Sript zum VDI-Solar-Workshop: Montage eines 12V-Volt- Inselnetzwerks

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1 Sript zum VDI-Solar-Workshop: Montage eines 12V-Volt- Inselnetzwerks Eine Themen-Zusammenfassung auf der Grundlage des 1. Solar- Workshops im Juni 2017 an der Vogelsbergschule in Lauterbach. Workshopleitung: Dipl.-Ing. Harald Wersich (Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.v. Dipl.-Ing. Thomas Jerwin Vogelsbergschule Lauterbach Mit Tipps und Tricks zur Beschaffung, Montage und Installation von Inselnetzen mit Solarstrom. Dieses Skript erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Alle zum Bau notwendigen Teile können im Elektrofachhandel, Baumärkten oder auch dem Internet bezogen werden. Verfasser: Dipl.-Ing. Markus Oestreich; Oktober 2017;Version b. Inhaltsverzeichnis: Schematischer Schaltplan eines 12V Solar-Inselnetzes 1) Solarzelle oder Solarpanel 2) Elektrische Leitungen 3) Laderegler 4) Batterie 5) Sicherung 6) Stecker und Kupplungen 7) Elektrische Verbraucher 8) Beispiele 1

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3 1) Solarzelle oder Solarpanel Die Solarzelle wandelt die Sonnenenergie in elektrische Energie um. Für das 12V-Inselnetz werden 12V-Solarzellen verwendet, die es in verschiedenen Leistungsstufen, beginnend bei ca. 10W zu kaufen gibt. Im Allgemeinen steigt die Watt-Zahl der Zelle mit deren Fläche und um so höher ist der erzielbare Ertrag und die Stromstärke. Bildquelle: Bsp einer 12V 30W Solarzelle. Vorder- und Rückseite, Abmessungen. Im Internet existiert ein großes Angebot an Solarzellen bzw. Solarpanels. 3

4 2) Elektrische Leitungen Die Komponenten des Inselnetzes werden vorzugsweise mit isolierten, flexiblen Litzenleitungen (sog. Leiter mit Einzeldrähten)verbunden. Die Stromstärke bestimmt den Leitungsdurchmesser und die Leitungslänge. Diesen Zusammenhang kann man Tabellen entnehmen: Bildquelle: Internet Den Stromwert bestimmt man über die Formel I = P/U. Mit P = Wattzahl der Solarzelle und U = 12V. Im Allgemeinen sind für das im Workshop montierte Inselnetz Leitungsquerschnitte von 0,5mm² bis 1,5mm² ausreichend. Sinnvoll, weil eindeutig und auch einfach während der Montage, ist die Verwendung roter Leitungen für + und schwarzer Leitungen für -. 4

5 3) Laderegler Wie der Name des Gerätes bereits sagt, regelt er das Laden und Entladen der Batterie und das Zusammenspiel von Solarzelle und den Verbrauchern im Netz. Die zum Inselnetz passende Größe definiert sich wiederrum über die Stromstärke (siehe 2). Laderegler gibt es in den verschiedensten Ausführungen. Zum Beispiel mit LED zur Anzeige des aktuellen Ladezustandes oder auch bereits mit USB 5V Steckplatz. Beispiele: Bildquelle: Bildquelle: 5

6 4) Batterie Die gewonnene elektrische Energie wird mit Hilfe des Ladereglers in einer Batterie gespeichert und kann von dort, auch zu Zeiten an denen keine Sonne scheint, verbraucht werden. Eine Batterie muss in der Anlage integriert werden da der Laderegler ohne Batterie nicht funktioniert. Hierzu werden 12V Motorrad- oder Autobatterien verwendet. Für Solar-Inselnetzwerke gibt es jedoch auch spezielle Solar- Batterien die für das oftmalige Laden und Entladen besser geeignet sind. Die Speicherkapazität wird in der Einheit Ah (Ampere- Stunde) angegeben. Je größer dieser Wert ist, um so mehr Sonnenenergie kann gespeichert werden. Bildquelle: 6

7 5) Sicherung Die im Netz eingesetzten Sicherungen haben die Aufgabe die Leitungen beim Auftreten von hohen Strömen zu schützen. Diese können z.b. durch fehlerhafte Komponenten im Stromkreis auftreten. Im Inselnetz werden Schmelzsicherungen eingesetzt, wie es sie auch im Auto gibt. Die Sicherungsgröße entnimmt man der Tabelle auf Seite 4. Die Sicherungen werden stets in der + Leitung platziert. Empfehlenswert ist eine Sicherung zwischen Laderegler und Batterie sowie zwischen Laderegler und Verbraucher vorzusehen. Bildquelle: 7

8 6) Stecker und Kupplungen Wer wechselnde Verbraucher einsetzen möchte und diese bequem vom Inselnetz trennen will, kann verschiedene Stecker- und Verbindungssysteme einsetzen. Einfachste und billigste Variante der Verbindung zweier Leitungen im 12V Netz ist die Lüsterklemme. Robust und bekannt ist die Zigarettenanzündersteckdose. Kabelsteckverbindung 5,5mm x 2,1 mm. Kombieinbausteckdosen, die sowohl USB als auch Zigarettenanzündersteckdose bieten. Bildquelle: 8

9 7) Elektrische Verbraucher Elektrische Verbraucher sind alle Geräte die an das Inselnetz angeschlossen werden und eletrische Energie in eine andere Energie wandeln. Wie im normalen Haushalt auch, wählt man bevorzugt Verbraucher, die wenig elektrische Energie benötigen z.b. LED Lampen statt Glühbirnen. Für den Automobil- und Campingbedarf gibt es eine Vielzahl von Geräten die mit der Gleichspannung 12V betrieben werden können. - LED Lampen (für Beleuchtung im Garten) - LED Lichterketten - Pumpen (Gartenteich, Bewässerung, Gartenbrause ) u.v.m. Aber auch für den 5V USB Steckplatz gibt es unzählige Verbraucher wie Lampen, Batterieladegeräte etc., jedoch wird dieser wohl vorrangig zum Laden von Handys und Smartphones verwendet werden. Oder um mit einer Powerbank die Sonnenenergie portabel zu machen. Zur Steuerung der Verbraucher können 12V Zeitschaltuhren eingesetzt werden. 9

10 8) Beispiele a) Mobiles Solarnetz USB Leselampe Kombieinbausteckdose 20W Solarzelle Montagerahmen USB Ladekabel Laderegler Batterie Kiste aus dem Baumarkt Anregung: 10

11 b)beleuchtung für Gartenhaus und zeitgesteuerte Bewässerung eines Hochbeetes Bild links: Schaltkasten und Beleuchtung (LED Birne 7W). Zwei angeschlossene USB-Geräte: Smartphone und Batterieladegerät Bild rechts: Blick in den Schaltkasten mit Solarladeregler (5A), Batterie (4Ah) und Zeitschaltuhr zur Steuerung der Bewässerungspumpe des Hochbeetes. Praxistipp nach einigen Monaten Betrieb: Batterie größer wählen. Bild links: Gartenhaus mit Solarzelle auf dem Dach. Rechts im Bild Hochbeet mit Bewässerungsschlauch. 30W Solarzelle auf dem Gartenhausdach Bewässerungspumpe für Hochbeet: Durchlauf 8 l/min / Druck 0,5 bar / Spannung 12 Volt 11 Campingbrause zum Reinigen der Ernte.