Tip: Eine gute Vorplanung kann viel Zeit sparen, sowie unnötigen Ärger und Kosten vermeiden, wenn man das richtige Zubehör an Ort und Stelle hat!

Nachdem alles installiert ist, könnte das Herzstück der Solaranlage im Wohnmobil etwa so aussehen…

Glückwunsch! Du hast es bis hier geschafft – am besten mal einen Kaffee zum nächsten Teil bereitstellen. In Teil 3 wollen wir die folgenden Fragen beantworten:

• Wie lange kann ich autark im Wohnmobil leben?
• Wie lange hält eine 11-KG Gasflasche?
• Wie lange hält eine 80Ah Batterie?
• Wie lange reicht das Wasser im Wohnmobil?

Außerdem erwartet Dich in Teil 3 auch noch ein BONUS!