Photovoltaik » Solaranlage richtig berechnen
Aktualisiert: 07.04.2022 | Lesedauer: 7 Minuten
Eine Gartenlaube im Grünen, eine Hütte am Waldrand oder ein Häuschen am See sind eine ganz tolle Sache. Ebenso wie der Campingurlaub mit dem eigenen Caravan. Doch so schön die naturverbundene Erholung auch ist, fehlt es doch oft an der wichtigen Grundversorgung mit Strom und Wasser. Bei der Wasserversorgung kann man sich leicht mit Trinkwasser aus Kanistern und Regenwasser zum Gießen behelfen.
Bei der Stromversorgung ist die Sache leider nicht ganz so einfach. Wobei aber hier nicht der Aufbau und die Verkabelung einer 12 V Solaranlage gemeint sind. Die Installation einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) schaffen handwerklich begabte Personen recht leicht und ohne großen Aufwand.
Vielmehr geht es darum, die richtigen Komponenten für die eigene Photovoltaikanlage zu ermitteln, damit die zu betreibenden Verbraucher auch zuverlässig von der Anlage versorgt werden können.
Die Kraft der Sonne lässt sich mit Photovoltaikanlagen prima nutzen.
Aus diesem Grund haben wir für Sie einen Solaranlagen-Rechner bzw. einen Solaranlagen-Planer für 12 V Insel Photovoltaikanlagen online gestellt. Wenn Sie die Anzahl und die Leistung Ihrer Verbraucher, sowie die Betriebsdauer pro Tag eingeben, rechnet Ihnen das Programm die erforderlichen Komponenten für Ihre Anlage aus. Die Berechnungsgrenze liegt bei den Solarmodulen bei 800 Wp und bei den Stromspeichern bei 1200 Ah. Damit dürfte selbst bei einem großen Stromverbrauch noch die passenden Komponenten gefunden werden.
Der hier vorgestellte Solaranlagen-Planer ist ausschließlich für PV-Anlagen geeignet, die als Insellösungen arbeiten. Bei einer Insel-Solaranalge wird der erzeugte Solarstrom in einen Solarakku geladen. Die angeschlossenen Verbraucher werden dann später aus dem Akku mit elektrischer Energie versorgt. Damit die Anlage zuverlässig funktioniert, müssen die einzelnen Komponenten wie Solarmodul, Solarakku und Laderegler elektrisch perfekt aufeinander abgestimmt sein. Zudem muss die Größe der Anlage auf den Energiebedarf der Verbraucher ausgerichtet werden.
Bitte beachten Sie:
Der Photovoltaik-Solaranlagenplaner ist für den täglichen Betrieb der Verbraucher von Mai bis September ausgelegt. Sollten Sie in diesem Zeitraum die Verbraucher lediglich am Wochenende nutzen, so geben Sie bei den Betriebszeiten der jeweiligen Verbraucher bitte die Summe der Betriebsstunden über das ganze Wochenende (Freitag bis Sonntag) ein. Da das Solarmodul anschließend von Montag bis Freitag Zeit hat, die Solarbatterie nachzuladen, ist ein Photovoltaik-Modul ausreichend, das lediglich 20 - 25% der empfohlenen Größe aufweist.
Bei den vorgeschlagenen Artikeln für eine Photovoltaikanlage haben wir uns an den aktuellen Preisen bei der Onlinestellung orientiert. Aufgrund der sehr dynamischen Preisgestaltung und von eventuellen Abverkaufsaktionen kann es aber durchaus möglich sein, dass in unserem Shop ein ähnlicher oder leistungsstärkerer Artikel u.U. günstiger angeboten wird.
Um die Komponenten einer PV-Anlage als Insellösung berechnen und bestimmen zu können, muss quasi von „hinten nach vorne“ gearbeitet werden.
Im Klartext bedeutet das, dass zunächst die Leistung der jeweiligen elektrischen Geräte festgestellt und die Betriebszeiten definiert werden müssen. Nach den ermittelten Werten richtet sich dann die Größe des erforderlichen Solarakkus.
Damit die dem Akku entnommenen Energie anschließend wieder zeitnah nachgeladen wird, muss das Solarmodul die optimale Größe aufweisen. Wenn die Größe bzw. die Leistung des Solarmoduls feststeht, kann der dazu passende Laderegler ausgewählt werden.
Nachfolgend haben wir für Sie die einzelnen Schritte für die Berechnung einer Solaranlagegenauer erläutert. Übrigens: Der von uns zur Verfügung gestellte Online-Rechner arbeitet nach demselben Schema.
Am Beginn der Planung einer eigenen Solaranlage steht die Ermittlung des Leistungsbedarfs. Dazu muss zunächst die Leistung der zu betreibenden Verbrauchern festgestellt werden. Die Leistung in W (Watt) wird entweder am Gerät oder in den technischen Datenblättern angegeben.
In manchen Fällen wird anstelle der Leistung auch die Stromaufnahme in mA (Milliampere) oder A (Ampere) angegeben.
Sollte weder die Leistung noch die Stromaufnahme angegeben sein muss mit Hilfe eines Multimeters oder eines Zangen-Amperemeters der Strom gemessen werden. Wie das geht haben wir auf unserer Ratgeberseite für Multimeter erklärt.
Sollte bei einer Spannung von 12 V ein Strom von 0,5 A gemessen werden, so kann die Leistung (P) nach folgender Formel berechnet werden:
P = U x I (12 V x 0.5 A) = 6 W
Wichtig:
Je geringer die Leistung der zu betreibenden Verbraucher, desto kleiner und kostengünstiger wird das erforderliche Solarmodul. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, anstelle von verlustbehafteten 12 V-Halogenlampen sparsame 12 V-LED-Lampen zu verwenden. Denn ein LED-Reflektor-Leuchtmittel mit einer Leistungsaufnahme von lediglich 4,6 Watt erzeugt annähernd den gleichen Lichtstrom wie eine Halogenlampe mit 35 Watt.
Zudem sollten Verbraucher gewählt werden, die mit 12 V Gleichspannung betrieben werden können. Denn für 230 V Geräte wird zusätzlich ein Wechselrichter benötigt.
Hinweis:
Bei Verbrauchern, wie z.B. Radios und Verstärkern ist der momentane Stromverbrauch von der Lautstärke abhängig. Bei Zimmerlautstärke ist die Leistungsaufnahme deutlich geringer als die in den technischen Daten angegebene Maximalleistung.
Noch ein paar Infos zu Kühlschränken:
Die Berechnung des Energiebedarfes eines Kühlschrankes gestaltet sich problematisch, da der Kompressor für die Kühlung ja nicht kontinuierlich läuft. Das Verhältnis zwischen Lauf- und Pause-Zeiten ist von vielen Faktoren wie Umgebungstemperatur, eingestellter Kühltemperatur, Isolierung und Befüllungsgrad abhängig. Hinzu kommt noch, wie oft und wie lange die Kühlschranktür offen steht.
Beim Betrieb eines 230 V-Kühlschrankes über einen 12 V-Wechselrichter sollten Sie beachten, dass im Einschaltmoment des Kompressors die aufgenommene Leistung des Kühlschrankes ca. 10 x höher liegt, als die Dauerleistung während des Betriebes. Nicht jeder Wechselrichter ist für derart hohe Einschaltströme ausgelegt.
Ebenso wichtig wie die Leistungsaufnahme der Verbraucher ist natürlich auch deren Betriebszeit. Denn es spielt eine große Rolle, ob ein Verbraucher 30 Minuten oder 3 Stunden mit Strom versorgt werden muss. Besonders dann, wenn der Verbraucher viel Strom benötigt. Die Angaben zur Betriebsdauer fließen mit in die Berechnung des erforderlichen Energiebedarfs (siehe nachfolgenden Absatz) ein.
Wenn die Leistung und die Betriebszeiten feststehen, kann der tatsächliche Energiebedarf berechnet werden.
Bei unterschiedlichen Verbrauchern und/oder unterschiedlichen Betriebszeiten, muss der Wert für den Energiebedarf separat berechnet und die Ergebnisse anschließend addiert werden.
Beispiel:
In unserem Rechenbeispiel gehen wir davon aus, dass am Abend 2 Lampen mit je 6 W für zwei Stunden leuchten sollen und 1 Lampe mit 10 W soll für 30 Minuten in Betrieb sein. Hinzu kommt ein 12 V Fernseher mit 30 W, der eine Stunde versorgt werden muss.
2 x 6 W = 12 W x 2 h = 24 Wh
1 x 10 W = 10 W x 0,5 h = 5 Wh
1 x 30 W = 30 W x 1 h = 30 Wh
Die benötigte elektrische Arbeit für alle Verbraucher beträgt demzufolge 59 Wh (Wattstunden). Weitere Verbraucher werden bei Bedarf nach demselben Schema ermittelt und das Ergebnis zu den 59 Wh addiert.
Bei einer Solaranlage mit einem 12 V Solarakku entspricht der Energiebedarf von 59 Wh einer Akkukapazität von 59 Wh : 12 V = 4,92 Ah (Amperestunden). Das bedeutet: Um alle Verbraucher über den vorgegebenen Zeitraum versorgen zu können, muss der Stromspeicher eine Kapazität von 4,92 Ah zur Verfügung stellen.
Damit der Akku nicht zu tief entladen wird und damit in den Zyklenbetrieb (vollständiges Entladen und wieder Aufladen) fällt, sollte die entnommene Kapazität max. 20% der Akkukapazität betragen. In diesem Fall muss der Solarakku eine Kapazität von mindestens 24,6 Ah aufweisen.
Die Hersteller geben bei den Solarmodulen immer die maximale Spitzenleistung (Wp = Watt Peak) in den technischen Daten mit an. Allerdings wird dieser Wert nur dann erreicht, wenn die Sonne mit voller Kraft im 90°-Winkel auf das Modul scheint. Sobald die Einstrahlung oder der Winkel nicht passen, fällt die Modulleistung. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass ein Solarmodul an einem durchschnittlichen sonnigen Sommertag über einen Zeitraum von 8 Stunden ca. 45% seiner Spitzenleistung liefert.
Um den aus dem Rechenbeispiel benötigten Energiebedarf wieder in den Akku einzuladen, muss das Solarmodul wie folgt berechnet werden:
(59 Wh : 8h) : 0,45 = 16,39 W
Das Solarmodul muss also eine Spitzenleistung von 16,39 Wp oder mehr aufweisen.
Das Solarmodul muss optimal zur Sonne ausgerichet werden.
Unser Praxistipp: Platzierung je nach Sonnenstand
Aufgrund des Sonnenstandes muss ein Solarmodul im Frühling und im Herbst steiler stehen, als im Hochsommer. Aus diesem Grund bietet sich eine verstellbare Halterung für das Solarmodul an. Sollte dies nicht möglich sein, dann sollte das Modul lieber steiler stehen, damit im Frühling und Herbst die optimalste Ausbeute (Ernte) erzielt wird. Im Hochsommer wird der zu steile Winkel durch die längere Sonnenscheindauer kompensiert.
Bei der Auswahl des Ladereglers ist der Modulstrom das wichtigste Auswahlkriterium.
Das elektronische Herzstück einer Photovoltaikanlage
Denn wenn der Solarakku voll aufgeladen ist, trennt der Laderegler das Solarmodul vom Akku und stellt eine leitende Verbindung (Kurzschluss) zwischen den Modulanschlüssen her. Dadurch wird vermieden, dass die vom Solarmodul erzeugte Spannung zu hoch wird und das Solarmodul dadurch Schaden nimmt.
Der Modulstrom des Ladereglers muss demzufolge gleichgroß oder größer sein, als der Kurzschlussstrom des verwendeten Solarmoduls. Wenn in einer PV-Anlage mehrer Solarmodule parallelgeschaltet werden, ist die Summe der Kurzschlussströme aller Module maßgebend.
Zum Teil übernehmen die Laderegler auch die Verbraucherüberwachung. Sollte während einer Regenperiode ein Verbraucher den Solarakku zu tief entladen, trennt der Regler den Verbraucher rechtzeitig vom Akku.
Unser Praxistipp: Wahl des Ladereglers
Falls Sie planen Ihre PV-Anlage später auszubauen, sollen Sie beim Laderegler nicht sparen und lieber ein Exemplar mit höherem Modulstrom wählen. So können Sie später ein weiteres Solarmodul oder einen zusätzlichen Stromspeicher anschließen ohne den Laderegler wechseln zu müssen. Bei der Verkabelung des Ladereglers sollte ein Kabel mit möglichst großem Querschnitt gewählt werden. Dadurch können die Leitungsverluste für den Solarstrom so gering wie möglich gehalten werden. Bei Bedarf kann in den technischen Daten des Ladereglers nachgelesen werden, für welche Kabelquerschnitte die Anschlussklemmen ausgelegt sind.
Eine Photovoltaik-Anlage zu berechnen bzw. eine Solarberechnung durchzuführen ist im Prinzip recht einfach. Man muss sich nur an die zuvor beschriebenen Schritte halten. Ebenso einfach sind auch der Aufbau und die Inbetriebnahme einer Photovoltaikanlage. Danach ist für Sie das Thema Stromkosten nicht mehr relevant. Denn der solar erzeugte Strom ist kostenlos und laufende Betriebskosten fallen bei Ihrer Photovoltaikanlage auch nicht mehr an. Das sind doch wirklich gute Gründe, sich für Solarstrom zu entscheiden.