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Wie nutze ich
Solar- & Windenergiein der Freizeit und im Hobby?
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Leicht gemacht, Geld und Ärger gespart!Leicht gemacht, Geld und Ärger gespart!
� Praktische Anwendungen für Camping, Caravan und Boot
� Bauanleitungen und Anwendungsbeispiele
� Tipps und Tricks für auswahl, planung und einbauch
Bo Hanus
FRANZISDO IT YOURSELF
IM HAUS BAND 13
FRANZISDO IT YOURSELF
IM HAUS BAND 13
Dieses Buch informiert Sie über die praktischen
Nutzungsmöglichkeiten der Solar- und Windenergie
in der Freizeit und im Hobby. Es zeigt, wie Sie die
notwendigen Installationsarbeiten selbst vor-
nehmen und so Geld sparen können.
Sie finden hier eine Vielzahl praktischer Nutzungs-
möglichkeiten der Solar- und Windenergie beim
Campen, im Caravan, Wohnmobil oder auf dem
Boot.
Den Schwerpunkt dieses Buchs bilden viele konkrete Anleitungen rund um die Nutzung vonPhotovoltaik und Windenergie als Ersatz für teure und schwere Batterien oder Ladestrom-quellen für Akkus aller Art.
Alle aufgeführten Anwendungsbeispiele werdenleicht verständlich erklärt, sodass auch ein tech-nisch unerfahrener „Einsteiger“ verblüfft seindürfte, wie einfach die Planung und Installationeiner Solar- oder Windanlage ist. Mit vielen Abbildungen und Zeichnungen zeigt Ihnen derAutor aus der Praxis, wie Sie selbst Hand anlegenund was bei der Planung zu beachten ist. Sie finden detaillierte Beschreibungen und Unter-stützung bei allen auftretenden Fragen.
Besuchen Sie uns im Internet: www.franzis.de
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ISBN 978-3-7723-4419-0
EUR 14,95 [D]
Aus dem Inhalt• Welche Solarmodule sind die besten?
• Kleine Windgeneratoren im Selbstbau
• Solarstrom-Möglichkeiten beim Campen sowie in Caravan und Wohnmobil
• Kombination von Solarmodulen mit Wind-generatoren
Zum AutorBo Hanus zählt zu den erfahrensten Autoren von „Do-it-yourself“-Büchern. Mit seinen über 40 Ratge-bern zu den verschiedensten Themen hat er wohl somanchem aus der sprichwörtlichen Patsche geholfen.
Wie nutze ichSolar- & Windenergiein der Freizeit und im Hobby?
Bo Hanus
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Die Nutzung von Solar- und Windenergie in der Natur kann das Leben sehr erleich-tern und macht zudem auch Spaß. Wo kein Netzanschluss zur Verfügung steht und
seine Errichtung zu kostspielig oder aufwendig wäre, sind Sonne und Wind vorteilhafteund umweltfreundliche Energiequellen für eine bequeme und standortunabhängigeStromversorgung – egal, ob man mit einem Fahrrad, Auto, Caravan oder Reisemobil, ei-nem Boot oder einer Yacht unterwegs ist.
Welche konkreten Nutzungsmöglichkeiten Ihnen Solar- und Windenergie bieten,erfahren Sie in diesem Buch. Und wie Sie die Installationen selbst in die Hand nehmenkönnen, wird Ihnen in diesem Buch ebenfalls leicht verständlich erläutert.
Der Themenbereich ist recht umfangreich, aber da wir alles in erzählerischer Formbeschreiben, lässt sich das Buch genauso leicht lesen wie ein guter Roman. Die einzel-nen Themen werden gezielt diskursiv so beschrieben, dass Ihnen keine Stolpersteine dieZusammenhänge verschleiern. Viele Abbildungen sorgen dafür, dass Sie laufend imBilde darüber bleiben, worum es geht und wie Sie das hier erworbene Wissen für IhreZwecke verwenden können.
Wir wünschen Ihnen, dass Sie in diesem Buch alles finden, was Sie sich erhofft haben,und dass Sie anschließend sowohl mit viel Spaß als auch mit einer Portion soliden Wis-sens an die geplanten Vorhaben herangehen können. Und selbstverständlich wünschenwir Ihnen, dass Ihnen alles, was Sie nach dem Durchlesen dieses Buches in Angriff neh-men, auch perfekt gelingt.
Ihr Autor Bo Hanus und seine Co-Autorin (und Ehefrau) H. A. Hanus-Walther
Vorwort
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1 Solar- und Windenergie gibt es immer
noch umsonst ... 9
1.1 Der Laderegler 18
1.2 Wie groß muss ein Solarmodul sein? 21
1.3 Akkus als Solar- oder Windenergie-Speicher 29
1.4 Windgeneratoren 33
1.5 Wechselrichter 40
2 Solarstrom im Freien 73
2.1 Solarstromversorgung kleiner Verbraucher 44
2.2 Solarbetriebene Ventilatoren 47
2.3 Solarbetriebene kleine Kühlboxen 48
2.4 Solar-Kühlschränke 50
2.5 Solarbetriebene mobile Klimaanlagen 51
2.6 Solarversorgung der Beleuchtung 52
2.7 Solarbetriebene Geräte der Unterhaltungselektronik 54
2.8 Solarbetriebene Elektrowerkzeuge und Geräte 55
2.9 Boote mit Solarantrieb 65
3 Solarstromnutzung beim Campen 67
3.1 Heizen mit Solarstrom 68
3.2 Nutzungsmöglichkeiten der Autobatterie 70
4 Solarstromnutzung im Caravan und Reisemobil 73
4.1 Kühlen und Lüften mit Solarstrom 76
4.2 Heizen mit Solarstrom 77
4.3 Kochen mit Solarstrom 78
4.4 Solarbetrieb kleiner Verbraucher 79
Inhaltsverzeichnis
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5 Solar- und Windenergie-Nutzung auf
Booten und Yachten 81
6 Wie funktioniert eine Solarzelle? 85
6.1 Welche Solarzellen sind die besten? 89
6.2 Der Solarzellen- und Solarmodul-Wirkungsgrad 92
7 Welches Solarmodul ist das richtige? 95
7.1 Mechanische Ausführung der Solarmodule 97
7.2 Richtige Ausrichtung und Nutzung der Solarmodule 99
7.3 Serieller und paralleler Betrieb mehrerer Solarmodule 103
7.4 Beschattungsempfindlichkeit der Solarmodule 111
7.5 Planungsbeispiele für mobile Anwendungen 115
7.6 Planungsbeispiele für stationäre Anwendungen 120
8 Installationsmaterialien für Solar- und
Windenergietechnik 123
Register 126
Inhaltsverzeichnis
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2 Solarstrom im Freien
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Ob am Meeresstrand, am Strand eines Sees oder am Ufer eines Flusses, wo man einenganzen Tag oder nur einige Stunden gemütlich verbringen möchte: Solarstrom kann
unter Umständen willkommene Dienste leisten. Um sich eine objektive Vorstellung von den praktischen Nutzungsmöglichkeiten dieser
Stromversorgung machen zu können, muss man sich allerdings die ganze Vielfalt dieserFreizeitgestaltung in bunteren Varianten vorstellen. Wie bunt? Das hängt nur von derindividuellen Fantasie und der Beziehung zur Natur ab.
Was darunter zu verstehen ist, werden die nun folgenden Beispiele zeigen, bei denengleich praxisbezogene Anwendungstipps gegeben werden.
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Die Anwendungsmöglichkeiten kleinerer solarelek-trisch betriebener Verbraucher im Freien hängen
vor allem davon ab, welche dieser Geräte für eine Be-triebsspannung von 12 V ausgelegt sind (sie werdenmeist als Autozubehör angeboten).
Unternimmt man während der kühleren Jahreszeiteinen Tagesausflug in die Natur, könnte es begrüßens-wert sein, wenn man sich etwas aufwärmen und Kaf-fee oder Tee kochen kann. Wenn zudem Kleinkinderdabei sind, kann ein kleiner elektrischer Wasserkocherdas Aufwärmen von Getränken ermöglichen.
Wer auf seinen frischen Nachmittagskaffee nichtverzichten möchte, wird sich vielleicht einen kleinen12-V-Wasserkocher anschaffen, um seinen Kaffee an
Ort und Stelle mit Solarstrom kochen zu können. Hierist eine direkte Stromversorgung ohne einen Zwischen-speicher (Akku) allerdings kritisch. Der Akku kannjedoch sehr klein und leicht sein, wenn er nur einenkleineren Wasserkocher ein einziges Mal mit Energieversorgen soll.
Ein praktisches Experiment hat Folgendes gezeigt:Ein 12-V-/300-W-Wasserkocher brauchte zehn Minuten(= 0,166 Stunden), um ca. 15 °C kaltes Wasser für vier
2.1 Solarstromversorgung kleiner Verbraucher
Abb. 2.1 – Ein Wasserkocher, ein kleiner Akku und einSolarmodul können den Spaß an einem Ausflug in dieNatur erhöhen: a) Erst kann das Wasser gekocht oder einGetränk erwärmt werden; b) anschließend kann gleich anOrt und Stelle der Akku mit einem Solarmodul nachgela-den werden, um wieder zur Verfügung zu stehen (siehehierzu den Buchtext).
Zu beachten
Das direkte Nachladen eines Akkus (einer Batterie) miteinem Solarmodul kann nach Abb. 2.1b auch ohneLaderegler erfolgen, wenn folgende zwei Bedingun-gen erfüllt sind:
a) Die Nennspannung des Moduls darf nicht höherals 14 V sein.
b) In die Verbindung des Pluspols des Moduls unddes Pluspols des Akkus muss eine Schottky-Diodeeingebaut werden, um zu verhindern, dass sichder Akku über das Solarmodul entlädt, wenndessen Spannung z. B. wegen vorbeiziehenderWolken niedriger wird als die des Akkus. Je nachModul-Nennstrom (= Ladestrom) kann eine 1-A-Diode (z. B. der Type SB 130), eine 2-A-Diode (z. B.der Type BYV 2100) oder eine 5-A-Diode (z. B. derType SB 530) verwendet werden.
Wird ein Solarmodul benutzt, dessen Nennspannunghöher als 14 V ist, sollte das Laden des Akkus entwederüber einen kleinen Solar-Laderegler nach Abb. 2.2 oderwie in einem der Beispiele aus Abb. 1.37 erfolgen.
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Tassen Kaffee zum Kochen zu brin-gen. Daraus lässt sich nun derStromverbrauch ausrechnen:
300 W : 12 V = 25 A.
Bei einem Akku manifestiert sichder Stromverbrauch als Verbrauchder Akku-Kapazität in Ah (Ampere-stunden). In unserem Fall sind dasdie 25 A multipliziert mit 0,166Stunden. Das ergibt einen Kapazi-tätsverbrauch von bescheidenen4,15 Ah. Mit anderen Worten: Umunter ähnlichen Vorbedingungen
Kaffee kochen zu können, wird ein12-V-Akku benötigt, dessen Kapa-zität etwas größer sein sollte als dieerrechneten 4,14 Ah. Unter demBegriff „etwas größere Kapazität“ist zu verstehen, dass der Akkuwährend des Wasserkochens nichtzu tief entladen werden darf (daskönnte ihn schwer beschädigen).Zudem hängt die ganze Kochproze-dur von der Wassermenge, derWassertemperatur und der Umge-bungstemperatur ab. Im Prinzipwäre für ein solches Vorhaben z. B.ein 12-V-/9-Ah-Bleiakku empfeh-
lenswert. Er wiegt nur etwa 2,4 kg,seine Abmessungen sind sehr be-scheiden (ca. 13,5 × 7,5 × 13,5 cm),und er kann an einem sonnigen Tagauch mit einem kleineren Solar-modul nachgeladen werden.
Wer energiesparend frischenKaffee kochen möchte, kann sichzu einem Tagesausflug heißes Was-ser in einer Thermosflasche mit-nehmen. Dieses kann sehr schnellzum Kochen gebracht werden undder Energiebedarf sinkt weit unterdie Hälfte der vorhin angesproche-nen 4,15 Ah. In diesem Fall reichtdann ein kleiner 12-V-/5-Ah-Blei-akku, der nur ca. 1,5 kg wiegt.
Dieses Beispiel hat nur informa-tiven Charakter. Wer derartige An-wendungen nutzen möchte, kannselbst (rechtzeitig) praktisch austes-ten, welche Lösung sich für seinenBedarf am besten eignet.
Ein elektrisches 12-V-Heizkissenkann das Wohlbefinden steigern(oder retten), wenn es z. B. beimLiegen am Ufer eines romantischenFlusses plötzlich zu kühl wird. DieStromversorgung lässt sich hiernach dem bereits in Abb. 1.22 dar-gestellten Beispiel leicht bewerk-stelligen, denn es genügt meist diedirekte Stromversorgung des Heiz-kissens von einem Solarmodul aus.Anstelle des Heizkissens könnenauch elektrisch beheizte Schuhedas Wohlbefinden aufrechterhal-
2.1 Solarstromversorgung kleiner Verbraucher
Abb. 2.2 – Wird zum Laden eines 12-V-Akkus ein Solarmodul verwendet, des-sen Nennspannung höher als 14 V ist, darf das Laden nicht nach dem Beispielaus Abb. 2.1 b erfolgen, sondern muss zumindest über einen kleinen Solar-Laderegler – wie abgebildet – stattfinden. Bei einer überschaubaren Stromab-nahme (die weit unterhalb der Akku-Kapazität liegt) kann hier auf einen Tief-entladeschutz verzichtet werden.
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ten, wenn man z. B. beim Fischenwährend der kühleren Jahreszeit zulange unbeweglich am Ufer einesTeiches oder Flusses sitzt.
Elektrische Heizkissen, Heiz-decken, beheizte Schuhe und Fuß-wärmer, beheizte Autositze undähnliche wärmespendende elektri-sche Gebrauchsgegenstände sindoft als Autozubehör für eine Versor-gungsspannung von 12 V (oder24 V) ausgelegt und können direktvon einem Solarmodul aus mit Stromversorgt werden. Sie sind für relativkleine Abnahmeleistungen ausge-legt, die bei etwa 30 W beginnen.
Für eine solarelektrische Strom-versorgung handelt es sich untersolchen Umständen um eine ziem-lich hohe Leistung, die von einemrelativ großen Solarmodul erbrachtwerden kann (vorausgesetzt, dieSonne macht mit). Wir sehen unsnun genauer an, mit welchen prak-tischen Problemen ein solcher Spaßverbunden ist:
Ein 12-V-Verbraucher, dessenAbnahmeleistung 30 W beträgt,bezieht einen Strom von 2,5 A(30 W : 12 V = 2,5 A). Das benötig-te Solarmodul müsste demnachtheoretisch für eine Spannung von12 V und einen Strom von 2,5 Aausgelegt sein. Eine solche Leistungwürde ein kristallines Solarmodulmit einer Brutto-Fläche von etwa23 dm² liefern können. Das Modul
könnte z. B. etwa 68 cm lang und34 cm breit sein. An seiner Stelleließen sich zwei flexible kristallineSolarmodule besser transportieren,die nur etwa 34 × 34 cm groß undnur ca. 3 mm dick sind.
In der Praxis kann man sich je-doch bei solchen Anliegen auch miteiner etwas geringeren Solarleis-tung zufriedengeben – wie es indem Beispiel aus Abb. 2.3 getanwurde. Wie gut wird unser Heizkis-sen seine Aufgabe dann noch erfül-len? Die Modul-Nennleistung be-trägt hier 24 W (12 V × 2 A =24 W). Das Heizkissen wird in die-sem Fall zwar bestenfalls eineWärmeleistung von ca. 24 W (an-stelle von 30 W) aufbringen kön-
nen, was aber praktisch ausreicht.Meist genügt es, wenn ein relativbescheidener Wärmenachschubden Körper vor Auskühlung schützt.Das gilt auch für elektrische Fußwär-mer oder andere vergleichbare elek-trische Wärmespender.
Übernimmt ein kleiner, zuHause aufgeladener Akku dieStromversorgung eines im Freienbetriebenen elektrischen Verbrau-chers – z. B. unseres Heizkissens –kann ein zusätzliches kleines Solar-modul den Energievorrat im Akkuerhöhen und entweder durchlau-fend oder auch nur zwischenzeit-lich den Akku nachladen, wie es imZusammenhang mit dem Wasser-kocher (Abb. 2.1) erläutert wurde.
2.1 Solarstromversorgung kleiner Verbraucher
Abb. 2.3 – Bei einer direkten Solarstromversorgung benötigt ein elektrischesHeizkissen eine angemessen große Spannungsversorgung, die z. B. von zweirelativ kleinen Leichtgewicht-Solarmodulen bezogen werden kann.
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Elektrische Ventilatoren gehören zu den genüg-samen Verbrauchern, die in einem ziemlich breiten
Spannungsbereich arbeiten. Ein 12-V-Ventilator läuftoft bereits bei etwa 3 bis 5 V an und verkraftet aucheine etwas höhere Versorgungsspannung, als seinerNennspannung entspricht. Ähnlich verhalten sich zwardie meisten Gleichstrommotoren, aber da ein Ventila-tor konstruktionsbedingt nur geringfügig belastet ist,gibt er sich oft schon mit einer niedrigeren Versor-gungsspannung zufrieden als z. B. ein stärker belaste-ter Motorantrieb. Seine Drehzahl und seine Leistunghängen allerdings von der ihm zugeführten Versor-gungsspannung ab: Sie erhöhen sich mit steigenderSpannung (bei ausreichendem Stromangebot) undsinken mit abnehmender Spannung gleitend bis zumStillstand.
Gibt man sich damit zufrieden,dass der Ventilator nur dann läuft,wenn die Sonne scheint, kann einsolarelektrischer Direktantrieb ohneEnergie-Zwischenspeicher (Akku)verwendet werden. Zu diesemZweck sind oft komplette Sets nachAbb. 2.4 erhältlich.
Ist es erwünscht, dass der Venti-lator z. B. auch noch nach Sonnen-untergang lüftet, müssen ein Akkuund ein Laderegler zwischen dasSolarmodul und den Ventilator ge-schaltet werden. Der Nennstromdes Solarmoduls ist auf die Kapazi-tät des Akkus und auf den Nach-ladebedarf abzustimmen.
2.2 Solarbetriebene Ventilatoren
Abb. 2.5 – Wird ein Ventilator über einen solar geladenen Akku betrieben, rich-tet sich die Wahl des Solarmoduls nach der vorgesehenen Betriebsdauer und derStromabnahme des Ventilators.
Abb. 2.4 – Die Suche nach dem passenden Solarmodul füreinen Ventilator entfällt, wenn beides als Set gekauft wird(Foto/Anbieter: Conrad Electronic und Westfalia).
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Elektrische Hand-Kühlboxen (diefür 12-V-Batteriebetrieb ausge-
legt sind) werden immer preiswer-ter und sind in verschiedenen Grö-ßen und Leistungen erhältlich. Sieeignen sich insbesondere im Som-mer zum Kühlen von Getränken,Obst, Schokolade und anderenLebensmitteln, die einigermaßenkühl aufbewahrt werden müssen.
Für welche Art von Ausflügenman eine solche Kühlbox auch ver-wendet, ihr Vorteil besteht darin,dass sie während der Fahrt im Autoan die Autobatterie angeschlossenwerden kann und bis ans Ziel opti-mal kühlt. Das Auto muss allerdingsoft weit vom Strand entfernt ge-parkt und der Rest des Weges mitder Kühlbox in der Hand gelaufenwerden.
Die Kühlbox bleibt noch eine Zeit-lang kühl – wie lange, hängtsowohl von der Umgebungstempe-ratur ab als auch davon, wie oft siegeöffnet wird. Wenn für die Boxein leichtes, flexibles Solarmodulals Stromgenerator mitgenommenwird, kann es sie z. B. am Strandweiterhin mit Strom versorgen.Dies zwar nur dann, wenn die Son-ne scheint, was aber genügt – dennwenn die Sonne nicht scheint, sinktja die Umgebungstemperatur, unddie Kühlbox bleibt ohnehin nocheinige Stunden lang kühl.
Welches Solarmodul wird hier
benötigt?
Am besten eignet sich für solcheZwecke das angesprochene Leicht-gewicht-Solarmodul, das entweder
als flexibles Modul oder als in derMitte zusammenklappbares Modulleicht transportierbar ist. Es solltesich dabei bevorzugt um ein kristal-lines Modul, nicht um ein amor-phes Dünnschichtmodul handeln.Amorphe (Dünnschicht-) Solarzel-len haben einen zu niedrigen Wir-kungsgrad; das Modul muss daherüber eine mehr als doppelt so gro-ße Zellenfläche verfügen wie einkristallines Modul (siehe hierzuauch Kapitel 7).
Die Nennleistung eines solchenSolarmoduls muss in diesem Fallnicht unbedingt auf die volle 35- bis40-W-Nennleistung der Kühlboxabgestimmt sein. So kann zum Bei-spiel eine 12-V-/3-A-Kühlbox zufrie-denstellend mit einem 12-V-/2-A-Solarmodul betrieben werden.Wenn die Kühlbox dabei im Schat-ten steht, wird sie auch an heißenSommertagen ihren Inhalt ausrei-chend kühl halten. Bei großer Hitzesollte die Kühlbox nicht allzu oft ge-öffnet werden, denn der aufge-wärmte Inhalt muss anschließendwieder intensiv gekühlt werden.
Gegen ein großzügiger dimen-sioniertes Solarmodul von z. B.12 V/3 A wäre selbstverständlichnichts einzuwenden. Im Gegenteil:Die Zellen werden sich auch beigrößerer Hitze weniger aufheizen.
Wir sind in diesem Beispiel voneiner 12-V-/3-A-Kühlbox (36-W-
2.3 Solarbetriebene kleine Kühlboxen
Abb. 2.6 – Eine kleinere 12-V-Elektro-Kühlbox kann von einem Leichtgewicht-Solarmodul auch direkt ausreichend mit Strom versorgt werden.
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Kühlbox) ausgegangen. Das ist zwar eine der kleinerenKühlbox-Typen, aber für normale Bedürfnisse reicht sieaus (vor allem, wenn man sie auch länger tragen muss).Es spricht jedoch nichts dagegen, sich eine wesentlichgrößere Kühlbox zuzulegen und das Solarmodul dem-entsprechend auch etwas großzügiger auf den Kühl-box-Verbrauch abzustimmen. Wenn eine solche Anla-ge des Öfteren dort genutzt wird, wo man andernfallsGetränke auch an einem Kiosk kauft, wird sie sich – beiden stolzen Kiosk-Preisen – schnell amortisieren.
In manchen Fällen wird es möglich sein, die elektri-sche Kühlbox im Auto zu lassen und die Getränke odergekühlten Speisen jeweils bedarfsbezogen zu holen.Die Tatsache, dass sich die meisten dieser Kühlboxen anden Zigarettenanzünder des Autos anschließen lassen,darf jedoch nicht zu der Annahme verleiten, dass dieAutobatterie mit dieser zusätzlichen Energieabnahmeautomatisch zurechtkommt. Es kann leicht vorkom-men, dass die Kühlbox zwar den ganzen Tag einwand-frei gekühlt hat, das Auto aber abends nicht mehr star-ten will, weil die Autobatterie von der Kühlbox„leergesogen“ wurde.
Ob eine solche Kühlbox einen zu großen Teil derAutobatteriekapazität in Anspruch nimmt, lässt sichfolgendermaßen ausrechnen:
Angenommen, auf der Kühlbox steht, dass sie füreine Spannung von 12 V und einen Strom von 4 A aus-gelegt ist. Uns interessieren hier die 4 A. Wenn dieseBox von einer Autobatterie eine Stunde lang 4 A be-zieht, verringert sie den energetischen Inhalt der Auto-
batterie um 4 Amperestunden (4 Ah). Hat die Autobat-terie z. B. eine Nennkapazität von 60 Ah, kann dieKühlbox ihren energetischen Inhalt innerhalb vonzehn Stunden um bis zu 40 Ah verringern. Die Formu-lierung „um bis zu“ bezieht sich darauf, dass die Kühl-box unter Umständen (wenn es nicht zu heiß ist) nichtdurchlaufend die vollen 4 A bezieht, sondern zwi-schendurch auch abschaltet.
Nicht zu unterschätzen ist jedoch die Tatsache, dasseine 60-Ah-Autobatterie nicht immer voll aufgeladen istoder dass sie nach dem Aufladen nicht unbedingt auchtatsächlich über den theoretischen energetischen Inhaltvon 60 Ah verfügt. Eine ältere 60-Ah-Autobatterie lässtsich möglicherweise nur noch auf etwa 80 % der Nenn-kapazität aufladen und könnte somit von einer Kühlboxschneller „leer gepumpt“ werden, als theoretisch zu er-warten ist. Aus diesem Grund ist es von Vorteil, wennman in solchen Fällen durch solarelektrisches Nachladender Autobatterie zumindest teilweise den Energiever-brauch kompensiert. Aber Vorsicht: Verschiedene Mini-Solarmodule, die nicht viel größer als zwei oder dreiSardinendosen sind, brauchen auch unter den günstigs-ten Umständen einen ganzen Tag, um den Akku umeine einzige Amperestunde nachzuladen und wirkensich auf die Akku-Kapazität im Prinzip nur wie ein Trop-fen auf den heißen Stein aus.
Ein solches Nachladen kann dennoch z. B. dieSelbstentlade-Verluste der Autobatterie kompensie-ren, wenn das Wetter mitmacht und das Solarmoduloptimal von der Sonne bestrahlt wird.
2.3 Solarbetriebene kleine Kühlboxen
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Kühlschränke sind in zwei Ausführungen erhältlich:als Absorptions- und als Kompressorkühlschränke.
Absorptionskühlschränke arbeiten zwar sehr leise (wasfür die Nachtruhe von Vorteil ist), aber sie haben einenwesentlich größeren Stromverbrauch als Kompressor-kühlschränke. Deshalb sind Solarkühlschränke über-wiegend als Kompressorkühlschränke angelegt und füreine 12-V-Gleichspannungsversorgung vorgesehen.Manche Solar-Kühlschränke sind mit einem internenTiefentladeschutz ausgestattet.
Der Energieverbrauch kleinerer Solar-Kühlschränkeliegt zwischen ca. 280 und 350 Wattstunden (Wh) pro24 Stunden bzw. etwa 23,5 bis 29 Amperestunden, dieder Kühlschrank dem verwendeten Akku (bzw. derBordbatterie) pro Tag entzieht. Eine mittelgroße Auto-batterie von 60 Ah würde demnach einen solchen Kühl-schrank bestenfalls zwei Tage lang mit Energie beliefernkönnen, danach wäre es mit dem ganzen Spaß vorbei.Eine größere Reisemobil- oder Bootbatterie würde miteiner solchen Aufgabe leichter zurechtkommen, müssteaber dennoch fast ununterbrochen (und angemessenkräftig) nachgeladen werden.
Wenn ein Reisemobil oder ein Boot tagsüber viel he-rumfährt und seine Lichtmaschine dabei die Bordbatterieausreichend kräftig nachladen kann, kann ein zusätzli-ches Solarmodul mit Laderegler als eine Art Unterstüt-zung der Lichtmaschine fungieren. Es dürfte ziemlich be-scheiden dimensioniert werden – vorausgesetzt, alleweiteren „Stromfresser“ wie Beleuchtung, Unterhal-tungselektronik oder elektrische Lüftung überstrapazie-ren nicht den jeweiligen Energievorrat der Bordbatterie.Mehr Klarheit über die Dimensionierung der Bordbatte-rie schafft hier die technische Dokumentation des Fahr-zeuges bzw. eine Auskunft des Herstellers.
Bei einem Boot lohnt es sich in solchen Fällen, es miteiner Kombination aus Solarmodulen und kleinem
Windgenerator nachzurüsten. Unter Umständen istam See das Windaufkommen bei trübem Wetter kräf-tig genug, um aus dem Windgenerator solide Ladeleis-tungen beziehen zu können; wenn es wiederum ziem-lich windstill und sonnig ist, können die Solarzellen dieBordbatterie laden.
Bei einem Reisemobil oder Caravan ist die Anwen-dung eines Windgenerators nicht immer so einfachwie bei einem Boot. Ein kleiner mobiler Windgeneratorkann hier unter Umständen ebenfalls gute Dienste leis-ten, jedoch nur stationär (nicht während der Fahrt).Solarzellen dagegen können zwar auch während derFahrt genutzt werden, wenn sie auf dem Dach desFahrzeugs montiert sind, aber diese Lösung funktio-niert verständlicherweise nur dann, wenn das Wettermitmacht.
2.4 Solar-Kühlschränke
Abb. 2.7 – Solar-Kühlschränke verbrauchen ziem-lich viel Strom und benötigen daher entsprechendgroße Bordbatterien als Energiespeicher.
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Mit der Erholsamkeit eines Ur-laubs ist es schnell vorbei,
wenn die Nächte so heiß sind, dassman in seinem Caravan, Reisemobiloder Boot nicht schlafen kann.Wenn nicht bereits der Herstellereine solide Klimaanlage eingebauthat, schafft dann eine kleine mobi-le Klimaanlage Abhilfe. Sie stelltjedoch, im Vergleich zu einemKühlschrank, wesentlich höhereAnsprüche an die Energieversor-gung, denn unterhalb von etwa1.000 W ist auch in einem nur mit-telgroßen Caravan oder Reisemobileine spürbare Kühlung nicht reali-sierbar. Zudem muss ein solchesKlimagerät an heißen Tagen weit-gehend ununterbrochen laufen, daandernfalls der Innenraum mitallen vorhandenen Möbeln dieWärme schnell speichert und da-nach in Hinsicht auf das Kühlenzum Spielverderber wird.
Eine solarelektrische Stromver-sorgung kann in einem solchemFall meistens nur eine Hilfsfunktionübernehmen, denn um solarelek-trisch 1.000 W zu erzeugen, würdeman auch bei den besten mono-kristallinen Solarmodulen eineFläche von etwa 8,2 bis 9 m² brau-chen. Wird ein Wechselrichter be-nötigt, erhöht sich der Solarflä-
chen-Bedarf noch um die Verlusteim Wechselrichter, die bei gutenWechselrichtern etwa 5 % betra-gen.
Eine derart große Solarzellen-Fläche kann z. B. auf dem Fahrzeug-dach installiert werden, ist aber füreinen Caravan oder ein Reisemobilunter Umständen zu kostspielig,denn für die wenigen Tage im Jahr,an denen eine Klimaanlage erfor-derlich ist, dürfte auch der teuersteStrom auf einem Campingplatz im-
mer noch preisgünstiger sein alseine teure solarelektrische Anlage.Für ein größeres Boot oder eineYacht kann dagegen eine solcheLösung erstrebenswert sein, dennmitten auf dem Wasser gibt es kei-nen Netzanschluss. Hier ist danneine Kombination von Solarmodu-len und Windgeneratoren ange-sagt – wobei als Lückenbüßer gele-gentlich auch die Lichtmaschinedes Bootes oder der Yacht einsprin-gen muss.
2.5 Solarbetriebene mobile Klimaanlagen
Abb. 2.8 – Klimaanlagen sind leider meistens nur für Versorgungsspannungenvon 230 V~ erhältlich und müssen daher unterwegs über einen zusätzlichen 12 V=/230 V~-Wechselrichter betrieben werden.
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Solarversorgte Leuchten aller Art gehören zu den be-kanntesten und am häufigsten verwendeten Solar-
produkten. In den meisten Fällen handelt es sich jedochum Solar-Leuchtkörper, in denen sowohl Solarzellen alsauch eventuelle Akkus bereits integriert sind. Bei diesenSolarprodukten wird der Anwender nicht mit zusätz-lichen Planungsüberlegungen konfrontiert und brauchtsich mit den technischen Hintergründen gar nicht zubefassen.
Für unsere themenbezogenen Anwendungen brau-chen wir aber manchmal zuverlässige Lichtquellen, dienicht nur von gelegentlichen Launen der Natur abhän-gen, wie es bei vielen Solar-Außenleuchten mit inte-grierten Solarzellen der Fall ist.
Die solarelektrische Versorgung von Lampen istziemlich einfach zu bewerkstelligen, denn jede Lampebenötigt einen fest vorgegebenen Strom, und ihreLeuchtdauer bestimmt dann den leicht nachvollziehba-ren Strom- bzw. Energieverbrauch, der aus dem dafürvorgesehenen Akku gedeckt wird.
Während die Sonne scheint, ist elektrische Beleuch-tung – bis auf einige Ausnahmen – verständlicherweisenicht erforderlich, daher muss die Solarenergie ineinem Akku zwischengespeichert werden. Bei Cam-pingfahrzeugen und Booten kann in den meisten Fälleneinfach die Bordbatterie als gemeinsamer Energiespei-cher benutzt und bei Bedarf mit einem Solarmoduletwas nachgeladen werden, wenn sie mehrere zusätz-liche Leuchtkörper mit Strom versorgen muss und keinNetzanschluss vorhanden ist.
Beim Zelten oder ähnlichen Gelegenheiten ist einegute Beleuchtung von Vorteil. Hier kann dann ein klei-ner, leichter Akku tagsüber von einem kleinen Solarmo-dul nachgeladen werden. Die Akku-Kapazität ist dannso zu wählen, dass der Akku auch bei regnerischemWetter die Stromversorgung der Beleuchtung ange-messen lange aufrechterhalten kann. Dabei liegt es na-
türlich im individuellen Ermessen, unter welchen Um-ständen eine solche Lösung sinnvoll ist.
Die Dimensionierung des benötigten Solarmodulsoder Akkus ist einfach, da man sich nach dem Ver-brauch der einzelnen Leuchtkörper richten kann, dieder Akku betreiben soll. Jede Lampe hat einen Energie-verbrauch, der ihrer Leistung entnommen werdenkann bzw. der nach dem Beispiel in Abb. 2.11 einfachin den Stromverbrauch (in Ampere) umgerechnet wird.Der tägliche Stromverbrauch muss dann mit derAnzahl der Tage multipliziert werden, an denen einNachladen des Akkus vom Solarmodul erwartet wird.
2.6 Solarversorgung der Beleuchtung
Abb. 2.9 – Ausführungsbeispiel eines solarbetriebenen 10-W-Halogenstrahlers, der als Bausatz mit einem leis-tungsstarken Solarmodul angeboten wird: Ein im Strahlerintegrierter Bewegungsmelder schaltet den Strahler für eineeinstellbare Leuchtdauer ein (Foto/Anbieter: Westfalia).
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2.6 Solarversorgung der Beleuchtung
Abb. 2.10 – Für den „teuren“ Solar-strom sollten als Leuchtkörper unbe-dingt nur energiesparende Lampenverwendet werden: 12-V-Energiespar-lampen, 12-V-Leuchtdioden (LED)-Leuchten oder 12-V-Leuchtstoff-lampen benötigen im Durchschnittnur ¼ bis 1/5 der Energie, die her-kömmliche Glühbirnen beanspruchen.
Abb. 2.11 – Aus dem Verbrauch der einzelnen Lampen und ihrer vorgesehenen Leuchtdauer kann die Kapazität desbenötigten Akkus errechnet werden.
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Ähnlich wie die vorhin behandel-ten Lampen benötigen auch
Geräte der Unterhaltungselektronikeinen Akku als Energie-Zwischen-speicher. Es kann sich dabei sowohlum einen kleinen Akku handeln, derz. B. nur für die Stromversorgungeines kleinen Fernsehers vorgesehenist, als auch um einen gemeinsamenAkku, der nach Bedarf auch diverseandere Geräte mit Strom versorgt. Inbeiden Fällen wird der Energiebedarfin Amperestunden (Ah) ausgerech-net und bei der Wahl der Akku-Kapazität nach dem Beispiel inAbb. 2.12 berücksichtigt.
Der Nachladebedarf des Akkusergibt sich dann automatisch ausdem errechneten Verbrauch. Dabeiliegt es auch hier im persönlichen Er-messen, welche Zeitspanne für das
Nachladen des Akkus eingeplantwird. Geht man beispielsweise da-von aus, dass nur jeder zweite Tagsonnig sein wird, müsste das vorge-sehene Solarmodul innerhalb vonsieben bis acht Stunden die Akku-Kapazität nachladen können, dieinnerhalb von zwei Tagen ver-braucht wurde. Das wäre allerdingsunter Umständen ein ziemlichknapp kalkuliertes Nachladen. DieUmstände spielen hier jedoch einebedeutende Rolle, denn sie bestim-men auch den Stellenwert der einenoder anderen solarelektrischenStromversorgung, denn nicht alleelektrischen Geräte müssen unbe-dingt abrufbereit betrieben werden.
Unter den Geräten der Unterhal-tungselektronik gibt es keine Pro-dukte, die als ausgesprochen ener-
giesparend zu klassifizieren wären.Sie können aber bei der Anschaf-fung solcher Geräte gezielt auf denin ihren technischen Daten angege-benen Verbrauch achten, denn dieUnterschiede sind ziemlich groß.Wie das Beispiel in Abb. 2.12 zeigt,gehört der Fernseher mit seinem Re-ceiver nicht unbedingt zu den gro-ßen „Energiefressern“. Bei schlech-tem Wetter kann sich allerdings dieBetriebsdauer des Fernsehers ziem-lich in die Länge ziehen – demge-genüber wird aber höchstwahr-scheinlich der Ventilator nichtbenötigt. Was jedoch früher oderspäter benötigt wird, ist die Sonne.Die Akku-Kapazität sollte daher denWetteraussichten angemessen nachMöglichkeit etwas großzügigerdimensioniert werden.
2.7 Solarbetriebene Geräte der Unterhaltungselektronik
Abb. 2.12 – Aus der täglichen Betriebsdauer und dem Stromverbrauch der einzelnen Verbraucher errech-net sich auch hier der Energiebedarf, der einem Akku an Amperestunden z. B. pro Tag und pro Woche ent-nommen wird.
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Kleinere Elektrowerkzeuge sind oft als Akku-Werk-zeuge ausgelegt und benötigen eine zusätzliche
Stromversorgung nur für eventuelles Nachladen, dasüber einen Wechselrichter vorgenommen wird. Er hatausgangsseitig eine normale Steckdose mit einer 230-V-Wechselspannung, wie Abb. 2.13 zeigt. Überden Wechselrichter können bei Bedarf auch beliebigeandere 230-V~-Werkzeuge oder -Geräte betriebenwerden. Zu achten ist dabei nur darauf, dass die Nenn-leistung des verwendeten Wechselrichters die von ihmbezogene elektrische Leistung auch verkraftet.
Möchten Sie gelegentlich auch Kleingeräte mit Solar-strom versorgen, die für eine niedrigere Gleichspannungals 12 V ausgelegt sind, kann dies mit Hilfe eines Fest-spannungsreglers oder einer Zenerdiode nach Abb. 2.14bewerkstelligt werden. Wird eine andere Spannung alsdie hier eingezeichneten 9 V benötigt, kommt ein ent-sprechender Festspannungsregler zum Einsatz bzw.kann ein einstellbarer Spannungsregler verwendet wer-den. Für Stromabnahmen unterhalb von ca. 0,6 A ge-nügt ein 1-A-Spannungsregler, für höhere Stromabnah-men muss ein Spannungsregler verwendet werden, der
2.8 Solarbetriebene Elektrowerkzeuge und Geräte
Abb. 2.13 – Grundschaltung einer Mini-Solaranlage, von der ausgangsseitig sowohl eine Gleichspannung von 12 V alsauch eine 230-V-Wechselspannung bezogen werden kann: Der Nennstrom des Solarmoduls muss so gewählt werden,dass er den Akku ausreichend nachladen kann.
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den vorgesehenen Strom verkraftet. Die Spannungsreg-ler benötigen in jedem Fall einen Kühlkörper.
Für kleinere Stromabnahmen kann die Spannungz. B. mit Hilfe mehrerer 1-V-Zenerdioden begrenzt wer-den, die nach Abb. 2.15 in Reihe geschaltet sind. DieZenerdioden müssen jedoch imstande sein, die Leis-tung, die sie abfangen, in Wärme umzuwandeln, ohnedass sie dabei verbrennen. Eine preiswerte 1-W-/1-V-
Zenerdiode müsste theoretisch einen Strom von bis zu1 A verkraften (= einen Strom, den der angeschlosseneVerbraucher bezieht). Praktisch würde sie sich aber beieinem Strom, der höher als ca. 0,5 A ist, zu sehr auf-heizen. Es müsste also eine 2-W- (bzw. eine noch leis-tungsstärkere) Zenerdiode verwendet werden.
Die Funktion einer Spannungsregelung nach Abb.2.16 sollte mit einem Voltmeter kontrolliert werden, da
2.8 Solarbetriebene Elektrowerkzeuge und Geräte
Abb. 2.14 – Mit Hilfe eines Spannungsreglers oder einer Zenerdiode kann die Spannung des Solar-Akkus auf den benötigten Wert (hier 9 V) reduziert werden: a) Schaltung einer Selbstbau-Spannungsregelung für höhere Stromabnahmen; b) Schaltung einer Spannungsreduktion mithilfeeiner Zenerdiode, die die überflüssige Spannungsdifferenz abfängt.
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manche Zenerdioden eine zu große Toleranzabwei-chung aufweisen. Spannungsabweichungen nachunten sind nicht kritisch, aber nach oben sollte dieLadespannung maximal ca. 20 % mehr betragen, alsder Akku-Nennspannung (bzw. der Nennspannung derAkku-Kette) entspricht. Da jedoch die Spannungen derZenerdioden ziemlich grob abgestuft sind, gibt mansich beim Laden auch mit einer etwas niedrigeren Lade-
spannung zufrieden, als mit der Obergrenze von120 % übereinstimmt.
Die überflüssige Spannung wird von den Zenerdio-den abgefangen und als Verlustleistung in Wärme um-gewandelt. Dies bedeutet, dass die zu diesem Zweckverwendete Zenerdiode quasi wie ein kleiner Heizkör-per funktioniert. Die elektrische Leistung, die dieZenerdiode in Wärme umwandelt, muss sie allerdings
2.8 Solarbetriebene Elektrowerkzeuge und Geräte
Abb. 2.15 – Eine unerwünscht hohe Spannung können bei Bedarf auch mehrere 1-V-Zenerdioden abfan-gen, die in Reihe geschaltet sind.
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Abb. 2.16 – Da es für Spannungen unterhalb von 12 V keine Laderegler gibt, kann die Spannungsregelung bei kleinenLadeströmen mit Hilfe von Zenerdioden vorgenommen werden: Es ist jedoch unbedingt darauf zu achten, dass dieZenerdioden nicht überbelastet werden (siehe hierzu unseren erklärenden Text).
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auch verkraften können. Wir habenbei den Beispielen in Abb. 2.16 Ze-nerdioden eingezeichnet, deren Leis-tung zwischen 0,25 und 1 W liegt.
Die Zenerdiode ZTE 1,5 V(0,25 W) aus Abb. 2.16 a eignetsich nur für einen Solar-Ladestrom,der bei einem 1,8-V-Solargeneratorca. 0,5 A nicht überschreitet – wasin der Praxis für das Nachladen vonkleineren Akkus ohnehin kaum vor-kommt. Die Zenerdiode ZPD 2,7 Vist für eine Leistung von 0,5 W, alleweiteren Zenerdioden für eine Leis-tung von 1 W ausgelegt.
Die Problematik des Ladens be-darf zwar theoretisch einer aufwen-
2.8 Solarbetriebene Elektrowerkzeuge und Geräte
Abb. 2.17 – Empfohlene Höchstgrenzen der Ladespannung für NiCd- oderNiMH-Akkus, deren offizielle Nennspannung 1,2 V pro Glied beträgt.
Die Leistung, mit der die Zenerdioden in dieser Schaltung zurechtkommen müssen, ergibt sich aus der „über-schüssigen“ Differenzspannung, die sie in Wärme umwandeln müssen und aus dem Strom, den das kleineSolarmodul liefert bzw. der geladene Akku bezieht (Differenzspannung [in Volt] × Ladestrom [in Ampere] =Leistung [in Watt]).
Ein praktisches Beispiel dürfte es am schnellsten erläutern:
Angenommen, die Nennspannung des Solarmoduls aus dem Beispiel in Abb. 2.16g beträgt 13,1 V und seinNennstrom 0,38 A. Die Ladespannung, die die eingezeichnete Zenerdiode ZPY 12V (1W) durchlässt, beträgt12 V. Die Zenerdiode muss daher die überschüssige Spannung von 1,1 V quasi „in sich hineinfressen“, in Wär-me umwandeln und an die Umgebung abgeben. Durch die Zenerdiode wird dabei gelegentlich der volle Mo-dul-Nennstrom von 0,38 A fließen.
Die Leistung, die die Zenerdiode in Wärme umwandeln muss, errechnen wir einfach durch Multiplizieren derDifferenzspannung von 1,1 V mit dem Strom von 0,38 A. Das geht mit einem Taschenrechner blitzschnell: Essind 0,418 W. Unsere 1-W-Zenerdiode wird diese Leistung problemlos verkraften und – wie vorgesehen – alsWärme „entsorgen“.
Wenn zwei Zenerdioden in Reihe geschaltet sind, teilen sie sich die Leistung. So können z. B. die beiden inAbb. 2.16 f eingezeichneten Zenerdioden ZPY 4,3 V die für eine Leistung von 1 W pro Diode ausgelegt sind,als eine einzige 2-W-Zenerdiode mit einer Zenerspannung von 8,6 V (2 × 4,3 V) betrachtet werden.
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digeren Erklärung, aber in der Praxiskönnen wir einfach davon ausge-hen, dass die Ladespannung ca.20 % höher liegen soll als die Nenn-spannung des geladenen NiCd-Ak-kus bzw. der in Reihe geschaltetenGlieder. Abb. 2.17 verdeutlicht dieHöchstgrenzen der Ladespannungentsprechend den jeweiligen Nenn-spannungen dieser Energie-Zwi-schenspeicher.
Viele batteriebetriebene Klein-geräte – wie z. B. Alarm- und Sicher-heitsgeräte – lassen sich leicht miteinigen zusätzlichen kleinen Solar-zellen nachrüsten, die entwederanstelle der Batterien als sonnen-scheinabhängige Energiequellenoder nur für das Nachladen der be-stehenden kleinen Akkus oderSpeicherkondensatoren (Gold-Caps) verwendet werden.
Dem Bastler stehen zu diesemZweck sowohl nicht gekapselte(kahle) als auch gekapselte Solarzel-len und Solar-Minipaneele zur Ver-fügung.
Gekapselte Solarzellen sind nachAbb. 2.18 ähnlich ausgeführt wiekleine Solarmodule, in denen je-weils nur eine einzige Solarzelle un-tergebracht ist. Somit entspricht die
Nennspannung dieser gekapseltenZellen der gängigen Nennspannungnormaler kristalliner Zellen (meis-tens zwischen ca. 0,45 und 0,46 V).Abhängig von der Modulgröße liegtder Nennstrom zwischen ca. 0,1 A(bei einer Modulfläche von 46 ×26 mm) und 0,7 A (bei Modul-abmessungen von 96 × 66 mm).
Diese gekapselten Zellen können– ähnlich wie nicht gekapselteSolarzellen – beliebig zu Kettenoder Flächen verschaltet werden,um die benötigten elektrischenNennwerte zu erhalten.
Gekapselte Solar-Minipaneeleunterscheiden sich optisch nicht vongekapselten Solarzellen nachAbb. 2.18, beinhalten aber mehrereSolarzellen und sind für eine höhereSpannung ausgelegt. Im Prinziphandelt es sich hier um kleine Solar-module, die sowohl miteinander alsauch mit gekapselten Einzelzellenverschaltet werden können, um diebenötigte Spannung bzw. Leistungzu erhalten.
Für den Modell- oder Spielzeug-bau können auch „kahle“ Solarzel-len (Abb. 2.19) – ähnlich wie Batte-rien – seriell, parallel oder auchkombiniert (seriell-parallel) verschal-
tet und für die ersten Experimenteeventuell zum Schutz mit einemdünnen Plexiglas abgedeckt wer-
2.8 Solarbetriebene Elektrowerkzeuge und Geräte
Abb. 2.18 – Gekapselte Solarzellenoder Minipaneele sind in verschiede-nen Größen und mit verschiedenenNennspannungen und Nennleistun-gen erhältlich.
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Abb. 2.19 – Kahle Solarzellen können z. B. für das Nachladen von kleineren Akkus oder Speicherkondensatoren auchunvergossen zu Mini-Solargeneratoren zusammengelötet werden.
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den. Wenn solche kahlen Solarzellen stärker belastetwerden, heizen sie sich jedoch zu sehr auf. Eine tech-nisch günstigere Lösung ist es, solche Zellen an ihrerRückseite wärmeleitend in Silikon (z. B. in transparentesBau- oder Fugensilikon) einzubetten. Die „Sonnen-seite“ der Zellen darf dabei jedoch nicht verschmiertwerden. Da eine echte Gussmasse für die Zellen-sonnenseite im Einzelhandel nicht erhältlich ist, solltediese Zellenseite einfach unvergossen bleiben. Eindurchsichtiger Schutz (Glas, Plexiglas o. Ä.) der Sonnen-seite ist unter Umständen günstig, sollte jedoch die Zel-le nicht luftdicht abschließen, da sie ansonsten im Frei-en mit Vorliebe beschlägt und lichtundurchlässig wird.
2.8 Solarbetriebene Elektrowerkzeuge und Geräte
Abb. 2.20 – Die gewünschte Solarspannung wird einfachdurch die passende Anzahl der Zellen in der Kette, derbenötigte Solarstrom durch die Größe der Zellen bestimmt.
Abb. 2.21 – Ausführungsbeispiel der Zellenoberfläche, diebei herkömmlichen kristallinen Zellen an beiden Seiten mitleitenden verzinnten Kupferbahnen versehen ist.
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Manche Kleingeräte, zu denen auch diverse Alarmge-ber (Mini-Sirenen oder Piepser) gehören, werden alsEinbruchschutz oder Warnung beim Campen nur sehrselten bzw. nur „unter Umständen“ beansprucht undbenötigen keinen zu großen Energiespeicher. Zudemsind viele solcher Mini-Sirenen oder auch Sound-Module für eine breite Versorgungsspannung ausge-legt (z. B. von 2,5 bis 9 V). In solchen Fällen kann,anstelle eines Akkus, ein Speicherkondensator (Gold-Cap) nach Abb. 2.22 verwendet werden. Zum Nach-
laden bzw. zur Aufrechterhaltung der gespeichertenelektrischen Energie genügen oft sehr kleine Solar-zellen, die z. B. auch aus ausrangierten Solar-Taschen-rechnern demontiert werden können.
Die Abstimmung einer Mini-Sirene bzw. einesPiezo-Elektronik-Schallwandlers auf die Kapazität desKondensators (oder auch umgekehrt) muss allerdings„projektbezogen“ erfolgen. Bei unseren Experimentenzu diesem Buch reichte die gespeicherte Energie desauf 5 V aufgeladenen 1-F-/5,5-V-Gold-Caps für etwa
2.8 Solarbetriebene Elektrowerkzeuge und Geräte
Abb. 2.22 – Als Energie-speicher für Mini-Alarm-geber eignen sich hervor-ragend kleine Gold-Caps,die als Speicherkonden-satoren ausreichend vielEnergie vorrätig halten,um z. B. eine Mini-Alarm-sirene mit Strom versorgenzu können: Die Speicher-kapazität kann hier durchparalleles Verschaltenzweier oder mehrererdieser Gold-Caps erhöhtwerden.
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20 kurze Alarmsignale aus. Ein Voice-Modul (von Con-rad Electronic) konnte mit einer Gold-Cap-Ladung denaufgenommenen Hilferuf bis zu 25 Mal über einenLautsprecher wiederholen.
Die in Abb. 2.22 eingezeichnete Zenerdiode schütztden Gold-Cap vor einer zu hohen Spannung, indem siemaximal eine Spannung durchlässt, die der Zenerspan-nung entspricht. Die eingezeichnete Schottkydiodeschützt den Gold-Cap davor, sich über das Solarmodul
zu entladen – was automatisch passieren würde, so-bald die Spannung des Solarmoduls niedriger wird alsdie Spannung, auf die der Gold-Cap aufgeladen ist.
Nach Bedarf kann die gespeicherte Spannung einesGold-Cap-Speichers durch serielle Verschaltung vonzwei Gold-Caps nach Abb. 2.23 verdoppelt werden.Auch hier schützt die Zenerdiode das Gold-Cap-Duovor gefährlicher Überspannung.
2.8 Solarbetriebene Elektrowerkzeuge und Geräte
Abb. 2.23 – Zwei in Reihegeschaltete 22-F-/2,3-V-Gold-Caps ergeben einen Speicher-kondensator von 11 F [Farad]und 4,6 V (die Kapazität halbiertsich, die gespeicherte Spannungverdoppelt sich).
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AAbsorptionskühlschränke 50Akku 25, 30
Kapazität 23, 26, 69Nennspannung 39Spannung 25Werkzeuge 55
Akkuspannung 19Amperemeter 25Amperestunden (Ah) 118Anlagenplanung 26Antireflex-Schicht 87Ausgangsleistung 40Ausgangsspannung 40Ausrichtung der Solarmodule 99Autobatterie 32, 70
BBatterie-Anschlussklemmen 31Batterien 29, 31Beleuchtung 52Beschattungsempfindlichkeit 111Bleiakku-Laderegler 24Bleiakkus 32Boote mit Solarantrieb 65Boote und Yachten 82Bordbatterie 74Bordbatterien 29Bypass-Dioden 111, 114
CCaravan 74
DDC (direct current) 12Dimensionierung eines
Solarmoduls 102
Direktbetrieb 22Dünnschichtzellen 86
EEierkocher 78, 80Eingangsspannung 40elektrische Vakuum-Box 79Elektrische Ventilatoren 47elektrisches Heizkissen 27, 45Elektrolyt 30Elektrolyt-Spiegel 31Elektrowerkzeuge 55Elkos 56Endphase des Ladens 25Energiesparlampe 54Energie-Zwischenspeicher 16Entlade-Endspannung 19Entlade-Schlussspannung 19
FFernseher 54Festspannungsregler 55, 56Flexible Solarmodule 97flexibles Solarmodul 71Fugensilikon 62Funktionsweise eines elektrischen
Generators 34
Ggekapselte Solarzellen 60Geräte der
Unterhaltungselektronik 54Gleichrichter 39Gleichstrom-Motorantriebe 65Gleichstrommotoren 47, 65Gussmasse 62
HHeizen mit Solarstrom 68, 77Heizkissen 45, 68Heizlüfter 77Höchstgrenzen der Ladespannung
für NiCd- oder NiMH-Akkus 59
IInfrarotlampe 77
KKaffeemaschinen 78Kahle Solarzellen 61Kapazität eines Akkus 23Kenndaten 21Kleine Windgeneratoren 39Klemmen und Schalter 32Klimaanlagen 51, 76Kochen (oder Aufwärmen) mit
Solarstrom 78Kompressorkühlschränke 50Kühlbox 23, 76Kühlboxen 48Kühlbox-Verbrauch 49Kühlen mit Solarstrom 76Kupferdraht Querschnitt 124
LLade-/Entladeverhalten 29Laden eines Akkus 28Laderegler 18, 24, 25, 38Ladespannung 18, 26Ladestrom 16, 25, 26, 115Ladestrom-Abnahme 25Ladeverhalten 32Ladeverluste 23, 115Langsamläufer 33
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Leerlaufspannung 91Leichtgewicht, flexible
Solarmodule 10leichtgewichtige Solarmodule 98Leichtgewicht-Solarmodul 48Leistung des Solarmoduls 16Lichtmaschine 16, 20Lüften mit Solarstrom 76
MMikrowellen-Anwendung 78Minipaneele 60Mini-Solarmodule 49mobiler Windgenerator 50Modul-Nennleistung 21Modul-Nennstrom 21monokristalline Zellen 87
NNachladen eines Bleiakkus 23Negativschicht 86Nennleistung 12, 21, 48, 91Nennspannung 12, 21Nennstrom 21, 91
Pparalleler Betrieb mehrerer
Solarmodule 104Piepser 63Planungsbeispiele 115polykristalline (multikristalline)
Zellen 87Positivschicht 86Propeller-Windgenerator 33
QQualität des Ladereglers 26
RReceiver 54Rechteckspannung 40Reihenverschaltung 103Reisemobil 74Rotordurchmesser 37Rückenkontaktzellen 96Rutland-Windgenerator 36, 37
SSavonius-Windgenerator 33Scheibenkondensatoren 56Schiffsmotoren 65Schnelllade-Verfahren 24Schnellläufer 33Schottky-Diode 44, 108Schottky-Dioden 109Selbstentladung 29, 30sinusförmige Spannung 41Solar-Außenleuchten 52Solarbatterien 30solarelektrische Stromversorgung
17, 23Solar-Garagentorantriebe 20Solarheizung 69Solar-Katamaran 65Solar-Kühlschrank 20, 50,
76Solar-Ladegerät 18Solar-Laderegler 17Solar-Ladespannung 27Solar-Minipaneele 60
Solarmodul 10, 17, 21auf dem Auto- bzw.auf dem Caravan-Dach 74auf dem Reisemobil-Dach 75auf einem Segelboot 83Caravandach 75in Serie (Reihe) 106
Solarmodul-Wirkungsgrad 92Solar-Produkte 20Solarspannung 27Solarstromleitungen 124Solarzelle 10, 12, 13, 85
im Schnitt 86Solarzellen unterschiedlicher
Größe 93Solarzellen-Bruchstücke 13Sonnenbestrahlung 16Spannungsmessung 30Spannungsregelung 56, 58Spannungswandler 40Speicherkondensator
(Gold-Cap) 63Springbrunnen-Pumpe 16, 22Standard-Testbedingungen 90Streuung der Zellenparameter 90
Ttechnische Parameter einer
Batterie 31Teilbeschattung 111temperaturabhängige
Veränderung der Zellenleistung100
Tiefentladeschutz 18, 19, 42Geräte 19
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UUmwandlungswirkungsgrad 92Unterspannung 27
VVentilator 17, 27, 47, 54Verbrauch der Akku-Kapazität
in Ah 45Verlustleistung 57
WWasserfahrzeuge 66Wasserkocher 17, 44Wechselrichter 18, 40, 42, 55
Wirkungsgrad 40Windenergie-Speicher 29Windgenerator 33, 38, 84
Laderegler 39Windgeschwindigkeit 36, 37, 39
Windrad 34Typen 35
Wirkungsgrad 91
ZZellen-Lötverbindungen 61Zellen-Nennstrom 91Zenerdiode 56, 57, 59zusätzliche Solarmodule 105 Zweitakku 20
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