Superleichtes Solarsystem

Emanuel

Hallo zusammen,

vor der Frage kurz zu mir: Ich bin neu hier, habe mich aber jetzt schon mindestens ein halbes Jahr mit dem FaWoWa-Thema beschäftigt und nun auch angefangen, mir einen zu bauen. Ich dokumentiere in Videos und überlege alles auf einem YT-Kanal veröffentlichen. Auch die FaWoWa-Treffen habe ich online mitverfolgt und hätte Spaß, daran teilzunehmen und euch kennenzulernen.

Mein Wagen soll sehr leicht werden, da ich ihn ohne Motor ziehen will. Allerdings nicht nur als reiner Schlafwagen, sondern man soll sich auch mal einen Tag darin aufhalten können. Äußerlich habe ich mich an den Bauwagen von Peter Petersen (siehe YT) gehalten, obwohl ich einiges, wie das Fahrgestell auch völlig anders mache. Ich habe extra dafür Alu-Schweißen gelernt.

Und nun zur Frage: Ich brauche ein Solarpanel, einen Akku und einen Laderegler. Mein Energiebedarf habe ich auf ca. 150Wh pro Tag (24h) festgelegt, damit ich auch mal HomeOffice im Wohnwagen machen kann und damit nicht für jede Reise auf Urlaub angewiesen bin. Für die geplanten Verbraucher reicht eine Bordspannung von 12V/12,8V aus.

Jetzt kommt die Gewichtsfrage. Wenn man die Solarkapazität verdoppelt, erhöht man das Gewicht weniger, als wenn man die Akkukapazität verdoppelt. Kurzum vermute ich das geringste Gesamtgewicht, wenn ich den Akku möglichst knapp auslege (z.B. 12,8V und 15…20Ah = 200…250 Wh) und das Solarpanel dafür so groß auslege, dass es auch bei Bewölkung noch 10 bis 15 W liefert. Das würde nämlich ca. reichen, um am Tag die 150Wh wieder reinzuholen. Seht ihr das auch so? Hat jemand gewichtsoptimierte Erfahrungen?

Und dann noch eine Frage: Ich habe überlegt, den Victron SmartSolar MPPT 75/10 einzusetzen, weil der eine gute Effizienz hat. Der braucht initial aber eine Solarspannung 5V über der Batteriespannung, damit er mit dem Laden beginnt. Ich habe keine Erfahrung mit Solarzellen, aber habe dieses Bild gefunden:

Wenn die Sonne scheint, läuft natürlich alles reibungslos. Ich will aber auch bei Bewölkung so halbwegs sicher einen Mindestertrag von 100…150Wh am Tag erreichen, also sagen wir mal 10W soll das Panel dann liefern. Falls wir da in der Grafik bei einer Bestrahlungsstärke von 0,1 stehen, ist die Spannung der Solarzelle zu niedrig zum Laden. Ergibt es da mehr Sinn, zwei Panele mit halber Leistung aber etwas mehr Gewicht in Reihe zu schalten, damit das Laden schon bei weniger Solarleistung beginnt?

Wer hat hierzu Erfahrungen? Ich bin auch offen für andere Produkte.

Lieben Dank!!! 🤩

Emanuel

Mögliche Solarpanele:

Rocketeer

Hallo Emanuel! Schön, dich hier zu treffen.

Deine Aufgabenstellung finde ich interessant. Wohnanhänger mal leicht zu bauen. Und die Solartechnik nicht zum Betrieb des Motors, sondern nur für sonstige Verbraucher. Ich stimme dir zu, dass es Sinn macht, deinen Akku gerade so groß auszulegen, dass du es ohne Einschränkungen durch die Nacht schaffst. Insofern du die PV so auslegst, dass die tagsüber eigentlich immer die benötigte Leistung zur Verfügung stellt und nebenher noch etwas abfällt, um den Akku wieder zu laden. Denk nur daran, dass im schlimmsten Fall der Himmel so bedekt ist, dass kein Strom reinkommt und du dann vielleicht lieber nach Hause fahren möchtest und du dazu die Fahrradbeleuchtung betreiben willst. (Hier könnte man ja auch noch mit nem Dynamo nachhelfen als doppelter Boden).

Ich kann ein paar Erfahrungswerte beisteuern: Bei Bewölkung gehe ich gerne davon aus, dass die PV 10% der Nennleistung bringt. Beachte allerdings, dass bei Bewölkung die "Tage" auch kurz sind. Aus sicht der PV. Also ich würde zur Dimensionierung der PV lieber mit 6 Stunden pro Tag bei 10% Nennleistung ausgehen.

Die Frage, bei welcher Mischung aus Solarfläche und Akkugröße da tatsächlich das Gewichtsoptimum erreicht wird, kann ich nicht beantworten. Ich stimme dir aber zu, dass es da ein Minimum geben müsste. Bei PV Modulen gibt es deutliche Gewichtsunterschiede. Es könnte sich lohnen, auf sehr leichte PV zu setzen. Ich denke da an diese tragbaren Anlagen, die man zu einer Tasche zusammenklappen kann. Habe mich dafür nie wirklich interessiert und kenne daher die Gewichte nicht. Aber vielleicht kommt man bei einer solchen tragbaren Anlage auf das niedrigste Gewicht pro Leistung? Darüber hinaus kann man noch mit Spiegeln aus Rettungsdecken oder Alufolie die Sammelfläche vergrößern. Wobei das wahrscheinlich eher bei direktem Licht funktioniert und dann ist es eigentlich unnötig. Bei Sonne hat man ja eh genug Strom. Dazu kommt noch, dass man dann Gefahr läuft, die PV zu überhitzen.

Die Solar-Laderegler müssten ja immer einen Step-Up oder Step-Down Converter (oder beides) eingebaut haben. Ich denke, daher ergibt sich die Spezifikation, dass die Spannung am Panel min. 5V über der Batteriespannung liegen muss. Ich vermute, dass so ein Victron Gerät so ausgelegt ist, dass es funktioniert da mit einer 12V PV eine 12V Batterie zu laden. Das ist ja im Campingbereich der Standard. Ich habe hier im Garten eine 12V Solarzelle, deren Leerlaufspannung meistens bei 22V liegt und die fast immer bei 17V die maximale Leistung bringt. Von daher müsste das mit den 5V Differenz einigermaßen gegeben sein.
Sagt das Datenblatt des Ladereglers etwas über die Effizienz aus? Mag der lieber eine große oder eine kleine Spannungsdifferenz? Aus der Richtung könnte man das ja auch optimieren.

feuerreiter

Also. Du willst 150 Wh an Strom ernten.

Dann nehmen wir mal solch ein Wetter, wie wir es gerade bei mir haben.

3 Tage Dauerregen.

Gehen wir mal davon aus, daß das Tageslicht nur für 6 Stunden ausreicht, um überhaupt Strom zu ernten, wären das 25 Wh.

25x6=150Wh.

Um diesen Wert zu erhalten, benötigst du 250 W an Solarpanel Leistung.

Vom Akku her würde ich auch mindestens 250 Wh verwenden.

Gerade an trüben Tagen geht der Strom schnell zu Neige.

Rocketeer

Achja, und noch wichtig zu bedenken: Achte darauf, dass der (kleine) Akku nicht zu schnell geladen wird falls doch mal die Sonne scheint. Das bringt dich vielleicht direkt zu einer mindest-Akkugröße.

Auch meine Zahlen oben führen dazu, dass 200 - 300 Wp PV-Leistung nötig scheinen. Was auch nicht ganz verkehrt wäre. Vielleicht gelingt es dir im Hinblick auf das "superleicht", die PV Panele als strukturellen Teil deines Kastens zu verwenden, sodass du diese große Panelfläche nicht an zusätzlichem Gewicht mitführen muss.

Mein Bauch sagt aber, dass du mit 100 - 150 Wp auskommen wirst. Du weisst ja, dass ich mit 420 Wp unterwegs bin und das bei einem Verbrauch, der eher bei 1000 - 2000 Wh/Tag liegt. Wenn du z.B. sicherstellst, dass bei Abfahrt alle Akkus voll sind, dann wirst du mit den ersten 150 Wh, die du als Tagesverbrauch angesetzt hast, eher 2 Tage weit kommen. Dennoch wird eine knappe Auslegung der PV die Ausfallsicherheit selbstverständlich senken. Ebenso bei drei Tage schwarzem Himmel am Stück wirst du so nicht weit kommen. Aber willst du bei so einem Katastrophenwetter von zu Hause aus raus in Außenoffice fahren? Ebenfalls wird es schnell knapper mit der Jahreszeiten-Tauglichkeit.

Zuletzt bestehen noch die Möglichkeiten nachträglich Akku oder PV nachzurüsten oder optional eine faltbare PV mitzuführen oder eine Steckdose aufzusuchen. Oder halt meinen vielzitierten Tag auf dem See zu verbringen während der Akku geladen wird.

Emanuel

Danke euch beiden für eure Antworten. Das hilft mir wirklich weiter. Und dich, @Rocketeer, hätte ich hier gar nicht erwartet, aber ich freue mich umso mehr.

Es ist so, dass die PV nicht -garantiert- immer meinen Bedarf decken muss. Wenn es wirklich mehrere schwarze Tage infolge gibt, ist es ok, wenn ich dann strande. Die Solarfläche wird zudem ausrichtbar sein (im Stand), sodass ich vielleicht doch mit mehr als 6 Stunden rechnen kann, denn den höchsten Energiebedarf habe ich immer im Stand.

Das HomeOffice war nur eine Idee, weil ich mir damit längere Fahrtzeiten ermöglichen könnte, wenn ich schonmal 2 Tage vor einem Urlaub losfahre und dann halt noch 6 Stunden am Tag irgendwo am See arbeite. Ich fahre natürlich nicht mit dem Ziel raus, um HomeOffice zu machen.

Hier ein paar Kurzantworten auf eure Kommentare:

Der Victron-Regler hat laut Handbuch einen Wirkungsgrad von >98%. Der Regler macht kein Step-Up. Die Nennspannung der PV muss zu Ladebeginn min. 5V höher sein als die Batteriespannung. Die Batterie hat im teilgeladenen Zustand aber durchaus 13…14V und so muss die PV >19V liefern, damit der Ladevorgang beginnt, wofür man bei einer 20V-PV schon etwas mehr Tageslicht braucht.
Meine Fahrradbeleuchtung hat eigene Akkus und kann über USB aus dem Wohnwagen bei Energieüberschuss geladen werden. Damit kommt man eine ganze Weile autark hin. Und das Radrücklicht kann ich zur Not hinten an den Wagen stecken, der mit nur einem Rücklicht auf der linken Seite betrieben werden darf. Mit leerem Akku im FaWoWa kann die Fahrt also fortgesetzt werden.
Die leichtesten PV pro Leistung sind nach meiner kurzen Recherche nicht die Taschen-PVs, sondern die Flex-PVs (Beispiele oben verlinkt).
LiFePO4's in der 20Ah-Größenordnung können meist so mit max. 0,7C geladen werden, also fast 200W. Das ist weit über dem Maximum der PV. Da brauche ich mir keine Gedanken um eine Akkumindestgröße wegen des Ladestroms machen.

Ich vermute, dass so ein Victron Gerät so ausgelegt ist, dass es funktioniert da mit einer 12V PV eine 12V Batterie zu laden.

Dürfte nach meinem Verständnis nicht gehen. Außer das einige PV "für 12V" beworben werden, die dann aber auch um die 20V haben.

Ein Kernteil meiner Frage ist noch offen, zu der auch das Bild gehörte: Ich vermute, mit einer PV mit höherer Spannung an düsteren Tagen mehr Ausbeute zu holen, weil bereits bei weniger Tageslicht die Mindestspannung des Ladereglers erreicht wird und er dann bereits laden kann. Ich kann nur nicht einschätzen, wie hoch die zusätzliche Ausbeute ist. Ich habe mal ein Diagramm gemacht, in dem die Spannungen einer 20V PV und einer 40V PV eingetragen sind.

Es sollte ungefähr stimmen. Die orange Linie ist eigentlich nur das doppelte der blauen. Der Punkt ist jetzt, dass die ca. 19V Mindestladespannung zum Start der Ladung (später erwartet der Regler nicht mehr so viel Spannung oberhalb des Akkus) mit der 40V-PV wesentlich früher erreicht werden. Wenn dem so ist, müsste ich ja an trüben Tagen mehr Ausbeute haben. Aber warum benutzen die Camper dann nicht alle 40V PVs? Die gibt es ja auch (z.B. hier) oder man nutzt 2x 20V in Reihe. Vielleicht liege ich ja irgendwo falsch?

turbojunge

@Emanuel

Es ist genau so wie du sagst. Victron empfiehlt das auch genau so mit der Reihenschaltung um bessere Effizienz bei Schwachlicht zu bekommen. Siehe kurzes Video von Victron selber: Victron Youtube

Nachteil ist halt dabei das Problem der teilweisen Verschattung, darum machen das wohl die meisten nicht so.

Rocketeer

Bestrahlung unter 50%, also deutliche Verringerung der Leerlaufspannung tritt glaube ich nur dann auf, wenn es wirklich ganz schön düster am Himmel ist. Ich beobachte eigentlich immer, dass das Panel (was ich übrigens als 12 V Panel gekauft habe, ja) entweder bei 17 V Leistung abgibt oder eben nicht. Aber der Laderegler (CTKEV 300 mit dem blauen Aufkleber) regelt die Panelspannung nur dann unter die 17 V, wenn eh kein Strom mehr kommt. Also da ist - denke ich - durch Reihenschaltung nicht viel zu holen. Dennoch, da nichts gegen Reihenschaltung spricht (Teilverschattung beachten und Wirkungsgrad des Ladereglers), kannste auch 2 Panele in Reihe schalten. Oder eben ausprobieren, was besser funktioniert.

Rocketeer

Panel im Stand ausrichten ist übrigens richtig gut. Dann kommst du auch mit weniger als 100 Wp aus. Sowas hattest du ja oben schon mal vorgeschlagen.

Jati_Ac

Hallo,
ich habe mich vor einiger Zeit mal der Frage Akku vs. PV angenommen und in einem PDF als Dokumentation festgehalten. Im Kern geht es darum, ob man besser mehr Akku mitnimmt oder aber ein PV-Setup gleichen Gewichts bzw. gleicher Kosten. Es ist dann noch einiges an Drumherum-Wissen mit rein gekommen.

Das Szenario sieht zwar ein E-Bike vor, aber evtl. hilft es dir ja dennoch weiter bei deinen Überlegungen:
https://fahrradwagen.com/d/367-grundlagen-und-berechnungen-solar-am-fahrradwohnwagen--top-oder-flop

Ansonsten noch meine ganz subjektive Meinung:
Bei deinen geringen Verbräuchen und mitdem Ziel möglichst leicht zu bleiben würde ich einen LiIon-Akku als "Softpack" mit ca. 1 kWh Kapazität mitnehmen. Mit diesem müsstest du dann alle 5-6 Tage einmal eine Steckdose anfahren. Meist ist es z.B. in der Gastronomie problemlos möglich hinter der Theke den Akku laden zu lassen, da habe ich zumindest fast nur positive Erfahrungen gemacht. Insb. im Kontext mobil zu Arbeiten wäre mir ein kleiner Akku, der gerade mal 1-2 Tage hält zu unsicher, wenn das Wetter mal nicht mitspielt.
Der Spaßfaktor ist aber natürlich deutlich höher wen man sehen kann wie man seine Energie selber erntet. Von daher möchte ich natürlich auch nicht prinzipiell gegen Solar sprechen, ich habe es ja selber aus Spaß an der Freude im Anhänger.

Zum Thema der angegebenen Panelspannungen:
Die meisten als "12V-Solarpanel" vermakteten Panele haben keine Spannung (Vmpp) von 12V, sondern sind für den Betrieb in 12V-Systemen gedacht. Die Betriebsspannungen liegen meist bei (Vmpp) ca. 18-20V. Leerlaufspannungen jeweils ein wenig höher. Am Ende des Tages muss aber natürlich ins Datenblatt geschaut werden, was das Panel nun konkret leistet.

Emanuel

So, ich habe mich jetzt aufgrund der Antworten zuerst belesen bei Jati_Ac und mir dann nochmal Gedanken gemacht. Auch die Erfahrungswerte von @Rocketeer waren hilfreich.

@Jati_Ac , dein Dokument hast du wirklich großartig geschrieben, sowohl fachlich als auch dein Schreibstil machen was her. Vielen Dank dafür. Besonders hilfreich waren für mich vor allem die Aufstellung der mittleren Ertragsmenge pro Tag und die Verlustbilanzierungen.

Ich gehe aber davon aus, dass dein "Normaler Tag" auf's Jahr gesehen immer noch ein ziemlich guter Tag war, da die hochstehende Sonne im Juni vermutlich trotz Bewölkung immer noch besser ist als im März. Darum habe ich die durchschnittliche Leistung für meine Bilanz nochmal halbiert auf ca. 0,1W/Wp.

Meinen Bedarf konnte ich auch noch reduzieren. Die 150Wh/Tag brauche ich eigentlich höchstens für 2 bis 3 Tage in Folge und danach sinkt der Bedarf. Auf längeren Touren komme ich mit deutlich unter 100Wh aus. Da der Akku mit 12,8V und 20Ah = 256Wh genug Vorrat hat, genügt es, wenn pro Tag 70 bis 100 Wh reinkommen. Ich kann dann also immer noch an den ersten 3 Tagen 150 Wh konsumieren.

Somit müsste ein 50 bis 70Wp Solarmodul für mich selbst an bewölkten Tagen ausreichen, nur vielleicht nicht in den dunkelsten Wintermonaten.

Dann die Frage, ob überhaupt Solar oder nicht. Das hast du, Jati_Ac, auch prima betrachtet. Mein Solarmodul + Laderegler + zusätzliche Verkabelung wird ca. 2kg wiegen. Für mich zählt fast nur das Gewicht und nicht so sehr die Kosten. Für 2kg bekomme ich aber nicht viel Akku, lediglich weitere 200Wh. Exakt betrachtet sogar noch weniger, weil ich dann auch noch ein Ladegerät mitnehmen müsste, was ich im Solarbetrieb nicht machen würde. Da ich aber gerne weitere Tage verreisen will, auf die Energie über 3 Tage hinaus kaum angewiesen bin und den Bedarf strecken kann, geht das für mich klar für das Solarmodul aus.

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Gereon

Guten Abend in die Runde!

Ich habe jetzt interessehalber mal Tante Google bemüht um bin dabei auf Folgendes gestoßen:

Das ergibt dann in Summe 9,9 Kg

Emanuel

Gereon : Danke, das ist lieb von dir, aber die Komponenten sind in Summe zu schwer für mich. Ich habe für meinen Wagen inkl. Gepäck eigentlich 40kg angepeilt. Für die Elektronik sind da eigentlich nur ca. 5kg reserviert. Solarzellen habe ich aber auch schon mehrere mit um die 2kg gefunden.

Das Solarmodul ist zu schwer. Da gibt es deutlich leichtere. 300Wp sind zu viel für mich und auch für den von dir gewählten Akku.
Der Laderegler gehört auch zu den schwereren und ist für das Solarmodul zu knapp dimensioniert.
Den Akku hatte ich bereits auf meiner Optionenliste. Der ist vergleichsweise leicht für seine Kapazität. Ich hoffe, da wird bei den technischen Daten nicht geschummelt.

Danke dir nochmal!

Emanuel

Ich beobachte eigentlich immer, dass das Panel (was ich übrigens als 12 V Panel gekauft habe, ja) entweder bei 17 V Leistung abgibt oder eben nicht.

Der Satz ist spannend. Das könnte bedeuten, dass dein Laderegler irgendwo dort seine Schwelle hat, aber zudem auch, dass das PV-Modul bei dieser Spannung noch gar keinen "nennenswerten" Strom abgeben kann, da die (fast) Leerlaufspannung sonst sofort absacken würde.

Aber ich verweigere weiter Mutmaßungen, bevor ich das Dokument von Jati_Ac gelesen habe. Das macht einen sehr spannenden Eindruck und ich kann noch lesen (du sagst im Vorwort, dass die Textform out sein könnte). Danke schon vorab dafür!!!

Übrigens @Jati_Ac, die Welt ist ein Dorf. War eben auf deiner Webseite im Impressum, weil mir das Ac in deinem Name verdächtig vorkam, aber 2008 bis 2012 habe ich in derselben Straße wie du gewohnt 😄 und die ist ja nicht sehr groß. Lustiger Zufall. Heute wohne ich in Herzogenrath, also auch nicht weit von dir weg.

Jati_Ac

Vielen Dank für das positive Feedback @Emanuel , das freut mich sehr zu hören, ass dir die Doku gefällt und etwas weitergeholfen hat! 😀

Ich bin auf die Umsetzung gespannt. Die durchschnittlich angenommene Leistung nochmal etwas runer zu nehmen macht auf jeden Fall Sinn, ich habe mir ja nur die Sommermonate angeschaut.

Falls du bei der weiteren Planung und Umsetzung noch Input oder Hilfe brauchst sag gerne Bescheid. Eigentlich ja umso cooler, dass du auch aus dem Aachener Umland kommst, können da gerne auch mal vor ort gemeinsam basteln und fachsimpeln, gib einfach Bescheid.

Emanuel

Danke für dein Angebot, Jati_Ac . Wäre echt spannend, FaWoWa-Begeisterte zu treffen, erst recht in unmittelbarer Nähe.

Ein Solarpanel habe ich inzwischen bestellt, aber es ist noch nicht da. Im letzten Moment, als ich fast schon ein anderes bestellt hätte, habe ich dieses gefunden. 70Wp, 35…40V (!), 1,4kg, also beste Werte für mich. Bin gespannt, ob es haltbar ist. Soll ja generell bei den Flexmodulen so eine Sache sein.

Einen Akku habe ich noch nicht ausgewählt. Wird auf jeden Fall 12,8V und ca. 20Ah werden. Die unterscheiden sich aber dennoch ziemlich beim Gewicht und vermutlich auch bei der Qualität. Hab da Teardowns von Akkus gesehen, die sind zum Gruseln, z.B. Akku für >30A freigegeben und dann sind die Klemmen intern mit ca. 1qmm-Litzen verkabelt.

Maqua

Emanuel Danke für dein Angebot, Jati_Ac . Wäre echt spannend, FaWoWa-Begeisterte zu treffen, erst recht in unmittelbarer Nähe.

Hallo Emanuel und Jati-Ac, ich bin neu hier im Forum und derzeit noch in der Planungsphase für meinen Fahrradwohnwagen.

Bin beim Stöbern auf eure interessanten Beiträge gestossen und durfte feststellen, das ich nicht der einzige "Verrückte" in der Städteregion-AC bin.

Ich freue mich auf weiteren Gedankenaustausch!

Gruss Manni

Emanuel

Das Solarmodul ist heute gekommen. Macht einen guten Eindruck. War gut verpackt. Ist steifer als erwartet, was gut für mich ist, da ich es gar nicht biegen will und dann weniger stützen muss. Und es wiegt nur 1,28 kg statt der angegebenen 1,4 kg. Wenn es gut arbeitet, war das ein guter Fang.