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Photovoltaik » Solaranlage richtig berechnen

Die Kraft der Sonne lässt sich mit Photovoltaikanlagen prima nutzen.

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 hier nicht der Aufbau und die Verkabelung einer 12 V Solaranlage gemeint sind. Das schafft jeder halbwegs versierte Hobby-Bastler ohne großen Aufwand. Vielmehr geht es darum, die richtigen Komponenten für eine Photovoltaikanlage zu ermitteln, damit die zu betreibenden Verbraucher auch zuverlässig versorgt werden.

Aus diesem Grund haben wir für Sie einen Solaranlagen-Rechner für 12 V Insel-Photovoltaikanlagen online gestellt. Sie brauchen lediglich die Anzahl und die Leistung Ihrer Verbraucher, sowie die Betriebsdauer pro Tag eingeben und schon rechnet Ihnen das Programm bis zu einem max. Energiebedarf von 2880 Wh die erforderlichen Komponenten für Ihre Anlage aus.

Bitte beachten Sie:
Der oben aufgeführte 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 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.

Wie wird eine Solaranlage bzw. Photovoltaikanlage richtig berechnet?

Die Planung oder besser gesagt die Berechnung einer 12 V Insel-Solaranlage ist recht einfach, wenn man sich an die nachfolgenden Schritte hält:

1. Leistungsbedarf ermitteln

So hell wie eine 35 W Halogenlampe bei nur 4,6 W Leistungsaufnahme.

Am Beginn der Planung steht die Ermittlung des Leistungsbedarfs. Dazu muss zunächst die Leistung der zu betreibenden Verbraucher 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.

Hinweis:
Bei Verbrauchern, wie z.B. Radios ist der 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.

2. Betriebszeiten der Verbraucher festlegen

Auch die Betriebszeiten der Verbraucher sind bei der Berechnung wichtig.

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.

3. Energiebedarf berechnen

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 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. Weitere Verbraucher werden bei Bedarf nach demselben Schema ermittelt und das Ergebnis zu den 59 Wh addiert.

4. Akkukapazität ermitteln

Solarakkus dürfen nicht zu tief entladen werden, damit sie lange halten.

 

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 (ständiges 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.

5. Modulgröße ermitteln

Das Solarmodull muss optimal zur Sonne ausgerichtet werden

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.

6. Laderegler ermitteln

Das elektronische Herzstück einer Photovoltaikanlage.

Bei der Auswahl des Ladereglers ist der Modulstrom das wichtigste Auswahlkriterium. Denn wenn der Solarakku voll aufgeladen ist, wird das Solarmodul vom Akku getrennt und über den Regler kurzgeschlossen. Dadurch wird vermieden, dass die vom Solarmodul erzeugte Spannung zu hoch wird und das Solarmodul Schaden nimmt.

Der Modulstrom des Ladereglers muss demzufolge gleichgroß oder höher 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.

Fazit

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.

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