Selbstbau Solaranlage

Warum ?

Blöde Frage, um die Welt zu retten natürlich. Wer in unserer aktuellen Lage gut aufpasst, wird festgestellt haben, dass unser „Ökostrom“ auch nur Beschiss ist. Er besteht zu großen Teilen nur aus Zertifikatshandel und Biogas. Wer also wirklich etwas tun will, muss selber kreativ werden.

Naja oder man braucht nur da Strom wo man sonst keinen hat und/oder bastelt gerne XD

Solarpaneels

Grundsätzlich kann man alle Solarpaneels verwenden die man neu oder im besten Fall irgendwo gebraucht bekommt. Dabei ist lediglich auf die Spannung zu achten. Bei Spitzenspannungen über 40V werden die Laderegler schnell sehr viel teurer (von 20€ auf 80€-100€).

Die Spannung wird bei Solar-Paneels immer in zwei Werten eingegeben. In Leerlaufspannung, diese gibt die Spannung an, wenn kein Abnehmer vorhanden ist oder keine Leistung mehr abgenommen werden kann. Das ist z.B. der Fall wenn die Batterie voll ist. Die Nennspannung gibt dabei die Spannung an welche unter Leistungsabnahme zu erwarten ist.

In meinem Fall sind es Dünnschichtmodule mit 50W aus Glas. Diese sind sehr günstig zu bekommen, da sie zum einen recht schwer sind und leider keinen Rahmen zum befestigen besitzen und auch die Leistung eher gering ist. Durch das Glas ist allerdings eine lange Lebensdauer zu erwarten, solange sie nicht gerissen sind.

Alternativ habe ich auch 110W Paneels von Siemens getestet welche allerdings in der Leistung nicht mal annähernd die Leistung der 50W Module erreichten. Meine Vermutung ist, da ich beide Typen gebraucht gekauft habe, dass die Siemens Paneels einfach schon den Großteil ihrer Lebensdauer hinter sich haben.

Solar-Controller

Bei dem Solar-Controller muss auf zwei Dinge geachtet werden. Zum einen die Maximalspannung in Volt und die maximale Leistung. Die Beschreibung bei letzterem bezieht sich immer auf das dahinter verwendete Spannungs-System. Also ob ein 12V, 24V oder 48V System verwendet wird. Auch hier ist bei günstigen Ladereglern darauf zu achten, dass nur weil da eine hohe Leistung steht, heißt das nicht das diese die auch bei 12V schaffen.

Der Solar-Controller den ich verwende ist ein Tracer4210AN welcher eine Leistung von 520W bei meinem 12V System verkraftet, bzw. 1040W bei einem 24V System.

Der Laderegler bietet verschieden Einstellungsmöglichkeiten für unterschiedliche Batterien und einen rj45 bzw. rj11-Stecker zum Auslesen von aktuellen Betriebsparametern. Dieser kann entweder durch originale Hardware vom Hersteller verwendet werden oder über einen RS485-usb Adapter. Hierzu einfach mal auf GitHub suchen. bzw. hier ist meine Implementierung. Und hier live zu sehen!

Batterie

Grundsätzlich werden vom Laderegler verschiedene Batterie Typen unterstützt Blei-Gel, Lithium-Ionen usw.. Ich habe bis jetzt nur Blei-Gel Akkus verwendet. Wobei es sich hier anbietet die Wartungsfreien und komplett versiegelten zu verwenden. Diese sind mit verstärkten Metallplatten innen ausgerüstet und sind somit genau für den Verwendungszweck des dauerhaften Be- und Entladens ausgelegt.

Lithium-Ionen

Hierzu kann ich leider keinen Erfahrungsbericht abgeben da mir diese beim aktuellen Preis und sicherheitstechnisch noch zu heikel sind. Aber ich habe mich hier auch nicht weiter belesen. Vielleicht kann mir dazu ja mal jemand einen Erfahrungsbericht zukommen lassen.

Alte Autobatterien

Von der Verwendung von alten Autobatterien würde ich an dieser Stelle abraten, da diese nicht für viele Be- und Entladezyklen gedacht sind, sonder dafür sehr kurz viel Strom abzugeben (Anlasser). Wobei wenn sie eh über sind kann man sie trotzdem verwenden ist halt nicht geil.

Schaltung in Reihe oder Parallel

Grundsätzlich ein valider Einfall um z.B. aus einem 12V ein 24V System zu machen. Allerdings sollte hier darauf geachtet werden, dass die Batterien die selbe Leistung und das selbe alter haben. Wenn nicht wird es unweigerlich dazu führen, dass die „schlechteste“ Batterie die anderen mit runter zieht.

Beim parallelen Betreiben von Akkus sollte zudem darauf geachtet werden diese jeweils einzeln abzusichern. Damit falls eine kaputt geht nicht auch alle Anderen mit vernichtet werden.

Inverter

Um die neue „grüne“ Energiequelle nun auch an „gewöhnliche“ Geräte anzuschließen zu können müssen die 12V bzw. 24V oder 48V DC erst einmal wieder auf 230V AC umgewandelt werden. Hierfür wird ein in Inverter benötigt welcher dieses tut. Hier muss wieder auf verschiedene Dinge geachtet werden.

Sinus

Gerade günstige Wechselrichter erstellen keine reine Sinusspannung bereit. Dies bedeutet, dass verschiedene angeschlossene Geräte dies überhaupt nicht mögen und dazu neigen kaputt zu gehen (mehr hierzu hier). Wer also nur einfache Lasten wie Licht oder Motoren anschließen möchte, der ist mit einem solchen Inverter gut bedient. Zwar kann man auch Laptops oder Handylader anschließen, allerdings fangen die angeschlossenen Netzteile merkwürdig an zu summen. Wer größere bzw. komplexere Geräte werdenden will, sollte sich einen Inverter mit einer reinen Sinus-Welle besorgen. Gerade Audio-Equipment mag diesen „Fake-Sinus“ nicht. Und auch meine Senseo Kaffeepad Maschine hat’s zerlegt -.-. Preislich sind die Geräte mit dem modifiziertem Sinus natürlich weitaus günstiger. Eine Sache noch, passt genau auf was in den Spezifikationen des Gerätes steht. Nur weil „pure Sinus“ drauf steht heißt es noch lange nicht das es eine reine Sinus Spannung ist. Die Firma heißt nur so…

Leistung

Natürlich muss auch bei der Leistung des Wechselrichters darauf geachtet werden, dass diese ausreichend ist. Hierbei wird auch wieder eine Nennleistung und eine Spitzenleistung gegeben. Die Nennleistung kann dauerhaft abgegeben werden. Die Spitzenleistung kann nur kurz gehalten werden bis um die 10 Sekunden oder so bevor sie wegen Überlast abschalten. Also beim Kauf des Wechselrichters vorher mal auf die Geräte schauen die angeschlossen werden sollen, was die denn so brauchen. Zudem bietet es sich immer an etwas Leistung als Puffer übrig zu lassen, denn die Leistung die auf den Geräten steht wird auch gern mal überschritten. z.b. die Senseo sagt, sie brauche nur 1200W aber dann den 1500W (max 2000W) Inverter beim Kaffee machen überlastet.

Geräte

Was kann ich mit dem Inverter gut betreiben was habe ich getestet ?
(Meiner macht einen reinen Sinus)

  • Netzteile jeglicher Art (Laptop, Handy, E-Bike, E-Motorrad), 0-500W
  • Sandwichtoaster, 500W
  • Elektro-Grill 500W-1500W
  • Heckenschere 450W
  • Stichsäge
  • Bohrmaschine
  • Kühltruhe und Kühlschrank 80W(wenn aktiv)

Verkabelung

Bei der Verkabelung muss selbstverständlich auch auf die richtigen Kabelquerschnitt geachtet werden, damit diese nicht warm werden und weg schmoren. Gerade zwischen Inverter und Batterie sollten möglichst dicke Kabel verwendet werden, da der Inverter bei seinen 1500W über das 12V Spannungssystem ca. 150A zieht. Bei den Solarkabeln habe ich 6mm2 Kabel verwendet da diese recht lang sind (ca 30m bis zum Laderegler) und dann der Eigenwiderstand des Kabels nicht so hoch ist. Zudem passen dazu auch die momentan verwendeten Steckersysteme. Zwischen Batterie und Laderegler liegen 10mm2 diese sind hier vielleicht etwas übertrieben aber wer weiß wie viel Paneels noch dazu kommen :P.

Selbstverständlich müssen die Kabelquerschnitte für die jeweiligen Anlagen individuell errechnet werden. Hierzu gibt es genug Tabellen im Internet, einfach mal reinlesen.

Über was man auch nachdenken kann ist wenn man z.B. Paneels mit z.B, 40V hat und der Laderegler mehr als das doppelte kann, jeweils zwei Paneels in Reihe zu schalten und die Spannung zu erhöhen und den Eigenwiderstand des Kabels zu „umgehen“.

Bei allen Verkabelungen ist besonders wichtig auch die Sicherungen nicht zu vergessen. Generell sollte man hier mindestens zwischen den Geräten, wie Inverter und Batterie oder Batterie und Laderegler, Sicherungen vorsehen. Für die großen Ströme gibt es vor allem aus dem KFZ-Bereich günstige Schmelzsicherungen. Möchte man kleinere Verbraucher auf der 12V Seite absichern/Schalter, kann man auch reguläre Leistungsschutzschalter verwenden (Achtung die Charakteristik verändert sich bei DC-Strom).
Auf der 230V Seite gelten die normalen Regeln für die Hausinstallation.

Generell ist hier zu sagen, wenn ihr nicht genau wisst was ihr tut oder euch unsicher seid, sucht euch professionelle Hilfe. Falsche Auslegung / Absicherung oder nicht einhalten von Sicherheitsmaßnahmen kann zu Bränden / Verletzungen oder Tot führen!

Batterie Zustand auslesen

Den aktuellen Ladezustand der Batterie kann man anhand der aktuellen Spannung/Ladespannung der Batterie ermitteln. Hier gibt es leider keine fixen Werte das muss man einfach abschätzen lernen. Wenn ihr glück habt, gibt es zu eurer Batterie ein Datenblatt. In diesem wird für gewöhnlich eine Kennlinie gegeben, die die Ladung in Abhängigkeit der Leerlaufspannung angibt. Hier ein paar Grundzüge (alles für Blei-Gel Akkus, die anderen k.a.).

  • 12V Mit anliegender Spannung -> Batterie ist leer und wird geladen
  • 13V Mit anliegender Spannung -> Batterie ist halbvoll und wird geladen
  • 13,8V -> Batterie ist Voll
  • 14V -> Ladeschlussspannung -> die Batterie ist voll
  • 11,5V-12V -> Batterie ist Halbvoll
  • 11V-11,5V -> Batterie ist Leer
  • 10V-11V -> die Batterie ist richtig leer (das sollte nicht passieren)

Auch zu beachten ist, wenn ein Abnehmer an der Batterie „zieht“, bricht die Spannung der Batterie ein (Innenwiderstand der Batterie). Also z.B. von 12V auf 11V. Das ist grundsätzlich kein Problem nur wenn die Spannung schon schon sehr gering ist, läuft man Gefahr die Batterie dauerhaft zu Beschädigen. Wobei auch hier „intelligente“ Inverter abschalten, um dies zu vermeiden. Ein allerdings direkt angeschlossenes Gerät über einen Step-up/down-Wandler wird die Batterie leer saugen bis sie kaputt ist.

Nutzen

Was mache ich mit dem Strom?

Ich persönlich verwende ihn sehr gerne um mein E-Bike damit zu laden und mich mit echter „grüner“ Energie fort zu bewegen. Zudem wird der WLAN-Router über einen Step-Up-Wandler (12V->48V) betrieben. Über einen Step-Down-Wandler (12V->5V) können verschiedene Geräte über USB geladen werden. Letztere beiden sind auch über den Load-Ausgang am Laderegler angeschlossen und werden vom Monitoring angezeigt 😀

Auch der Raspberry Pi, der das Monitoring der Solaranlage übernimmt, wird über diese selbst betrieben.

Ein weiter Verwendungszweck ist die Kühltruhe im Keller, die einfach Logistisch gut zu erreichen ist, da sie direkt neben dem Inverter steht und ich daher keine Kabel durchs Haus ziehen muss. Diese zieht ca. einmal in der Stunde für 5 min ihre 80W-100W, (wenn man sie nicht andauern auf und zu macht). Wobei der Komfort hier noch etwas zu wünschen übrig lässt. Da das ewige Umstecken und im Blick behalten (war heute genug Sonne, wie wird’s morgen, wie viel Saft hat die Batterie noch) auf Dauer doch anstrengend ist. Gerade ein „kritisches“ System wie eine Gefriertruhe ist eigentlich nicht gut wenn sie mal vergessen wird. Die ganze gute Tiefkühlpizza…

„Bugs“

Es gibt verschiedene Sachen die mir beim Testen aufgefallen sind.

Paneel Spannung bei wenig Sonnenschein

Gerade bei den Siemens Alu Paneels ist mir das oft aufgefallen. Wenn wenig Sonne zur Verfügung steht z.B. bedeckter Himmel, oder Morgens und Abends bricht die Spannung plötzlich von den vorgesehen 30-40V auf 13V ein. Dies scheint aber vom Laderegler so vorgesehen zu sein um ein Maximum an Leistung zu erziehen also nicht wundern.

Niedrige Batteriespannung

Bei dem Laderegler von dem ich hier berichte, scheint es so zu sein, dass dieser wenn die Batteriespannung nachts unter 11,1V fällt, den Load-Ausgang abschaltet und auch Morgens wenn wieder Strom von den Paneels kommt, die Batterie nicht wieder anfängt zu laden. Ich nehme an er denkt die Batterie ist Kaputt und will diese nicht mehr verwenden. Das einzige was hierbei hilft ist, ihn von der Batterie und den Paneels zu trennen, sodass er komplett Spannungsfrei ist und ihn nach kurzem Warten wieder anzuschließen. Er wird eine leere Batterie erkennen und anfangen sie zu laden.

Unterschiedliche Masse

Beim Implementieren und Testen meines Monitorings habe ich zwei RS485 USB Sticks gebraten. Zufälligerweise hat es beide an einen Tag zerlegt als der Raspberry Pi über den Hausstrom betrieben worden war. Seitdem ich den Pi nun wieder über die Anlage betreibe, hatte ich keine weiteren Probleme. Ich könnte mir aber vorstellen, dass durch die unterschiedlichen Masse Level der Ausgleich über das Kabel fürs Monitorring geflossen ist und der USB Adapter der Schwächste Punkt wahr. Ist aber nur ne Vermutung vielleicht hat da jemand eine bessere Erklärung.

Zum Glück kostet der günstigste Adapter nur ca. 7€

Fazit

Mhm… was soll ich sagen. Auf jeden Fall nen cooles Projekt und ich habe viel über Spannungen, Kabelquerschnitte und Sicherungen gelernt. Auch wenn Ferrox (ITGrufti) meine naiven unwissenden Fragen wohl nicht mehr hören kann. Letztendlich muss ich aber sagen: Ein voller Erfolg. Stand heute habe ich ca 100KW/h produziert und auch verbraucht (abzüglich der Umwandlungsverluste). Wer also auch die Welt verändern will und zeigen will das es auch anders geht, schaut auf Ebay nach gebrauchten Paneels und startet durch.

Pläne für die Zukunft.

Den von mir verwendeten Laderegler gibt es nun auch mit der Möglichkeit mehrere Laderegler parallel zu betreiben und in ein Batteriesystem einzuspeisen wobei sich die Laderegler dann untereinander absprechen. Somit können auch verschiedene Pannel-typen verwendet werden. Somit werde ich wohl die Siemens Paneele doch noch mal anklemmen. So als nächstes dann Windkraft für Nachts 😀

Und als finales Ziel hier nun das nächste Projekt auf der Liste: ein Solar/Wind betriebenes Raspberry-Pi-Cluster

Technische und finanzelle Begrenzung

Die größten Probleme über die ich mir noch Gedanken mache sind die Batterien. Diese sind immer umständlich herzustellen und verlieren doch recht schnell an Leistung, und auch die gebrauchten Akkus aus z.B. Gabelstaplern will man sich eigentlich auch nicht ins Haus stellen, da diese ausgasen.

Zweiter Punkt sind die Inverter. Preislich erschwingliche Geräte über 2000W sind quasi nicht aufzutreiben, aber vielleicht ist hier die Antwort auf die Frage auch einfach weniger zu verbrauchen und sich einfach mal Gedanken machen was verschiedenen Geräte überhaupt verbrauchen.