Solaranlage für den Wohnwagen | Auslegung und Montage

Solarmodul Wohnwagen

Solarmodul Wohnwagen

Um meinen Wohnwagen Avento 315T (Umbau Teil 1 | Teil 2) auch über einen längeren Zeitraum autark betreiben zu können, musste unbedingt noch eine zusätzliche Energiequelle angeschafft werden. Ein Generator fiel schonmal raus – stinkt, macht Lärm und ist auf Festivals und Modellflugplätzen oft nicht gerne gesehen oder sogar verboten. Zunächst war die die Überlegung, einen Brennstoffzellen – Generator anzuschaffen, was sich aber als unverhältnismäßig teuer herausstellte.
Einzige sinnvolle Alternative ist eine Photovoltaik-Anlage auf dem Wohnwagendach.
Ich habe mich daraufhin erstmal etwas eingelesen. Die Flut an Meinungen, Forenbeiträgen und Onlineshops ist im ersten Moment ziemlich verwirrend. Wenn man sich aber etwas Zeit nimmt um das alles auf sich wirken zu lassen, wird es langsam klarer.
Im folgenden Beitrag möchte ich meine Überlegungen zur Auslegung der Anlage, die Gründe für meine Entscheidung und schlussendlich auch die Montage der Anlage dokumentieren.

Auswahl des richtigen Solarpanels:

links polykristallin - rechts monokristallin

poly- & monokristallin

Zunächst einmal sollte man sich zwischen mono- und polykristallienen Modulen entscheiden. Monokristalline Solarpanele sind etwas teurer, haben dafür auch einen etwas höheren Wirkungsgrad. Das heißt, bei gleicher Fläche ist die Leistungsausbeute etwas höher. Es gibt natürlich auch noch Dünnschichtmodule, die zwar bei direkter Sonneinstrahlung wenig temperaturbedingte Leistungseinbußen haben, aber grundsätzlich über einen recht geringen Wirkungsgrad verfügen und daher eher für große Dachflächen vorgesehen sind. In der Leistungsklasse, in der ich einkaufen wollte, war der Unterschied zwischen mono- und polykristallin nur gering, weshalb ich mich schlussendlich aufgrund von geringerem Gewicht und Größe für ein monokristallines Solarmodul entschied.
Vor dem Kauf habe ich natürlich auch ein wenig hin- und hergerechnet, damit die Solaranlage auch angemessen dimensioniert wird. Natürlich wollte ich so wenig wie möglich ausgeben, also die Anlage so klein wie möglich auslegen. Gleichzeitig wäre es aber ungünstig, wenn der Strom bereits am zweiten Festivaltag einfach ausgeht, somit muss die Anlage natürlich auch so groß wie nötig ausgelegt werden.

Nach meinen Recherchen würde eine Solaranlage mit etwa 100Wp – 150Wp für meine Bedürfnisse ausreichen, um sicherzugehen wollte ich aber noch einmal nachrechnen.

Zum Thema Leistungsangabe bei Photovoltaik-Anlagen: Die meisten Solarpanel-Hersteller geben die Leistung eines Solarmoduls in Wp (Watt peak) an. D.h. das Solarmodul bringt die angegebene Leistung bei optimaler Sonneneinstrahlung und 90° Einstrahlwinkel. Auch der durch Erwärmung erhöhte Innenwiderstand und die damit verbunden Leistungseinbußen werden bei dieser Angabe außer Acht gelassen. Im Endeffekt erhält man aber trotzdem einen Wert mit dem man die einzelnen Panele mit einander vergleichen kann.

Bevor ich ausrechnen kann, wieviel Energie ich erzeugen möchten, muss ich natürlich wissen wieviel ich überhaupt benötige. Daher berechnete ich zunächst den täglichen Stromverbrauch. Dabei war ich natürlich ziemlich großzügig und habe mit etwas höheren Werten als meine Messwerte im Wohnwagen gerechnet und dabei eine Spannung von 13,8V als Durchschnittsspannung angesetzt:

Musikanlage:
60W bei 13,8V = 4,35A | Musik läuft etwa 8h pro Tag = 34,8Ah

Licht:
5W = 0,36A bei 13,8V für gesamt 2 Std. => 0,72Ah

Ventilatoren für Kühlschrank:
2x 0,08A bei 13,8V = 2,21W => 24 Std. x 0,16A = 3,84Ah

Sonstiges (Handy-Laden, Wasserpumpe etc.): 3Ah

⇒ Stromverbrauch / Tag: 42,36Ah

Anschließend habe ich zwei mögliche Leistungsklassen durchgerechnet um das Optimum herauszufinden. Da in unseren Breitengraden nie von einer nur annähernd perfekten Ausnutzung der Solarenergie ausgegangen werden kann, habe ich hier mit „worst case“-Werten gerechnet, um auf Nummer sicher zu gehen.

 

100Wpeak – Panel:

Solar-Einspeisung (maximal): 100W = 7,2A bei 13,8V
gerechnet mit 8 Std. Tageslicht bei 7,2A = 58Ah
Verlust durch nicht optimalen Sonnenwinkel, Wärme, Wolken = 50%

⇒ bei 100Wp: 29Ah pro Sonnentag

 

130Wpeak – Panel:

Solar-Einspeisung (maximal): 130W = 9,4A bei 13,8V
gerechnet mit 8h Tageslicht bei 9,4A = 75,3Ah
Verlust durch nicht optimalen Sonnenwinkel, Wärme, Wolken = 50%

⇒ bei 130Wp: 37,6Ah pro Sonnentag

Wenn man jetzt die Energieerzeugung und den Verbrauch gegeneinender verrechnet, werden bei einem 100Wp – Panel werden also etwa 13,36Ah / Tag aus dem Akku entnommen. Das entpricht bei einer Standzeit von vier Tagen 53,44Ah. Ausgehend von einem Blei-Akku mit einer Kapazität von 75Ah würde das eine Entladung von über 71% der Akkukapazität bedeuten. Dies wäre mir definitv zu viel, da ich den Blei-Akku maximal auf etwa 50% entladen möchte und gerne auch noch etwas Reserve hätte.

Bei einem 130Wp – Panel werden nur 4,76Ah / Tag aus dem Akku entnommen, was bei einer Standzeit von vier Tagen auch nur 19,04Ah also etwa 25% der 75Ah Akkukapazität entpreicht.

Dieser Wert wäre in meinen Augen optimal, es ist auch noch genug Reserve für ein bis zwei weitere Tag vorhanden. Aus diesem Grund habe ich mir dann auch die weitere Berechnung für ein 150Wp – Panel gespart.

Man könnte natürlich auch einfach einen größeren Akku verwenden, allerdings ist die Preisdifferenz zwischen 100Wp und 130Wp nur etwa 30,- Euro. Der vorhandene Akku könnte bei einem 130Wp-Panel also weiterverwendet werden und das Mehrgewicht auf dem Dach beträgt auch nur etwa 1,5kg, was noch absolut im Rahmen ist.

Entscheidung und Bestellung:

130Wp - Solarpanel

130Wp – Solarpanel

Ich entschied mich, nachdem ich die Platzverhältnisse auf dem Wohnwagendach noch einmal genau ausgemessen hatte schlussendlich für die 130Wp – Variante, da diese für meine Anwendung das Optimum aus Preis, Leistung und Gewicht zu sein scheint.

Die 130Wp – Module sind bei diversen Onlineshops für etwa 120 – 130 Euro zu bekommen. Was Gewicht, Spannung und Abmessungen angeht, sind die Angaben in den Shops verdächtig identisch, hier werden wie üblich Module aus chinesischer Fertigung angeboten, was gerade in der heutigen Zeit aber nicht heißt dass diese schlecht sind.

Wichtig bei der Wahl des richtigen Moduls ist, bei einer 12V – Anlage darauf zu achten, dass die Leerlauf – Modulspannung zwischen etwa 15 – 22V liegt. Sonst kommt man mit einem einfachen Laderegler nicht aus und muss auf einen hochwertigeren (teureren) MPPT – Regler zurückgreifen, der die Modulspannung noch transformieren kann.

Das beste Gesamtangebot aus Solarpanel, Montagematerial und Kabel konnte ich mir schlussendlich bei der Firma BauTech2012 (Link) zusammenstellen, folgendes stand auf meiner Einkaufsliste:

  • Solarpanel 130Wp 18V Leerlaufspannung
  • Montageecken weiß vier Stk.
  • Kabeldurchführung für zwei Leitungen
  • MC4 Verbindungsstecker
  • 8m 6mm² – Silikonkabel witterungsfest
  • Sikaflex 252i Einkomponenten PU-Kleber
MPPT M20 Laderegler

MPPT M20

Bei Laderegler habe ich mich für einen etwas hochwertigeren China-Regler entschieden. Ich wollte unbedingt einen, der sowohl den Ladestrom, als auch den Verbraucherstrom anzeigen kann.
Bei meiner Suche stieß ich auf den MPPT M20 von Sun Yoba. Der Regler kann einen Lade-/Verbraucherstrom von bis zu 20A handeln und verfügt neben der Verbrauchs- und Ladestromanzeige über eine Menge nützlicher Funktionen.

Man muss dazu sagen, dass diese Serie von Ladereglern (gibt es auch mit 10A und 30A), im PWM-Ladeverfahren laden. Die Bezeichnung MPPT ist wohl nur als Typenbezeichnung einem chinesischen Marketing-Gehirn entsprungen. MPPT – Regler, also Laderegler mit Spannungswandler sind wesentlich aufwändiger und somit auch teuerer. Man kann auch nicht erwarten für ca. 30,- Euro einen 20A – MPPT – Regler zu bekommen, da müsste man schon mind. das Dreifache in die Hand nehmen.
Für meine Zwecke ist ein PWM – Laderegler aber absolut ausreichend, zudem haben meine Messungen mit Netzteil und elektronischer Last ergeben, dass die Strom- und Spannungsanzeigen erstaunlich genau sind.

 

Montage des Solarmodul auf dem Dach:

130Wp Solarpanel

130Wp Solarpanel

Das Material wurde innerhalb von nur zwei Werktagen geliefert, somit konnte gleich mit der Montage begonnen werden.
Bei dem mir gelieferten Solarmodul handelt es sich um ein Panel der Firma Solar-Tronics aus Leipzig. Qualitativ macht es einen überraschend hochwertigen Eindruck, die Verarbeitung ist sehr gut. Sogar Kabel mit MC4 – Kontakten sind bereits fertig konfektioniert angeschlossen, sodass man das Panel sehr einfach mit dem Laderegler verbinden kann.

Für die Montage habe ich mich für weiße EP30 – Klebeecken entschieden. Diese werden mit einem speziellen PU-Klebstoff direkt auf das GFK-Dach geklebt und sorgen auch für eine ausreichende Hinterlüftung des Panels, damit sich die Hitze dort nicht so staut.

130Wp Solarmodul

130Wp Solarmodul

Ich habe mich entschlossen, die Ecken mit den beiliegenden Edelstahlschrauben mit dem Solarmodul zu verbinden. Dazu werden zunächst an den entsprechenden Stellen 5,5mm Löcher in den Kunststoff gebohrt. Anschließend legte ich die Klebeecken an der Kante des Solarpanels an und bohrte mit einem 3,8mm Bohrer die Löcher für die Edelstahlschrauben vor. Das Vorbohren in entsprechendem Durchmesser ist hier dringend notwendig, sonst riskiert man das Abreißen der Schrauben beim Eindrehen.

Solarpanel ausrichten

Solarpanel ausrichten

Nachdem alle vier Klebeecken an den Kanten des Panels montiert sind, kann man das Modul zum ersten Mal auf das Wohnwagendach legen.

Mit einem Meterstab richtete ich das Solarpanel auf dem Dach aus, sodass es genau mittig und gerade auf dem Dach liegt. Ich habe Kreppband verwendet, um die Position der Klebeecken links und rechts zu markieren. Das hat den Vorteil, dass man überschüssigen Klebstoff auch ganz einfach mit abziehen kann.

Kabeldurchführung

Kabeldurchführung

Wenn die Position des Solarmoduls klar ist, kann man sich Gedanken über die Kabeldurchführung machen. Ich entschied mich für die Positionierung direkt neben dem Kamin, da ich auf diese Weise den kürzesten Weg zum Laderegler realisieren kann.
Es kommt einem absolut nicht richtig vor, in das dichte Dach zu bohren, aber es muss sein… Mit einem 8,5mm Bohrer verpasste ich dem Dach zwei Löcher und verlegte gleich die 6mm²-Leitungen, die ich vorher noch mit den MC4 – Kontakten versah.

Klebefläche vorbereiten

Klebefläche vorbereiten

Sobald man sich über die Position des Panels und der Kabeldurchführung im Klaren ist, kann man mit dem Verkleben beginnen. Vorher müssen die Klebeflächen allerdings penibel gereinigt und ggf. vorbehandelt werden. Ich reinigte die betreffenden Stellen auf dem Dach zunächst mit Sgrassatore, einem italienischen Universalreiniger aus dem Supermarkt, der sehr gut auf GFK-Oberflächen funktinoniert (leider ist das Zeug bei uns nur relativ schwer zu bekommen, funktioniert aber wirklich genial!). Anschließend schliff ich die Oberfläche vorsichtig mit dem Oszilationsschleifer mit einer 800er Körnung an.
Nicht zu viel wegnehmen, sonst ist der Lack ganz schnell durch…

Vor dem Verkleben werden die Oberflächen nocheinmal gründlich von Staub und Fett befreit, ich habe dazu Silikonentferner verwendet. Auch die Klebeecken und die Kabeldurchführung werden gründlich gereinigt.

Klebstoff auftragen

Klebstoff auftragen

Anschließend kann der Kleber auf die Klebeecken aufgetragen werden. Ich verwendete Sikaflex 252i Einkomponenten PU-Klebstoff, dieser bleibt flexibel und entwickelt eine Bruchfestigkeit von etwa 4N/mm², für meine Anwendung also mehr als ausreichend. Der Klebstoff wird in einer Kartusche geliefert und in ausreichender Menge auf die Klebefläche aufgetragen.
Vom Hersteller wird empfohlen, die beiden Komponenten mit etwa 2 – 8 mm Abstand zueinander zu verkleben, da so ein besserer Ausgleich von Unebenheiten und höhere Vibrationsdämpfung gegeben ist. Dementsprechend legte ich beim Verkleben kleine Gummischeiben unter, um den Abstand zu gewährleisten.

Verklebung Fertig

Verklebung Fertig

Nachdem alle vier Klebeecken mit einer ausreichenden Menge Klebstoff benetzt sind, kann das Modul auf der vorher markierte Postion platziert werden. Hilfreich dabei ist eine zweite Person. Mangels zweiter Leiter musste ich das Panel alleine auf dem Dach ausrichten, was aber auch problemlos funktionierte.

Die Klebermenge sollte ausreichend sein, dass beim Auflegen an den Kanten überall etwas Kleber herausgedrück wird, nur so ist eine vollflächige Verklebung gewährleistet. Die Ränder können mit einem Fugenspachtel geradegezogen werden, damit es auch schön aussieht.

Kabeldurchführung

Kabeldurchführung

Genauso geht man dann auch bei der Kabeldurchführung vor. Gründlich reinigen und auf die Klebefläche ausreichend mit Sikaflex auftragen. Anschließend verkleben und ggf. etwas beschweren, sodass die relativ starren Leitungen die Kabelduchführung nicht wieder nach oben drücken.

Panel fertig montiert

Panel fertig montiert

Zur Sicherheit nocheinmal alles kontrollieren, anschließend muss der Kleber mind. 24 Stunden auslüften, der Wohnwagen darf in dieser Zeit nicht bewegt werden. Laut Hersteller härtet der Klebstoff am besten bei warmen Temperaturen, da er zum abbinden eine gewisse Feuchtigkeitsmenge in der Luft benötigt (warme Luft kann bekanntlich mehr Flüssigkeit aufnehmen als kalte) und nach ca. 7 Tagen vollständig ausgehärtet ist.

Kabelverlegung

Kabelverlegung

Bevor nun die MC4 – Steckkontakte zwischen Solarpanel und Anschlusskabeln verbunden werden, müssen diese natürlich erst an den Laderegler angeschlossen werden, sonst reiskiert man einen Kurzschluss.
Ich habe die Kabel zusammen mit dem sowieso schon vorhandenen Kabelbaum im Schrank nach unten verlegt, abgelängt und mit dem Laderegler verbunden.

Anzeige MPPT M20

Anzeige MPPT M20

Die Montage ist wesentlich einfacher und schneller von Statten gegangen als erwartet, mit dem Ergebnis bin ich auch sehr zufrieden. Den ersten Test, nämlich den auf etwa die Hälfte entladenen Versorgungsakku innerhalb eines Tages wieder komplett vollzuladen, bestand die Anlage schonmal mit Bravour. Zwar herrschten hier Idealbedingung, wolkenloser Himmel, aber trotzdem durch regelmäßigen Wind nicht zu heiß, dennoch denke ich dass sich die Solaranlage auf jeden Fall rentiert hat.
Ob meine Überlegungen hinsichtlich Stromverbrauch und -erzeugung wirklich der Wahrheit entsprechen, wird sich in den nächsten Tagen auf einem bevorstehenden Festival zeigen.

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