Solaranlage im Reisefahrzeug

Photovoltaik – faszinierend und praktisch zugleich

Habt ihr schon eine Solaranlage im Reisefahrzeug? Immer mehr Overlander machen sich die Techniken der Photovoltaik zu Nutze und sorgen so für eine autarke Stromversorgung an Bord auch bei längeren Standzeiten. Doch was ist das eigentlich? Photovoltaik? Was passiert da? Welche Vorteile hat diese Form der Energiebereitstellung für uns 4×4 Reisende? Gibt es auch Nachteile? All das sind Fragen, die ihr euch bestimmt schon mal gestellt habt. Und denen gehen wir in diesem Artikel nach.

In dem Begriff Photovoltaik stecken im Prinzip zwei Begriffe: Photo für Licht und Volt für die elektrische Spannung. Photovoltaik bezeichnet die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Das klingt ganz modern und doch sind die Grundlagen bereits seit Jahrtausenden bekannt. Und da wir Overlander ja gerne unterwegs sind, machen wir zum Einstieg in das Thema kurz mal eine kleine Zeitreise.

Von der Antike bis heute

Bei Licht handelt es sich ganz einfach gesagt um den sichtbaren Anteil an der elektromagnetischen Strahlung.  Ein Teil davon ist für das menschliche Auge wahrnehmbar und wir können so Farben unterscheiden. Das Sonnenlicht enthält alle dieser Farben, besteht also aus einer Mischung von Lichtwellen. Schon früh machten sich Menschen die Lichtenergie der Sonne zunutze. Sei es durch Prismen, Brenngläser oder Spiegel. Die Wirkung dieser, entzündete Feuer und heizte Häuser mittels Sonneneinstrahlung. Parabolspiegel sorgten für trockene Kleidung und Destillate. Auch Solarkocher kamen zum Einsatz.

1839 entdeckte dann der französische Wissenschaftler Alexandre Edmond Becquerel den Photoelektrischen Effekt. Albert Einstein erforschte diesen weiter. Den großen Durchbruch bei der direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie verdanken wir der Raumfahrt. In den 1950er Jahren kamen in der Satellitentechnik die ersten Photovoltaikzellen zum Einsatz. Damals noch mit wahnwitzig niedrigen Wirkungsgraden. Doch es funktionierte. Spätestens seit der Ölkrise Mitte der 1970er Jahre rückte das Thema Energieversorgung auch vermehrt in den öffentlichen Fokus und die Photovoltaik wurde immer weiterentwickelt. Waren Solaranlagen für den privaten Gebrauch anfangs nahezu unerschwinglich, so gab es schon bald attraktive Lösungen.

Und wie funktioniert das nun?

Im Folgenden wollen wir einmal möglichst anschaulich und einfach die Funktionsweise einer Solarzelle erläutern. Schauen wir uns dazu eine handelsübliche Silizium-Solarzelle an. Viele dieser Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium. Halbleiter haben die Eigenschaft, dass sie durch Zufuhr von Energie eine bessere Leitfähigkeit entwickeln. Die Sonneneinstrahlung ist diese Energie. Die Solarzelle besteht in unserem Beispiel aus zwei solcher Siliziumschichten. Einer negativ und einer positiv dotierten Schicht. Für diese Eigenschaften sorgt die Beimischung von weiteren chemischen Elementen wie Bor und Phosphor. Zwischen diesen beiden Schichten befindet sich die sogenannte Grenzschicht.

Tritt die Lichtenergie nun in die Solarzelle ein, setzen sich die Elektronen (elektrisch geladenen Elementarteilchen) in Bewegung und es entsteht ein elektrisches Feld in der Grenzschicht, dem sogenannten Kern der Solarzelle. Diese Prozesse in der Zelle wandeln Lichtenergie in elektrische Energie um. Über die Metallkontakte der Zelle entsteht ein elektrischer Stromfluss. Dazu sind an der Ober- und Unterseite der Solarzelle Kontaktschichten angebracht. Auf der Oberseite erkennt ihr diese als Gitternetz (damit noch Sonnenstrahlen hindurchgelangen können). Der Stromkreis ist geschlossen. Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse haben die Module noch eine Schutzschicht.

Solaranlage im Reisefahrzeug
Das Grundprinzip: 1) Kontakt und Leiterbahnen, 2) negativ geladene Schicht, 3) Grenzschicht, 4) positiv geladene Schicht, 5) Kontakt

Soweit das Grundprinzip. Gehen wir noch ein wenig weiter ins Detail.

Diese Arten von Solarzellen gibt es

Ihr habt bestimmt schon die verschiedenen Solarmodule auf Fahrzeugen gesehen. Diese Solarmodule bestehen aus mehreren Solarzellen. Dabei können wir im Wesentlichen drei verschiedene Zelltypen unterschieden: Monokristalline-, Polykristalline- und sogenannte Dünnschicht-Zellen.

Monokristalline Zellen

Monokristalline Zellen bestehen – der Name verrät es schon – aus einem reinen kristallinen Halbleiter, meist Silizium. Dazu werden zunächst zylindrische Stäbe – auch Ingots genannt – aus dem Silizium gezogen und anschließend in dünne Scheiben gesägt. Diese Scheiben nennen sich im Fachjargon auch „Wafer“ und beschreiben damit die Form sehr gut, nämlich die eines dünnen Keks. Diese monokristallinen Zellen weisen aufgrund ihres vergleichsweise hohen Siliziumanteiles einen höheren Wirkungsgrad – also die Angabe, wie viel der Sonnenenergie in Solarstrom umgewandelt wird – auf, als die polykristallinen Zellen, die wir uns gleich ansehen. Hier werdet ihr je nach Hersteller oder Test Angaben zwischen etwa 20 und 25% für Module aus Monokristallinen Zellen finden. Monokristalline Zellen haben einen weiteren großen Vorteil: sie sorgen auch bei schwächerem Licht für einen höheren Ertrag als polykristalline Zellen. Dazu später noch mehr. Die Herstellung ist vergleichsweise teuer.

Polykristalline Zellen

Günstiger in der Herstellung sind polykristalline Zellen. Daher sind sie auch weiterverbreitet. Die Herstellung beginnt hier mit dem Gießen eines Siliziumblocks. Die einzelnen Wafer werden sodann aus diesem geschnitten.

Übrigens, den Unterschied könnt ihr äußerlich gut erkennen. Polykristalline Module haben eine helle bläuliche Färbung und oft sind auch die Kristallgrenzen sichtbar, während monokristalline Module dunkelblau bis schwarz erscheinen und eine gleichmäßige Oberflächenstruktur aufweisen. Die Angaben zum Wirkungsgrad schwanken je nach Modul zwischen 15 und 20%. Damit fällt die Ernte aus diesen Zellen etwas geringer aus als bei den monokristallinen Zellen.

Dünnschichtzellen

Die Dünnschichtzellen bestehen ebenfalls meist aus Silizium, welches mit weiteren Materialien wie etwa Cadmium oder Kupferverbindungen vermischt und anschließend auf eine Oberfläche aufgedampft wird. Je nach Wahl der Oberfläche sind diese Zellen dann sehr flexibel. Teilweise könnt ihr sie sogar falten. Die Herstellung ist vergleichsweise einfach, sodass eine Massenfertigung gut darstellbar ist. Die Folge ist, dass Dünnschichtzellen vergleichsweise günstig herzustellen sind. Besonders gut geeignet sind diese Zellen bei schwierigen Lichtverhältnissen. Daher findet ihr solche Solarzellen beispielsweise in Uhren. Der erreichbare Wirkungsgrad von Dünnschichtzellen ist jedoch deutlich geringer als die der „dicken Schwesterzellen“ und liegt – je nach Aufbau der Dünnschichtzelle – bei maximal etwa 10%.

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Praxistipp: Oft müssen sich die Solarmodule den Platz auf dem Fahrzeugdach mit Dachträgern, Stauboxen und anderem Gepäck teilen. Habt ihr beispielsweise nur wenig Raum zur Verfügung auf eurem Fahrzeug, macht es natürlich Sinn ein zwar teureres aber dafür wirkungsvolleres Modul zu wählen. Ebenso gibt es mittlerweile Module am Markt, die passend für beispielsweise die Motorhaube verschiedener Modelle gefertigt werden.

Übrigens, seit einiger Zeit tüfteln findige Köpfe auch an der Verwendung von organischen Halbleitern anstatt kristallinen Halbleitern. Zellen aus organischen Halbleitern würden neben günstigeren Herstellungsverfahren auch die typischen mechanischen Vorteile von Kunststoffen bieten. Spannende Forschung und Entwicklung gibt es auch bei den sogenannten Perowskit-Solarzellen und Kombinationen mit Siliziumzellen. Die Kombinationen von herkömmlichen polykristallinen Zellen und Dünnschichtzellen versprechen einen deutlich erhöhten Wirkungsgrad von jenseits der 25%. Das liegt daran, dass bei einer solchen Kombination ein größeres Lichtspektrum genutzt werden kann. Es dürfte sich also noch viel bewegen in diesem Segment.

Die Vorteile von Photovoltaik liegen auf der Hand

Ein oder mehrere Solarmodule auf dem Reisefahrzeug verrichten meist unbemerkt und klaglos ihren Dienst. Sie sind geräuschlos und haben keine direkten Emissionen. Die Umsetzung der Licht- in elektrische Energie geschieht ohne laufende Kosten. Zudem ist der Overlander mit einer Solaranlage im Reisefahrzeug unabhängig von der Steckdose oder anderer Infrastruktur. Somit bringt sie die Autarkie, die wir alle bei unseren Reisen so schätzen. Die Solaranlage selbst ist wartungsarm. Das klingt nahezu fantastisch, oder? Doch damit das alles auch wirklich so funktioniert, müssen wir einiges beachten.

Gibt es auch Nachteile bei der Photovoltaik als Quelle elektrischer Energie?

Ja, die gibt es. Einige davon sind lösbar, andere nicht. Fangen wir einmal mit den offensichtlichen Nachteilen – oder nennen wir sie besser Herausforderungen – an. Nun, das ist klar, so eine Solaranlage im Reisefahrzeug benötigt natürlich was? Sonne! Das stellt euch als Reisende natürlich vor ein paar Herausforderungen, wenn ihr auf Solarenergie setzt.

Die Sonne scheint nicht jeden Tag gleich. Auch der Sonnenstand- und die Sonnenintensität wechseln je nach Tages-/ Jahreszeit und Reiseregion. Treffen die Sonnenstrahlen in nur einem flachen Winkel auf das Solarmodul, reflektiert ein großer Teil davon nur und kann nicht zur Energieumsetzung beitragen. An bewölkten Tagen fällt der Ertrag natürlich niedriger aus, als wenn die Sonne den ganzen Tag lacht.

Dazu kommen persönliche Vorlieben, wie etwa das Parken im Schatten um die Wärmeentwicklung im Fahrzeug bei längeren Standzeiten zu verringern.

Durch die einerseits angenehme Beschattung nimmt andererseits die Ernte aus der Solaranlage ab.

Für fast all diese Problemstellungen gibt es Lösungen am Markt

Während (semi)flexible Module in der Regel auf dem Fahrzeugdach dauerhaft verklebt werden, könnt ihr feste Solarmodule  abnehmbar montieren und so abseits vom Fahrzeug immer optimal zur Sonne ausrichten. Dazu eignet sich beispielsweise die Montage von Rahmenmodulen mittels Nutensteinen und Klammern aus Aluwinkeln auf Airlineschienen. Damit könnt ihr das Modul vergleichsweise sicher und doch noch gut demontierbar befestigen. Zudem wird das Modul bei Verwindungen des Fahrzeugs so nicht so stark belastet, wie wenn es etwa ringsherum oder an den Ecken befestigt wäre. Bedenkt dies bei der Auswahl und Montage eures Moduls.

Solaranlage im Reisefahrzeug
100 Watt-Rahmenmodul mittels Nutensteinen und Aluwinkeln auf bewährten Airlineschienen montiert.

Diese Art der Montage hat noch einen weiteren Vorteil. Die Leistungsfähigkeit von Solaranlagen nimmt mit Zunahme der Temperatur teilweise rapide ab. Angaben dazu liefert der Temperaturkoeffizient im Datenblatt eures Moduls. Die leicht erhöhte Montage, sorgt für eine gute Hinterlüftung der Module und wirkt diesem Effekt entgegen, was bei einem Verkleben auf dem Fahrzeugdach oder Stauboxen nicht immer gegeben ist. Ein Nachteil der Rahmenmodule ist ihr höheres Gewicht und die etwas größere Bauhöhe welche die Gesamtfahrzeughöhe gegebenfalls erhöht.

Auf dem Dach verklebte flache Module erhöhen die Fahrzeuggesamthöhe nur minimal.

Möchtet ihr eine Möglichkeit schaffen, ein Solarmodul fest zu installieren und auf dem Fahrzeug passend zur Sonne auszurichten, dann kommen vielleicht spezielle Befestigungsaufnahmen in Frage, die eine Ausrichtung des Moduls zulassen. Relleumdesign hat beispielsweise seit einiger Zeit den Solarmount im Programm, der eine solche Montageform ermöglicht.

Oder ihr nehmt gleich ein mobiles Modul, was ihr flexibel so platzieren könnt, dass es optimal ausgerichtet ist. Ein weiterer Vorteil eines solchen Faltmoduls ist die einfache Mitnahmemöglichkeit beim Fahrzeugwechsel. Dafür nimmt es jedoch einen Teil des oftmals knappen Stauraumes ein.

Eine interessante technische Entwicklung hat tigerexped im Solar-Programm. Die Solarmodule sind dabei mit Mikrolinsen versehen, die auch flach einfallende Sonneneinstrahlung besser einfangen soll. Weitere interessante Produkte und Innovationen rund um das Thema Solar findet ihr hier auf Matsch&Piste.

Umwelteinflüsse und Lebensdauer

Soweit die offensichtlichen Herausforderungen. Etwas weniger bekannt ist schon, dass die Module mit der Zeit in ihrer Wirkung nachlassen. Dabei haben die polykristallinen Module aufgrund ihrer helleren Oberflächenfarbe eine etwas längere Lebenszeit als die meist tiefschwarzen monokristallinen Module, welche sich stärker erhitzen, dafür jedoch – wie schon erwähnt – auch bei bewölkterem Wetter einen höheren Ertrag erzielen können.

Schon im ersten Jahr sind ganz leichte Leistungsverluste meßbar (jedoch nicht wrklich spürbar). Die Lebensdauer fest installierter Anlagen beträgt etwa 25 bis 30 Jahre. Witterungseinflüsse machen den Modulen zu schaffen. Beispielsweise sorgt Wind für leichte Schwingungen in den Modulen, welche das Material über die Jahre schwächen. Hinzukommt die Versprödung durch UV-Einstrahlung.

Darüber hinaus dürfen wir nicht vergessen, dass die Module zwar schon recht robust sind, jedoch auf einem Geländefahrzeug nochmals besonderen Beanspruchungen – wie etwa einer Verwindung des Fahrzeuges – ausgesetzt sind. Dies ist wie schon angesprochen ein sehr wichtiger Punkt bei der Befestigung. Bei Bewegung im Fahrzeug, können die vollflächig verklebte Module besonders stark belastet werden. Zudem können sich die unterschiedlichen Materialien von beispielsweise Wohnkabine oder Fahrzeugdach und Solarmodul bzw. dessen Trägermaterial bei Temperaturscchwankungen unterschiedlich ausdehnen. Das führt in der Praxis nach einiger Zeit öfter mal zu Problemen.

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Praxistipp: Auch durch Verschmutzung der Module sinkt natürlich die Leistungsfähigkeit, da das Licht nicht mehr optimal in das Modul einfallen kann. Eine regelmäßige Reinigung macht hier nicht nur nach Schneefall Sinn. Schaut euch euer Modul ab und zu mal an und befreit es von Staub und Schlamm des letzten Offroadeinsatzes oder den Hinterlassenschaften des letzten Herbst.

Eine Technik zur Gewinnung von elektrischer Energie – die völlig ohne Umwelteinwirkungen auskommt – gibt es (noch) nicht

Die Gewinnung von elektrischer Energie mittels der Photovoltaik in einer Solaranlage ist im Vergleich zu anderen Lösungen natürlich umweltfreundlich, solange wir uns den reinen Prozess der Energieumwandlung anschauen. Seltener thematisiert, jedoch dabei nicht aus dem Auge zu verlieren, ist die Herstellung und irgendwann das Recycling solcher Anlagen. Bei der Produktion der Module haben wir es mit den typischen Umweltproblemen der Halbleiterfertigung zu tun. Zur Herstellung der Solarzellen und des Solarmoduls sind zahlreiche chemische und energieintensive Schritte erforderlich, die der Umwelt eben gerade nicht zuträglich sind. Zudem kommt es natürlich zu Emissionen während der Fertigung von Solaranlagen. Die Fertigung vieler Module erfolgt heute in China, was einen entsprechenden Transportweg beispielsweise nach Europa nach sich zieht. Eine Berechnung der energetischen Amortisation ist aufrund der Vielzahl von Faktoren und Annahmen natürlich komplex.

Auch das Recycling am Ende der Lebensdauer ist energieintensiv. Ebenso kommt der fachgerechten Entsorgung hier eine Rolle zu.

Die gute Nachricht ist, dass die energetische Amortisationszeit von Solaranlagen je nach Setup in verschiedenen Studien mit einem bis sechs Jahren berechnet wurde und damit in der Gesamtbilanz positiv ausfällt.

So nutzt ihr Photovoltaik als Overlander

Habt ihr euch für Photovoltaik auf dem Fahrzeug entschieden? Dann kommen verschiedene Setups in Frage. Der Grundaufbau ist im Prinzip immer gleich. Ihr benötigt zunächst ein oder mehrere Solarmodule. Das können je nach Anwendungsfall mobile oder festinstallierte Modul sein.

Um nun die elektrische Energie in eure Bordbatterien zu bekommen, benötigt ihr noch einen Solarregler. Dieser ist sozusagen das Bindeglied zwischen eurem Solarmodul und der Batterie. Er regelt Strom und Spannung für eine optimale Ladung der Batterie und verhindert auch die Entladung sofern keine Solarenergie (etwa nachts) zur Verfügung steht. In Bereich der Solarregler gibt es eine große Bandbreite an Modellen, von einfachen Reglern, die einfach nur ihren Zweck erfüllen bis hin zu Reglern mit verschiedensten Anzeigen und Progammiermöglichkeiten. Zudem unterscheiden wir verschiedene Regelungstechniken. Dazu später noch mehr.

Robuster MPPT Regler ohne „technischem Schnickschnack“ wie beispelsweise Displays mit diversen Anzeigemöglichkeiten.

Und am Ende oder am Anfang steht natürlich die Bordbatterie, aus der ihr eure Verbraucher speist. Oft werdet ihr ein Doppelbatteriesystem an Bord haben. Was es dabei zu beachten gibt, haben wir für euch in diesem Artikel einmal genauer beleuchtet.

Festinstalliertes oder mobiles Modul für die Solaranlage im Reisefahrzeug?

Wer die Wahl hat, hat die Qual. Festinstallierte Module könnt ihr gut verwenden, wenn eure Bordbatterien permanent versorgt werden sollen (Erhaltungsladung), ihr eure Kühlbox über lange Zeit im Fahrzeug betreibt oder ihr häufig den Stellplatz wechselt. Ausreichend Platz auf dem Fahrzeug dabei natürlich immer vorausgesetzt. Mit so einer festen Installation habt ihr am wenigsten Arbeit, sie ist einfach da und funktioniert.

Mobile Module können eure Wahl sein, wenn ihr eher Camper seid, also die Solarenergie nur auf Ausflügen, Touren und kürzeren Urlaubsreisen und dann auch meist stationär verwendet. Am Stellplatz angekommen, packt ihr das Modul aus und positioniert es so wie es gerade erforderlich ist. Über den Tag hinweg, könnt ihr es dann sogar mit dem Sonnenstand mitwandern lassen. Achtet dafür auf eine ausreichende Kabellänge. Viele der Module kommen mit etwa 5 Metern Kabel. Verlängerungen sind möglich. Der Verlust auf einer Kabellänge von etwa 10 Metern ist nicht weiter relevant.

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Praxistipp: Klar, das mobile Modul richtet ihr zur Sonne aus. Dazu legt ihr es beispielsweise auf Windschutzscheibe oder Motorhaube. Doch Achtung, bitte nicht, wenn diese durch die Sonne schon recht heiß sind. Denn dann sinkt die Leistung wie weiter vorne schon beschrieben. In diesem Fall, stellt ihr das Modul besser auf den Boden.

Ein mobiles Modul kann auch eine praktische Ergänzung zur fest installierten Solaranlagen im Reisefahrzeug sein. Beispielsweise um im Winter etwas mehr Leistung zur Verfügung zu haben.

Feste Module, die ihr auf die Schale eines Dachzeltes oder ein Klappdach montiert, bieten ebenfalls Ausrichtungsmöglichkeiten im begrenzten Maße. Doch das ist eher theoretisch, da wir unsere Fahrzeuge dann doch eher so ausrichten, dass sie günstig im Wind, im Schatten oder gerade stehen oder die Sicht besonders schön ist – ihr kennt das.

Wieviel Watt für das Solarmodul?

Diese Frage können wir nicht pauschal antworten. Sie ist von vielen Faktoren abhängig und auch davon, ob Solar die einzige Quelle ist, die Verbraucherbatterie nachzuladen oder ob ihr beispielsweise den Stellplatz täglich wechselt und diese dabei auch durch die Lichtmaschine geladen wird.

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Praxistipp: Aufgepasst, ist eure Verbraucherbatterie schon etwas weiter entladen, schaffen es kürzere Fahrten, wenn auch jeden Tag, oft nicht eure Starter- und Verbraucherbatterie vollständig zuladen. Nicht selten wird am Laderegler für die Zweitbatterie die falsche Ladeschlussspannung oder der falsche Batterietyp gewählt. Auch dann bekommt ihr die Verbraucherbatterie selbst bei längeren Fahrten nicht voll geladen. In der Folge kann dies und zu wenig Energie von der Solaranlage dann letztendlich doch zu einer entleerten Verbraucherbatterie führen.

Ihr merkt, das System sollte gut aufeinander abgestimmt sein. Hilfreich ist dabei eine aussagekräftige Batterieüberwachung, wie beispielsweise das Balmar SG200.

Ihr solltet beim Kauf eines Solarmodules auch bedenken, dass ihr selbst aus einem qualitativ hochwertigen 100 Watt Modul nicht 100 Watt Leistung erwarten könnt. Ein bisschen Verlust ist immer und ein gutes Modul liefert in diesem Fall eher etwas um die 85 Watt. Gut, wenn die Leistungsangabe auf dem Modul durch eine unabhängige Stelle zertifiziert ist.

So könnt ihr die Dimensionierung für eure Solaranlage im Reisefahrzeug berechnen

Nun ist eine Berechnung der Dimensionierung nicht trivial. Denn darin stecken sehr viele Annahmen. So ist für die Leistungsausbeute aus einem Solarmodul natürlich – ihr wisst es schon – die Sonneneinstrahlung ein ganz entscheidender Faktor. Könnt ihr aus einem 100 Watt Modul im Hochsommer in Deutschland vielleicht 400 Wattstunden erzielen, so kann dieser Wert im Winter auf deutlich unter 100 Wattstunden absinken. Verbringt ihr den Sommer im sonnigen Süden Europas sind wiederum deutlich höhere Erträge möglich.

Wagen wir uns trotzdem an eine Beispielberechnung

Als Startpunkt solltet ihr ermitteln, welchen Stromhunger ihr überhaupt habt in eurem Fahrzeug. Ihr schreibt also einfach mal auf, welche Verbraucher angeschlossen sind und welche Leistungsaufnahme diese haben. Dazu notiert ihr noch die (geschätzte) Einschaltdauer, also beispielsweise 2 Stunden für die Leselampe am Abend. Als Ergebnis erhaltet ihr einen Wert in Wattstunden. Dies ist die Energie, die ihr (im Schnitt) am Tag aus eurer Verbraucherbatterie entnehmt und wieder zuführen müsst.

Rechenbeispiel:

Verbraucher Leistungsaufnahme in Watt Einschalt- bzw. Nutzunsdauer pro Tag Wattstunden
Kompressorkühlbox 35 8 280
Ladegerät Smartphone 5 2 10
Ladegerät Tablet 10 2 20
LED-Leseleuchte 1 2 2
Täglicher Bedarf 312

Der tägliche Bedarf beträgt also etwa 300 Wattstunden. Gehen wir nun davon aus, dass im meteorologischen in Deutschland die Sonne im Mittel etwas mehr als 6,5h am Tag scheint, sind wir auch nach Abzügen für Leitungsverluste und einem Sicherheitspuffer mit einem 100 Watt Solarmodul sehr gut aufgestellt.

In der Praxis hat sich ein 100 Watt Modul für einen in unseren Breiten von Frühjahr bis Herbst genutzten Geländewagen bewährt. Dies solange an einer ca. 100Ah Verbraucherbatterie die üblichen Verbraucher wie etwa Kompressor-Kühlbox, LED-Innenbeleuchtung, 12V Ladegeräte für Kamera, Laptop, Handy und Co betrieben werden. Dieses liefert zum einen ausreichend elektrische Energie und nimmt nicht allzu viel Platz auf dem Dach in Anspruch.

Im Winter oder in den nordischen Ländern kann das jedoch schon ganz anders aussehen. Dann benötigt ihr deutlich mehr Leistung oder eine weitere Lademöglichkeit, beispielsweise über die Lichtmaschine oder den Landstromanschluss. Auch ein zusätzliches mobiles Panel kann dann helfen. Zudem steigt im Winter der Verbrauch in der Regel an und die Ladeleistung einer normal-geregelten Lichtmaschine nimmt ab.

Ebenso muß die Batterie ausreichend dimensioniert sein. Dabei hilft wieder der Blick auf eure Verbraucher. Mehr rund um die Fahrzeugbatterien und deren Monitoring findet ihr übrigens ebenfalls in unserem Artikel zur Batterieüberwachung.

PWM oder MPPT Regler?

PWM und MPPT. Diese Abkürzungen habt ihr sicher schon einmal gehört. PWM steht dabei für Pulsweitenmodulation und MPPT für Max Power Point Tracking. Klingt kompliziert, ist jedoch ganz einfach zu erklären und zu merken.

Was macht das Modul? Je nach Sonneneinstrahlung und Temperatur liefert euer Solarmodul eine unterschiedlich hohe Leistung. Die Intensität der Sonneneinstrahlung verändert dabei hauptsächlich die Stromstärke (Ampere) und die Temperatur die Spannung (Volt). Der sogenannte Maximum Power
Point (MPP) liegt auf der Strom-Spannungskennlinie genau an dem Punkt, an dem die
Solaranlage die maximale Leistung erzielt. Das ist der Punkt, wo das Produkt aus Strom und Spannung am höchsten ist (Leistung in Watt = Spannung in Volt multipliziert mit der Stromstärke in Ampere). Diesen MPP wollen wir also am besten erreichen.

Maximum Power Point Diagramm
Maximum Power Point Diagramm

PWM Regler

Der PWM Regler schaltet das Modul im Prinzip permanent an und aus. So justiert er die Spannung, die zur Batterie gelangt auf ungefähr die Batteriespannung. Die Stromstärke bleibt in etwa gleich. Darunter leidet natürlich die Leistung insgesamt, denn die Ernergieumwandlung des Modules wird ja nicht permanent und vollständig genutzt (wir erinnern uns: Leistung = Spannung x Stromstärke). Wenn alle Komponenten optimal aufeinander abgestimmt sind, kann dies trotzdem gut funktionieren. Übrigens, Pulsweitenmodulation kennen wir auch aus dem Bereich der Beleuchtung. LEDs werden häufig mit dieser Technik gedimmt. Die LED scheint konstant hell, wird jedoch in einer bestimmten Frequenz blitzschnell ein- und ausgeschaltet und erscheint so für das menschliche Auge dunkler.

MPPT Regler

Der MPPT Regler dagegen regelt die ankommende Spannung permanent an den Punkt wo die Leistungsausbeute aus dem Modul am höchsten ist. Auf der einen Seite reduziert er die Spannung des Solarmoduls auf das Batterieniveau und erhöhrt dabei gleichzeitg den Ladestrom. Er steuert die Energie also stets in das optimale Verhältnis von Spannung und Stromstärke. So wird eine hohe Effizienz des gesamten Setups erreicht und der Wirkungsgrad erreicht mitunter bis zu etwa 95%. Insofern ist der MPPT Regler die bessere Wahl.

Der Regler sollte so dimensioniert sein, dass er die maximale Leistung aller Verbraucher (siehe Berechnungen zuvor) verträgt.

Fazit zur Solaranlage im Reisefahrzeug

Ganz klar, eine Solaranlage im Reisefahrzeug bringt einen weiteren Schritt in Richtung Autarkie. Benötige ich den? Das muß letztlich jeder für sich entscheiden und doch gibt es ein paar Kriterien zur Entscheidungsfindung. Fahrt ihr täglich oder jeden Tag weiter auf euren Touren, reicht in der Regel das Laden der Batterie(n) über die Lichtmaschine aus. Ebenso wird dies die Stromversorgung eurer Wahl sein, wenn das Fahrzeug nur gelegentlich zum Reisen eingesetzt wird und in der übrigen Zeit als daily driver dient.

Seid ihr jedoch beispielsweise auf ausgedehnteren Touren unterwegs und kommt es zu längeren Standzeiten, so benötigt ihr eine zusätzliche Stromversorgung. Eine Möglichkeit ist der Landstromanschluß. Damit seid ihr von einer gewissen Infrastruktur abhängig. Eine Solaranlage im Reisefahrzeug dagegen bietet eine unabhängige Stromversorgung. Einmal installiert leistet sie in der Regel viele Jahre unauffällig und geräuschlos ihren Dienst und sorgt für Autarkie, die Offroad-Reisende schätzen. Die Umsetzung der Licht- in elektrische Energie geschieht dabei ohne zusätzliche laufende Kosten und die Solaranlage selbst ist wartungsarm. Wer sich einmal an die Vorzüge von Solar gewöhnt hat, will seine Solaranlage unterwegs nicht mehr missen.

Wichtig ist, dass euer gesamtes Bordnetz sinnvoll aufeinander abgestimmt ist. Dazu gehören neben der Solaranlage weitere Komponenten wie beispielsweise Batterien, die Lichtmaschine, Ladegeräte, Landstromanschluß und nicht zuletzt die richtige Absicherung und richtige und ausreichend dimensionierte Verkabelung. Elektrische Installationen sollten grundsätzlich von Fachleuten oder in Fachwerkstätten vorgenommen werden. Bei Fehlern besteht Kurzschluss- und damit Brandgefahr! Viele weitere Tipps rund um die Elektrik findet ihr hier auf Matsch&Piste.