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Bau einer netzunabhängigen Solaranlage für ein Wohnmobil

Solange ich denken kann, wollte ich schon immer ein Wohnmobil haben. Ein Leben abseits des Netzes und die Möglichkeit, sich ohne Ablenkung auf sein Handwerk zu konzentrieren, üben einen großen Reiz aus. Meine Liebe zum Schreiben, zur Technik und zur Nachhaltigkeit hat bei mir eine wachsende Neugierde geweckt, die durch die Auswirkungen der Pandemie und der Klimakrise noch verstärkt wurde. Vor nicht allzu langer Zeit gab ich nach und kaufte einen alten Lieferwagen, um herauszufinden, was im Zeitalter der Technologie wirklich machbar ist. Schließungen und Heimarbeit haben uns allen die Vorteile von Alternativen vor Augen geführt, und es gab noch nie einen besseren Zeitpunkt, um diesen Wandel zu vollziehen.

Mit der Dokumentation dieses Projekts möchte ich das Bewusstsein für bestehende Alternativen schärfen, die das Potenzial haben, einen effizienteren und nachhaltigeren Planeten zu schaffen. In diesem Artikel werden wir die Grundlagen der erneuerbaren Energien durch den Bau eines einfachen Solarsystems behandeln. Der erste Schritt besteht darin, ein einzelnes statisches Solarpanel zu testen, mit dem Ziel, in einem späteren Artikel eine komplette Anlage auf dem Van zu installieren.

Mein VLOG

Teileliste

  • Solarpanel
  • MPPT Solarladeregler
  • Deep-Cycle-Freizeitbatterie

Überblick

System overview diagram

Systemüberblick

Der Reiz der Solarzelle als erneuerbare Energiequelle liegt in ihrem einfachen Aufbau als Festkörpertechnologie. Der geringe Wartungsaufwand und die langfristige Zuverlässigkeit sind auf das Fehlen beweglicher Teile zurückzuführen, was sie vor allem dort nützlich macht, wo die Infrastruktur nur spärlich vorhanden ist oder wo eine dezentrale Stromversorgung im kleinen Maßstab an abgelegenen Orten oder in mobilen Umgebungen praktischer ist. Das klassische netzunabhängige Solarsystem besteht aus vier Hauptkomponenten, die im Folgenden näher erläutert werden.

Solar Panel

Das Solarmodul oder -feld, das proportional zur Intensität der verfügbaren Sonnenstrahlung, dem Einfallswinkel, der Temperatur und dem Wirkungsgrad der Zelle elektrische Energie erzeugt. Solarzellen werden häufig in zwei Typen eingeteilt: monokristallin oder polykristallin, was sich auf die Architektur ihrer lichtempfindlichen Halbleiterstruktur bezieht, wobei monokristallin als überlegen gilt.

Laderegler

Der Laderegler ist für die Umwandlung der vom Solarmodul oder der Solaranlage erzeugten Energie in Strom zur Speicherung zuständig. Es gibt zwei Arten von Ladereglern. Der erste ist PWM (Pulsweitenmodulation), der einen Umwandlungswirkungsgrad von etwa 70 % erreichen kann und als zuverlässig und kosteneffektiv in kleinen Anlagen gilt. Der andere Reglertyp ist MPPT (Maximum Power Point Tracking), der schwankenden Solarstrom überwachen und intelligenter in Batterieladung umwandeln kann, um Wirkungsgrade von 90 % und mehr zu erreichen!

Batteriespeicher


Der Batteriespeicher wird zur Speicherung von elektrischer Energie verwendet, die nicht sofort genutzt werden kann. Häufig werden Deep-Cycle-Blei-Säure-Batterien verwendet, da sie billig und zuverlässig sind, aber auch Lithium-Batterien werden immer häufiger eingesetzt, insbesondere für mobile Umgebungen und andere gewichtskritische Anwendungen. Die Batterie kann dann für die direkte Versorgung einer Reihe von 12-V-Geräten verwendet werden.

Wechselrichter

Der Wechselrichter wandelt den schwachen Gleichstrom aus der Batterie in denselben Wechselstrom um, der in jeder Haushaltssteckdose zu finden ist. Dieser Strom kann dann zur Versorgung einer Reihe von Haushaltsgeräten wie Laptops und Wasserkochern verwendet werden. Einige fortschrittlichere Wechselrichter speisen zu einem festen Tarif in die örtliche Strominfrastruktur ein, doch mit dem Rückgang der staatlichen Subventionen steigt die Nachfrage nach lokalen Speichermöglichkeiten und netzunabhängigen Lösungen.

Das Solarsystem bauen

Unser Ziel für diesen Artikel ist es, das Konzept eines netzunabhängigen Solarsystems zu testen, indem wir zunächst ein einzelnes Modul verwenden, um es später zu einem vollständigen Solarfeld auszubauen. Zu diesem Zweck müssen wir alle Komponenten miteinander verbinden und unser System anhand einiger erwarteter Ergebnisse und realer Bedingungen testen.

Charge controller connected to the battery

Laderegler an der Batterie

Zunächst müssen wir den Laderegler mit Strom versorgen, indem wir die Batterie anschließen. Der Laderegler ist automatisch so konfiguriert, dass er die Verwendung von 12- oder 24-Volt-Systemen erkennt, daher ist es wichtig, ihn zunächst mit der vorgesehenen Batterie zu betreiben. Die in diesem Beispiel verwendete Speicherlösung ist eine standardmäßige 12-V-Bleisäurebatterie mit tiefem Zyklus, die an einen MPPT-Laderegler angeschlossen ist, der die Spannungen der Solaranlage automatisch auf die effizienteste Weise an die Batterie anpasst.

An inverter connected to the battery

Wechselrichter an der Batterie

Der Strom aus der Batterie allein beschränkt die Palette der elektrischen Geräte, die wir betreiben können, auf alles, was mit 12 V Gleichstrom betrieben werden kann. Viele Haushaltsgeräte wie Laptops und Wasserkocher laufen jedoch mit höheren Wechselspannungen aus der Steckdose. Um ein praktikables netzunabhängiges System zu schaffen, benötigen wir daher einen Wechselrichter, der die gespeicherte Batteriespannung in eine brauchbare Spannung umwandelt. Glücklicherweise ist dies sehr einfach zu bewerkstelligen. Man muss lediglich den Gleichstromeingang an die Batterieklemmen anschließen und die Netzsteckdose wie jede andere Haushaltssteckdose verwenden.

Charge controller displaying solar panel voltage

Laderegler mit Anzeige der Solarmodulspannung

Schließlich können wir das Solarmodul an den Laderegler anschließen und den Betrieb des Systems unter realen Bedingungen beobachten. Der Laderegler bietet uns eine Reihe von Daten, die wir direkt auf dem LCD-Bildschirm überwachen können, was die Messung der Leistungskennzahlen von Solaranlage und Speicher sehr einfach macht. Die Nennspitzenleistung dieses Solarsystems beträgt 100 W, was als einfacher Richtwert für die Prüfung der Gesamtleistung und die Beobachtung von Unterschieden bei den realen Werten verwendet werden kann.

Fully operational system

Fully operational system

Am Tag des Tests war es stark bewölkt, so dass ich die unteren Grenzen der Systemleistung beobachten konnte. Trotz der ausgedehnten Wolkendecke und des leichten Niederschlags war das Solarsystem immer noch in der Lage, eine vernünftige Erhaltungsladung der Batterie mit gleichmäßigen 15 V und 0,6 A zu erzeugen, wobei die flüchtige Unterbrechung der Wolkendecke ermutigende Spannungsspitzen von bis zu 22 V ohne Stromabfall offenbarte. Es gab auch keinen erkennbaren Leistungsabfall am Laderegler während der Tests, trotz der aktiven Regelung von Spannung und Strom oder schwankendem Sonnenlicht.

Angesichts des Erfolgs des Ein-Panel-Systems werden sich die nächsten Bauphasen darauf konzentrieren, die oberen Grenzen der Komponenten zu testen, indem wir ihre Leistung bei direkter Sonneneinstrahlung beobachten und die Anforderungen an Sicherheitsmerkmale wie elektrische Trennschalter und Überspannungsschutzschalter bewerten. Wir werden auch die Anforderungen des Systems untersuchen, wenn es auf mehrere Paneele erweitert wird, sowie alle physikalischen und elektrischen Überlegungen bei der Montage in einem fahrenden Fahrzeug.

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A keen maker and electronic engineer with a passion for the environment, renewables, alternative transport and anything off-grid. Man with a van and founder of the Kickstart Kamper sustainable campervan project. Grassroots Education Sustainability Ambassador. BrightSpark 2017. BEng. KickstartKamper.co.uk
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