* die Planung
* die Technik
Kerzenschein ist schön, romantisch und macht warm.
Dennoch ist an vielen Stellen elektrischer Strom sinnvoll und auch sehr angenehm. Darüber brauchen wir wohl nicht diskutieren, wenn wir das Mittelalter hinter uns lassen wollen.
Für uns war von Anfang an klar, dass wir unseren Strom wieder selbst herstellen wollen, weil wir eine Abhängigkeit von einem grossen Unternehmen mit unklarer Preisgestaltung ablehnen.
In unserem Falle konnten wir leicht so entscheiden, da es keine Stromversorgung zu unserem Grundstück gibt und diese nur mit hohen Investitionen machbar wäre. Investitionen, die wir wohl in der gleichen Grösse in eine Solar-Anlage stecken können mit der schönen Aussicht, dass wir dann keine monatlichen Stromrechnungen mehr bezahlen müssen.
Falls Du Dich in Gedanken mit einer Solaranlage beschäftigst, solltest zu Beginn abklären, ob eine solche Entscheidung ohne weitere Nachteile machbar ist. Die Energieversorger haben stellenweise (wie z.B. hier in Spanien) gesetzlich durchgesetzt, dass, sobald eine Stromleitung zu Deinem Grundstück führt, Du entweder den Strom abnehmen musst oder auf den mit Solar selbst erzeugten Strom eine zusätzliche Steuer bezahlen darfst.
Mit Solarstrom lernt man, mit Strom bewusst und sparsam umzugehen (oder man muss die Anlage sehr gross dimensionieren). Es wird immer wieder Perioden geben, in denen der gespeicherte Strom knapp werden kann und dann gibt es z.B. keinen Gebrauch von Radio, Fernsehen oder Computer. Wäschewaschen muss wieder auf die Sonne warten und mit einer sparsamen LED-Beleuchtung kommt man mit wenig Strom über die Runden. Geringer Stromverbrauch bedeutet gleichzeitig, dass man keine riesigen Batterien (das teuerste Teil der Anlage) einplanen muss.
Wir entschieden uns für eine Strom-Autarkie von 5 Tagen, weil unserer Erfahrung nach hier im Winter maximal eine Woche lang am Stück keine Sonne scheint (das heisst aber nicht, dass es dabei auch Ausnahmen geben kann).
Wieviel Strom brauchen wir mindestens an einem Tag?
Wir haben einen elektrischen Kühlschrank in Betrieb, brauchen auch täglich unseren PC / Laptop und etwas Licht. Das sind zusammen rund 4 kW oder 18 Ampére pro Tag. Diesen Verbrauch haben wir auf 7 Tage aufgerechnet (einfach um einen grösseren Puffer zu haben). Das sind dann rund 130 A in sieben Tagen – geht das überhaupt mit einer Solarstrom-Anlage, und wie gross muss diese dann sein????
Planung der Anlage
So, aber nun zur Planung der eigene Solaranlage. Dazu kann man vieles auf dem Netz lesen und jeder Autor hat so seine eigenen Präferenzen. Wir haben uns durch (fast) alle dieser Informationen durch gekämpft und hatten immer wieder unbeantwortete Fragen oder Widersprüche.
Daher hier die für uns wichtigen Faktoren für die Auslegung der Solar-Anlage (die Du für Deine Situation auch wieder anpassen darfst ):
- topografische Lage des Ortes
- wieviel direkte Sonnenstunden gibt es in der schlechtesten Jahreszeit
- wieviel Tage will man mindestens ohne Sonneneinstrahlung ausgekommen
- wie hoch ist der durchschnittliche Stromverbrauch pro Tag
- wieviel Strom wird mindestens gebraucht, wenn keine Sonne scheint
- wieviel Geld will / kann man investieren
- kann evtl ein Windgenerator (später) dazu kommen
- wie gross soll die Gesamtleistung de Anlage sein
- welche Technik wird gebraucht und wie passt diese zusammen
- brauche ich eventuell fachliche Hilfe beim Aufbau
Das sind viele Punkte, die alle im Detail angeschaut werden müssen. Fangen wir an mit unserem Fall-Beispiel.
Die topografische Lage des Grundstücks und der mögliche Aufstellungsort der Solaranlage ist die Grundlage für die gesamte Planung. Schaue Dir also Deine lokale Situation genau an: wo gibt es Berge oder grosse Bäume Richtung Süden, die Deiner Solaranlage im Winter nicht genug Licht gönnen? Wie gross ist die Möglichkeit, dass es in den kurzen Tagen wenig Sonne gibt, weil viele Wolken am Himmel sind?
Zum Beispiel liegt unser Grundstück am Nordhang eines Berges, dessen Kammbereich ungefähr 600 Meter über uns ist bei einer Entfernung Luftlinie von ca 750 Metern. Daher haben wir im Winter für 6 bis 8 Wochen maximal 3,5 Stunden Sonne auf unserem Grundstück. Das ist recht wenig, wenn man nicht seinen Stromverbauch in dieser Zeit stark einschränken kann. Das ist überhaupt ein Punkt: mit reinem Solarstrom muss man leben lernen, sparen können, sich anpassen an die Gegebenheiten, wenn man nicht grosse Summen in eine grosszügig (über-)dimensionierte Anlage ausgeben will oder kann.
Hier kommt dann schon der Aspekt der Autarkie rein. Wieviel Tage will ich mit meinem gespeicherten Strom auskommen, ohne dass ich mit einem Generator nachladen muss? Wieviel Strom braucht man im Durchschnitt pro Tag? Diese Rechnung ist ganz einfach – und dann doch wieder nicht.
Schau einfach mal auf die monatliche Abrechnung Deines Energieversorgers, dann bekommst Du schon mal einen Überblick. Dann kannst Du mal Deine normal gebrauchten Geräte anschauen und überlegen, ob Du diese wirklich so brauchst. Garantiert gibt es auch Dauerläufer in Deinem Haushalt, wie z.B. ein elektrischer Kühlschrank. (Ja, auch einen solchen Dauerläufer kann man mit Solarstrom betreiben!)
Du kannst auch eine sehr genaue Rechnung aufstellen, indem Du den Stromverbrauch aller Deiner Geräte aufschreibst (kWatt pro Stunde) und dann mit der durchschnittlichen Gebrauchszeit multiplizierst und alles addierst. Damit hast Du einen ungefähren Überblick – und musst (das ist unsere Erfahrung) noch mindestens 30 Prozent dazu rechnen. Dieser Rechenweg wird also auch nicht genauer .
Wir entschieden uns für eine Autarkie von 5 Tagen, weil unserer Erfahrung nach hier im Winter maximal eine Woche lang am Stück keine Sonne scheint (das heisst aber nicht, dass es dabei auch Ausnahmen geben kann).
Wieviel Strom brauchen wir mindestens an einem Tag? Wir haben einen elektrischen Kühlschrank in Betrieb, brauchen auch täglich unseren PC / Laptop und etwas Licht. Das sind zusammen rund 4 kW oder 18 Ampére pro Tag. Diesen Verbrauch haben wir auf 7 Tage aufgerechnet (einfach um 2 Tage mehr Autarkie notfalls zu haben). Das sind dann rund 130 A in sieben Tagen – und damit ist schon die Grösse der notwendigen Batterie festgelegt!
Aber aufgepasst: um Batterien (besonders die mit Säure, welche die billigeren auf dem Markt sind) langfristig in Leistung zu halten, sollten maximal rund 10 bis 15 Prozent der Kapazität genutzt werden. Tiefere Entladungen reduzieren die Lebensdauer der Batterie ganz gewaltig. Das heisst, dass unsere Batterien mindestens 1300 Ah gross sein müssen. Um auch mit Maschinen zu arbeiten, brauchen wir bei Sonnenschein noch etwas mehr Strom. Also sollten unsere Batterien ungefähr 1800 Ah speichern können.
Die benötigte Technik
Hier geht es jetzt um die Technik, die bei einer Solar-Anlage gebraucht wird und wie diese zusammen passen kann und wie man diese finden kann.
Im letzten Abschnitt hatten wir an unserem Beispiel die Batteriegrösse mit 1800 Ampére-Stunden festgelegt, um bei 10 Prozent Entnahmebeschränkung und noch einem zusätzlichen Sicherheitspuffer 180 Ampére-Stunden in 7 Tagen entnehmen zu können. Grössere Kapazitäten wären zwar schöner aber auch wesentlich teurer (denke an Dein Budget!)
Batterien wollen geladen werden, wenn sie Strom abgeben sollen. Also brauchen wir
- Batterien – 12, 24 oder 48 Volt
- Solar-Panele für die Stromerzeugung
- Laderegler, um den Strom sauber in die Batterie zu bekommen
- Inverter, um aus dem Batteriestrom 220 Volt Wechselstrom zu machen
- eventuell ein zusätzliches Ladegerät
- wenn möglich eine Kontrollanzeige.
Batterien: Es gibt einige verschiedene Formen der Stromspeicherung. Die älteste ist in “Blei-Schwefelsäure-Batterien”. Diese sind recht preiswert zu bekommen, brauchen regelmässig Pflege, sind gross und schwer, sind langfristig sinnvoll nur mit 10 bis 15 % der Gesamtkapazität belastbar (sonst halten sie nicht so lange, weil Schwefeldioxid ausfällt und Teile der Bleiplatten kurz schliesst).
Eine weitere Entwicklung sind die sogenannten “AGM-Batterien”. Diese sind eine neuere Konstruktion, in denen die Schwefelsäure in einem Fliess eingebunden ist. Es ist praktisch die gleiche Konstruktion wie vorher, nur dass das Ausfallen von Schwefeldioxid fast unterbunden wird. Auch sie brauchen regelmässige Pflege, können aber mehr Strom liefern, ohne dass sie in der Kapazität leiden.
Die beste (aber auch teuerste) Form der Batterien ist die “Gel-Batterie”, welche praktisch keine Pflege braucht. Hier ist die Säure in einem Gel gebunden, kann also nicht mehr ausfallen. Diese Batterien können sehr tief entladen werden, ohne dass die Gesamt-Speicherkapazität darunter leidet.
So, wer die Wahl hat, hat die Qual! Je moderner die Batterien sind umso kleiner sind sie und es können auch kleinere Kapazitäten gewählt werden – aber umso teurer sind sie im Vergleich mit der alten Flüssig-Säure-Batterie.
Wir entschieden uns für die Blei-Säure-Batterie mit 1800 Ah, weil sie hier leichter zu bekommen waren – und weil sie häufig als Pufferbatterien in grossen Firmen genutzt werden. Diese müssen per Gesetz jedes halbe Jahr ausgetauscht werden und kommen dann auf den Markt. Durch einen Freund konnten wir einen solchen Satz erwerben, der genau unseren Wünschen entsprach.
Damit war auch die Volt-Zahl unserer Anlage festgelegt: 24 Volt. Eigentlich ist die Voltzahl relativ unerheblich (ausser für die Auswahl der weiteren Technik). Jedoch hat 12 Volt den Nachteil, dass bei einer erhöhten Anforderung nicht sofort genügend Strom geliefert werden kann und es damit zu Stromschwankungen im Netz kommen kann. Bei 48 Volt wäre man damit sehr gut abgesichert, aber hier gibt es nur wenige notwendige Zusatzgeräte mit 48 Volt. Also 24 Volt ist in unseren Augen ein guter Kompromiss für eine gute Anlage.
Zu den Panelen:. Wie du auf dem Bild sehen kannst, haben wir uns für drei Panele à 275 Watt mit 24 Volt und somit 37 Ampére entschieden. Diese liefern bei vollen Sonnenschein knapp 900 Watt und können damit die Batterien gut laden. Mit 900 Watt Ladestrom in der Stunde denken wir, in der Winterzeit bei 3,5 Stunden direktes Sonnenlicht genug zu produzieren , um den sparsamen Stromverbrauch täglich abzudecken. Falls es doch nicht (im Winter) reichen sollte, können wir immer noch ein Panel dazu kaufen oder den schon geplanten Windgenerator bauen.
Um den Strom von den Solarplatten sauber in die Batterien zu bekommen, so dass diese nicht überladen oder permanent “abgekocht” werden, braucht es einen Laderegler, der diese Aufgabe automatisch verrichtet. Dieser reduziert den Ladestrom, wenn die Batterien fast voll geladen sind. Die Grösse bzw Leistungsfähigkeit wird durch die mögliche Ampére-Abgabe der Solarplatten bedingt. Bei unseren 3 (oder später evtl 4) Solarplatten werden wir maximal 50 Ampére Strom produzieren. Beim Laderegler wird diese Angabe als Dauerleistung gemacht; nach oben ist da noch ein wenig Luft. Also bei uns reicht eine Laderegler mit 50 Ampére aus.
Der Inverter ist ein Wechselrichter, der aus dem Gleichstrom in der Batterie einen 220 Volt Wechselstrom macht. Man kann natürlich auch ohne Wechselstrom auskommen und alles auf Gleichstrom laufen lassen. bei der Beleuchtung oder kleineren Geräten ist das nicht schwierig, aber bei grösseren ist es teilweise schon schwer, eine Gleichstrom-Version zu finden. Und dann sind deren Mehrkosten meist grösser wie der Preis für einen Inverter. Wir haben lange hin und her gedacht und endlich uns dafür entschieden, einen Inverter einzubauen. Hier muss man jetzt darauf achten, welche Qualität an Strom dieser liefert: angepasste Sinuswelle oder realer Sinusstrom. Natürlich ist ein realer Sinusstrom für die viele Elektronik in meist allen Haushaltsgeräten (nicht nur Computer) das Richtige.
Schlussendlich braucht es noch ein zusätzliches Ladegerät, um eventuell notwendigen Generatorstrom in die Batterien zu bekommen, wenn die Sonne nicht ausreichend scheint.
Je nach Gusto kann man sich die drei letztgenannten Teile einzeln zulegen und verkabeln. Das war auch unser erster Ansatz, besonders weil man da qualitativ gute Einzelkomponenten auswählen kann. Jedoch steigt meist dadurch auch der Preis. Das war für uns der Grund, dass wir uns ein Kombigerät zulegten, zumal es gerade im Angebot war. Es ist ein Gerät, welches einen Inverter mit 3kW Dauerleistung, einen Laderegler mit 50 A und ein Ladegerät mit 20 A beinhaltet.
Kombigeräte können aber auch Nachteile haben. Sie sind klein und kompakt gebaut und haben dadurch grosse Hitzentwicklung und brauchen deshalb einen Ventilator, welcher eventuell immer (!) läuft. Desweiteren werden einige elektronische Komponenten für mehrere Aufgaben gleichzeitig genutzt. Wenn diese nicht gut ausgelegt sind, dann kann es leicht zu Schwierigkeiten führen. Bei uns hat sich heraus gestellt, dass der Ladestrom des Generators (kein Sinus-Strom) direkt in das Netzt eingespeist wird. Das war für uns nicht sinnvoll und deshalb haben wir uns noch ein zusätzliches Ladegerät dazu besorgt.
(Dieser Artikel wird noch fortgesetzt)