Planung Batteriekapazität und Solarmodule für Womos

Die folgenden Ausführungen befassen sich mit der Planung einer Batteriekapazität für vollausgebaute Womos
und mit Solarmodulen.

1. Planung der benötigten Menge el. Speicherenergie (= Größe der Bordbatterie)

1.1 persönliches Nutzungsverhalten

folgende Fragen muß man sich zunächst selbst beantworten:
- nutze ich mein Womo nur im Sommer oder auch im Winter ?
- wie lange möchte ich unabhängig von externen Anschlüssen welche Geräte betreiben ?
- welche Geräte möchte ich überhaupt betreiben ?
hier stellt sich zunächst die Frage nach dem Kühlschrankkonzept:
Gas-Kühlschrank (auch mit 12V/230V zu betreiben), Kompressorkühlschrank oder Peltier-Kühlbox
dann evtl. auch die Frage zu Luxus-Artikeln, wie Fernseher etc. (im VW-Bus wohl eher selten)

1.2 Berechnungsgrundlagen

die Rechnungen sind wirklich einfach, ich habe mich z.B. mit folgenden Formeln begnügt:
R = U/I (R: Widerstand U: Spannung I: Strom)
P = U*I (P: Leistung)
verwendete Einheiten:
R: Ohm
U: Volt (abgekürzt: V)
I: Ampere (abgekürzt: A)
P: Watt (abgekürzt: W)

Da man den Widerstand der el. Geräte i.a. nicht kennt, braucht man fast nur die untere Formel. Die Hersteller
der Geräte geben auch meistens die benötigte el. Leistung in Watt an.

Außerdem habe ich die Spannung im Bordnetz der Einfachheit halber auf 12 V festgesetzt. Das ist nicht ganz
richtig, weil die Spannung zwischen ca. 8 V (total entladene Batterie) und 13,6 V (total volle Batterie) schwankt.
Im Fahrbetrieb sind es sogar 14,2 V, da die meisten Generatorregler auf diesen Wert eingestellt sind.

1.3 Beispielrechnung

- ich bin Dauernutzer (Sommer und Winter)
- ich benutze eine Truma E2400 Heizung
- ich möchte einen Kompressorkühlschrank betreiben (Waeco RA60 TEC)
- ich habe Transistorleuchten (8 Watt pro Lampe)
- ich will mind. 3 Tage stehen können, ohne zu fahren oder 230V-Anschluß zu haben


Sommer:

Licht:
8 W / 12 V = 0,7 A (gerundet)
Nutzungsdauer 2 Stunden (abgekürzt: h) am Tag:
0,7 A * 2 h = 1,4 Ah

Radio (keine Disco !):
24 W / 12 V = 2 A
Nutzungsdauer: 3 Stunden
2 A * 3 h = 6 Ah

Wasserpumpe:
die meisten Tauchpumpen ziehen so ca. 6 A
Nutzungsdauer: 0,2 h (wir duschen ja nicht im Bus, oder ?)
6 A * 0,2 h = 1,2 Ah

Kompressorkühlschrank (hier RA 60 TEC mit Kältespeicher):
50 W / 12 V = 4,6 A
Nutzungsdauer: 24 h (logisch, oder ?)
jetzt aber die Besonderheit beim Kompressorkühlschrank:
je nach Außentemperatur hat ein guter Kompressorkühlschrank nur eine Einschaltdauer von 25- 35 %, d.h. der
Kühlschrankkompressor läuft nur
ca. 30 % des Tages wirklich (Einschaltstrom vernachlässigt)
4,6 A * 24 h * 0,3 = 33,1 Ah

Gesamtverbrauch:
41,7 Ah


Winter:

Licht (evtl. auch mal mehrere Lampen, daher mehr W):
12 W / 12 V = 1 A
Nutzungsdauer: 5 h
1 A * 5 h = 5 Ah

Radio (keine Disco !):
24 W / 12 V = 2 A
Nutzungsdauer: 3 Stunden
2 A * 3 h = 6 Ah

Wasserpumpe:
Nutzungsdauer: 0,2 h
6 A * 0,2 h = 1,2 Ah

Kompressorkühlschrank (hier RA 60 TEC mit Kältespeicher):
4,6 A * 24 h * 0,3 = 33,1 Ah

Heizung (Truma E2400):
1,2 A bei Voll, 0,6 A bei Halb
erfahrungsgemäß betreibt man die Hzg. im tiefsten Winter ca. 10 h bei halb (die geht zwischendurch auch mal
ganz aus, auch wenn sie eigentlich "an" ist)
Ich setze einen passabel isolierten Bus und eine "Nachtabsenkung" (= Heizung aus) voraus
0,6 A * 10 h = 6 Ah

Gesamtverbrauch:
51,3 Ah


1.4 Batteriegröße

Laut den Empfehlungen der Batteriehersteller sollte man eine Antriebsbatterie (also eine Bordbatterie) nicht
mehr als 50% der theoretischen Kapazität entladen, dann soll die Batterie viele Jahre länger halten :-).

Um also im Sommer zwei Tage ohne Zusatzenergie stehen zu können, würde man gemäß obiger
Beispielrechnung 41,7 Ah * 2 * 2(wegen der 50%) = 166,8 Ah Im Winter sogar 205,2 Ah.

Wer also einen Kompressorkühlschrank betreiben will, muß für zusätzliche Energiequellen sorgen, denn solche
Batteriekapazitäten sind unrealistisch.

Das ganze mal ohne Kühlschrank und andersherum berechnet:
vorhandene Bordbatterie: 65 Ah (ist wohl rel. typisch für VW-Bus)

65 Ah * 0,5 (wegen der 50%, remember ?) / 8,6 Ah = 3,8 Tage
(8,6 A war der Sommerwert ohne Kompressorkühlschrank)
bzw.:
65 Ah * 0,5 / 18,2 Ah = 1,8 Tage

Letztere Rechnung zeigt, daß auch der Gaskühlschrank nicht wochenlanges "freies" Stehen erlaubt. Wer
natürlich eine Woche am Strand steht, nie das Licht anmacht und nur Wasserkanister benutzt, hat damit keine
Probleme. Aber das ist wieder dieses Thema mit den "persönlichen Nutzungsgewohnheiten" .


2. andere Energiequellen, um die Energiebilanz zu verbessern

2.1 230 V - Anschluß auf dem Campingplatz

Um diesen Anschluß auch für das 12V-Bordnetz zu nutzen, braucht man ein Ladegerät, welches die 12 V
(bzw. natürlich 14,2 V, aber das hatten wir ja schon mal) zur Verfügung stellt. Bei den Ladegeräten gibt es
große Qualitätsunterschiede, die vor allem die Ladecharakteristik betreffen.
Um es nicht zu kompliziert zu machen, vielleicht der Hinweis, daß die "billigen" Geräte (unter 100 DM) der
Batterie eher schaden als nutzen.
Mindestanforderung: W-Kennlinie
Für Technikbegeisterte: IoUo....etc.- Kennlinie (Mikroprozessorsteuerung)

2.2 mobiler Stromgenerator

ist laut, stinkt und braucht Platz. Ist auf Stellplätzen verpönt und habe ich bei VW-Bussen auch noch nicht
gesehen

2.3 viel rumfahren

hilft sicherlich, aber wenn ich nur fahre, um die Batterie aufzuladen, wohl der echte Umweltwitz

2.4 Windgenerator

habe ich mich bisher noch nicht mit beschäftigt, scheint aber auch nicht viel zu bringen, weil man die so selten
sieht. An der Küste vielleicht doch ganz nützlich.

2.5 Solarzellen

an sich eine saubere Sache, vielleicht vorab mal was Theoretisches:

Eine Zelle der bisher hauptsächlich angebotenen Silizium-Zellen-Module liefert eine von der Lichteinstrahlung
fast unabhängige Spannung von 0,5 V. Die Spannung hängt aber von der Temperatur ab, bei höherer
Temperatur sinkt diese. Da mit 0,5 V keiner was anfangen kann, werden viele Zellen (typischerweise 36 Zellen)
zu einem Modul in Reihe geschaltet. Von der Lichteinstrahlung hängt aber der Strom ab, den die Zelle zu
liefern vermag. Bei den festgelegten Normbedingungen (senkrechte Einstrahlung von 1000 W/m²) liefert eine
monokristalline Zelle maximal 2,4 A. Diesen theoretischen Spitzenwert nennt man auch Wp (=Watt peak) und
der wird zu den käuflichen Solarmodulen immer genannt. Leider ist dieser Wert wirklich nur theoretisch, denn
zum einen liefert die Sonne selten 1000 W/m² (dieser Wert wird in Mitteleuropa bei wolkenlosem Himmel im
Sommer erreicht) und zum anderen ist die Einstrahlung in der Praxis nicht senkrecht zum Modul. Wenn die
Module z.B. auf dem Dach vom Bus montiert sind, liegen sie ja mehr oder weniger flach, die Sonne steht aber
nie senkrecht am Himmel. Um Solarmodule optimal auszunutzen, müsste man sie nach der Sonne ausrichten
und auch noch dem täglichen Sonnenlauf nachführen. Das halte ich beim Womo für völlig praxisfremd (macht
auch keiner). Die bessere Methode ist eindeutig, die Solarmodulkapazität zu teilen. Zur Grundversorgung
kommt ein 50 Wp-Modul auf das Dach und gleichzeitig wird noch eine Außensteckdose mit Anschluß an den
Solarmodulregler angebaut. Dann kann man feste Solarzellen mitnehmen und die dann bei Bedarf über die
Außensteckdose anschließen. Der Bus kann dann auch schön im Schatten bleiben und die Module kann man
per Hand zur Sonne ausrichten. Es ist aber kein wolkenloser Himmel, d.h. direkte Sonneneinstrahlung
notwendig, die Solarmodule funktionieren auch sehr gut mit dem sogenannten "diffusen" Licht bei bewölktem
Himmel.

In der Praxis wird das Modul also zwischen 30 und 80 % der theoretischen Leistung abliefern.

Solarzellen in der Praxis:

Beim VW-Bus ist es gar nicht einfach, Solarzellen zu installieren. Das hat mehrere Gründe:
- die zur Verfügung stehende Fläche ist sehr klein
- die Dächer sind i.a. gewölbt (Ausnahme: Aufstelldächer) , Solarzellen aber flach und unflexibel (auch
sogenannte flexible Module kann man nur zu ein paar % biegen. Ausnahme sind die Module mit amorphem Si,
die haben aber nur einen sehr geringen Wirkungsgrad)

aus den vorgenannten Gründen bekommt man Module mit insges. max. 120 Wp auf das Dach, beim
Aufstelldach vielleicht 200 Wp.

Beispiel:
ein Solarmodul mit 54 Wp
Sommer:
Dauer der nutzbaren Sonneneinstrahlung: 12 h
Wirkungsgrad (gemeint das Verhältnis zum Wp): 70%

54 W * 0,7 / 14,2 V = 2,7 A
(Ich habe hier die 14,2 V vom Regler eingesetzt)

2,7 A *12 h = 32,4 Ah

Und jetzt zurück zur Energiebilanz von oben:
41,7 Ah - 32,4 Ah = 9,3 Ah (gemeint ist der Verbrauch pro Tag)

Bei einer Bordbatterie von 100 Ah könnte man dann also 100 Ah *0,5 / 9,3 Ah = 5,4 Tage stehen, bevor die
Batterie so langsam Alarm meldet.

Solarmodule haben die dumme Eigenschaft, bei Abschattung auch nur kleiner Teile fast die gesamte Leistung
einzubüßen. Also immer schön putzen :-). Es soll aber inzwischen Module mit "Trickschaltung" (das Modul
wird in viele kleine Einzelmodule aufgeteilt) geben, wo das nicht mehr so schlimm ist.


Dieser Text wurde verfasst von
Jens 16syncro