Bootsumbau mit LED + Solarmodul und Autobatterie

Bei Solarmodulen wird immer die Nennspannung angegeben. Wenn da nen 12V Akku dran ist dann passt das. Die Leerlaufspannung liegt dann irgendwo bei 20V. Da Solarzellen auch Dioden sind, sind sie Stromquellen. D.h. die Spannung stellt sich in etwa auf die Akkuspannung ein.
Wie groß die Zelle sein soll/muß hängt auch immer an der Größe des Akkus und dem durchschnittlichen Verbrauch. Wenn die deutlich Zelle mehr Strom liefert als als Erhaltungsladung für den Akku nötig ist, solltest du nen Laderegler vorsehen.

Um eine Autobatterie zu laden, bedarf es eines Solarmoduls, das eine Spannung von ca. 17V bringt:
Die Batteriespannung steigt bis auf knapp 14V, etwas Verlust am Laderegler (der auf keinen Fall vergessen werden darf) und etwas "Luft" für sonnenarme Zeiten.
Diese werden als Standardmodule angeboten.

Ein oder auch zwei paralle Module mit 80mA sind für eine Erhaltungsladung einer Autobatterie etwas sehr wenig.
Um den notwendigen Strom zu berechnen, muss etwas tiefer in die Rechenkiste gegriffen werden:
1. Abschätzung des Verbrauchs (in Ah, also benötigter Strom (in A) * Nutzungszeit). Wichtig ist hier wahrscheinlich die Frage, an wie vielen Tagen geangelt wird. Die Batterie scheint ja für eine Pufferung von mehr als 10 Tagen ausreichen. Dann kann dies auch über die Batterie-Kapazität berechnet werden. Diese ist auf der Batterie ebenfalls in Ah angegeben (zB 44Ah)
2. Gehen wir davon aus, dass diese Batterie 15 Tage (mit 44Ah) reicht -> Tagesverbrauch = 44Ah/15d = 3Ah pro Tag
3. Die Solarmodule müssen also pro Tag diese 3Ah bringen. Gehen wir (Sommer) von einer Sonnenscheindauer von ca. 6h aus: 3Ah/6h = 0,5A => Das Solarmodul sollte also ca 0,5A = 500 mA leisten
Bei 16V ergibt sich eine benötigte Modulleistung von ca. 8Wp

Wichtig bei der Nutzung ist, dass das Solarmodul an einer Stelle platziert wird, die eine Südausrichtung ermöglicht, eine Neigung von ca. 45Grad hat und während der Tageszeit möglichst nicht beschattet wird. Andernfalls muss mit einem weitaus geringerem Ertrag gerechnet werden.

Nachtrag:
Ein Laderegler ist absolutes Muss! Andernfalls kann die Batterie überladen werden und das ist der frühe Tod. Heutige Laderegler vereinigen oft Lade- und Entladeschutz, so dass auch die Unterladung der Batterie vermieden wird.

Also noch mal Solarzellen sind Stromquellen. Im Leerlauf liegt schon bei geringer Beleuchtung fast die volle Leerlaufspannung an. Der erzielbare Strom ist allerdings gering.
Bei zunehmender Beleuchtung erhöht sich dann der mögliche Strom die Spannung bleibt gleich.

Sobald die Solarzelle im Leerlauf zwischen 17V und 20V "bringt" reicht das zur Ladung eines 12V Akkus (jedenfalls von der Spannung her ).

Die Spannung stellt sich dann wie bei einer KSQ automatisch auf den Ladezustand des Akkus ein

Der mögliche Strom hängt von der verfügbaren Beleuchtung ab. Ist also durch die Ausrichtung manipulierbar.

Hallo,

bigpuster: Du solltest uns einmal mitteilen wie hoch die Kapazität der Autobatterie ist, die du verwendest und zweitens auch den benötigten Led-Strom in der Nacht und die Zeiten wie lange diese Beleuchtung in etwa gebraucht wird. Die Zeit wie lange aufgeladen werden kann hast du ja schon genannt (~ 3 Tage). Wenn du wegen des Preises eher kleine Solarmodule mit wenig Leistung nimmst, dann kommt für die Ladung noch ein Punkt hinzu nämlich der sogenannte Maximum Power Point kurz MPP. Wenn man das Maximum an Leistung aus Solarzellen herausholen will, dann muss man bedenken, dass die maximale Leistung eines Modules je nach Sonneneinstrahlung bei unterschiedlichen Strom/Spannungswerten eintritt. Es gibt spezielle MPP-Solarladeregler, welche den Ladestrom in den Akku anpassen, sodass die Solarzellen maximale Leistung abgeben.
Da es bei dir aber offensichtlicht auch aufs Geld ankommt kann man eine genaue Aussage was für dich das Optimum darstellt erst treffen, wenn du uns obige Punkte mitteilst.

Grüße

Fasti

Zitat von bigpuster

Somit schadet die höhere mögliche Spannung des Moduls erst der Autobatterie, wenn diese bereits voll geladen ist und nun eben noch weiter geladen wird?!
...
Der
Anbieter des Moduls hat mir übrigens geschrieben, dass dieses Modul
gerade mal die Erhaltungsladung der Autobatterie abdeckt und mir
DESHALB zu einem Laderegler geraten!?

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Jaein ! Die höhere Spanung kann eventuell schon früher Probleme bereiten.
Wenn aber die Ladeendspannung auf Dauer wesentlich überschritten wird, ist dies zum einen deutlich zu erkennen (-> Gasung bei Säureakkus). Zum anderen wird die Batterie durch die chemischen Prozesse auch geschädigt
Damit also ein klares "Ja" zum Laderegler !

Zitat von bigpuster

Kapazität um die 36AH ( ist ne kleine ). Die Grundlast
ist die Steuerbord/ Backbordbeleuchtung mit 2.5Watt für ca. 3 Stunden (
Wenn das Boot vor Anker liegt, schaltet er das Licht aus, wenn er es
verantworten kann ). Dazu kommt die Innenbeleuchtung mit 1,75 Watt, die
in der Nacht ca. 1 Stunde insgesamt benutzt wird. Vorne hat er noch
einen kleinen SMD-Stripe mit 1.25 Watt wenn er eine Köder anbringen
will. Der wird aber imme rnur kurz angeschaltet, also sagen wir 1
Stunde. Also insgesamt nach oben gerundet 11 Watt bei 12V macht 1A.
Dazu kommt noch ein Suchscheinwerfer mit einer Seoul P7, der aber mehr
Gimmick ist. Ich wollte ihm nur mal zeigen, wie hell die kleinen LEDs
sein können.

Also muss in drei Tagen 1 A geladen werden. Das
müßte sich doch mit so einem 300mA/17V Modul machen lassen. Jeder Tag
mit 8 Std./100mA wäre ja schon schlecht gerechnet.

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Korrigieren wir erst einmal die Angaben (das erleichtert das Rechnen
Die Verbraucherleistung beträgt 12W, damit fließt ein Strom von ca. 1A
Benutzungsdauer ist 3 Std. -> verbrauchte Energie 3Ah

Bei den drei Tagen Ladezeit (je 6 Stunden Sonne) mit 0,5A kommen 3*6h*0,5A = 9Ah wieder in die Batterie über's Solarmodul "zurück"

Unter diesen Annahmen haben wir eine Reserve von 6Ah (oder 12 Ladestunden)

Mit einem 300mA-Modul können wir in dieser Zeit 3*6h*0,3A = 5,4Ah Stunden auftanken. Da ist dann noch eine Reserve von 2,4Ah übrig.

Bedenke jedoch, dass die Leistung eines Solarmoduls drastisch sinkt, wenn die Sonne nicht scheint bzw. es auch nur teilbewölkt ist. Des weiteren ist der Ertrag natürlich abhängig von der Jahreszeit; die max. Leistung ist im Juli zu erwarten. Daher sollte auf jeden etwas Reserve mit eingeplant werden.

Zu den Erträgen im Norden von Deutschland geben auch entsprechende Karten mit Jahressonnenstunden und Monatsleistungen Auskunft. Such doch 'mal im Web danach.

Hallo,

letiger, wenn die Zeitangaben von bigpuster stimmen, dann sinds aber nur 1Ah die er laden braucht, nicht drei, erst wenn man vielleicht noch den P7 Strahler für 2 Stunden einrechnet werdens 3Ah.
Auch wenn ein Laderegler sicherer ist und bei einem guten MPP-Laderegler auch noch mehr aus den Solarzellen an Energie geholt wird, so ist bei 300mA zu 36Ah, was etwa C/100 entspricht auch ohne Laderegler keine Gefahr einer Überladung. Hier ist der Ladestrom viel zu gering um tatsächlich Gasung eintreten zu lassen. Auch die Spannung des Solarmoduls wird aufgrund des niedrigen Innenwiderstandes und der Erhaltungsladung kaum über 14V steigen. Im Hinblick auf eine möglichst lange Akkulebensdauer und auch ein paar Leistungsreserven, falls die Beleuchtung mal ausgebaut wird, denke ich ist man mit einem Laderegler besser dran, vor allem auch deshalb weil fast alle einen Tiefentladeschutz der Batterie dabei haben, was eine Schädigung der Batterie verhindert, auch wenn mal das Licht vergessen wird. Die einfachen gibts ja schon als Bausatz für etwa 20€ die besseren mit MPP TRacker je nachdem ab ~ 100€ je nach Leistungsklasse.

Grüße

Fasti

Nun, ich dachte, ich hätte die Rechnung klar und deutlich genug (insbesondere in Hinblick auf Einheiten) gemacht

Der Stromverbrauch beträgt 1 Ampère bei einer Verbrauchsleistung von 12 Watt.
Wenn dies 3 Stunden lang gemacht wird, so ist eine Energie (kein Strom, keine Leistung, sondern Energie) von 3Ah (drei A über drei Stunden) verbraucht worden.
Diese Energie muss nun vom Solarmodul nachgeliefert werden. Die Ladezeit berechnet sich nun zu
(Strom des Solarmoduls) / (nachzuladende Leistung) = 300mA / 3 Ah = 10 Stunden
Dabei sind keinerlei Verluste (chemisch, elektrisch) mit berücksichtigt, es ist also eine sehr optimistische Annahme. Die Erfahrung mit Solarmodulen zeigen, dass die effektive Leistung doch bei ca. 60-80% liegt !

Ob die Chemie bezüglich deiner ebenfalls sehr optimistischen Annahme der Überladungssicherheit ebenfalls deine Meinung teilt, möcht ich nicht weiter diskutieren. Ich persönlich halte solche Konstruktionen für gewagt. Einfache Laderegler dieser Leistungsklasse sind für wenig Geld zu bekommen (bei Pollin gibt's 50W-Regler für 12,95); ein einfacher Akku dieser Größe kostet mich jedoch ca. 40-50 Euronen (falls doch überladen wurde). Die Entscheidung darüber muss in jedem Fall bigpuster selbst treffen.
Einen MPP-Regler hier einzusetzen, ist wohl etwas übertrieben, da spielt dieses Projekt in einer viel zu kleinen Leistungsklasse. Diese Regler machen Sinn und Spass, wenn wir über Solar-Leistungen im Bereich > 500W reden.

Zitat von bigpuster

Ach, noch eins:
Zur Überwachung des LED-Ladestroms und der Autobatteriespannung wollte ich einfach zwei billige Multimeter von Pollin für 3.95,- nutzen. Diese über einen 9V Spannungsregler an der Autobatterie betreiben. Das ganze noch hübsch hinter einer Holzwand verbaut, dass man nur die Digitalanzeige sieht. Irgendwelche Einwände?

Überwachung und Visualisierung ist immer gut. Und bei den Kosten auch problemlos zu bezahlen.
Ob du allerdings bei Nacht sehen wirst, wie hoch der Ladestrom ist, wage ich zu bezweifeln . Diese Nullnummer weis man auch ohne Anzeige
Ist aber insbesondere bei der Inbetriebnahme der Anlage sehr wichtig und interessant. So siehst du schnell, wie bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen das Solarmodul arbeitet.
Ideal, aber wahrscheinlich zu aufwendig und teurer, wäre die Aufzeichnung des Ladestroms, um dies über die Zeit zu analysieren.

Hallo:

letiger: Du hast zwar irgendwas gerechnet aber nicht mit den Zeiten die bigpuster angegeben hat und ja ich kann auch rechnen
bezüglich der Überladung hole ich ein bisschen aus, damit ich auch darlege wieso dieser Ladestrom unbedenklich ist:
Blei Akkus sollten mit etwa 0,1-0,3C geladen werden, was bei diesem Typ zwischen 3,6 und 10,8A bedeuted. Eine Erhaltungsladung bei Bleiakkus wird normalerweise dadurch erreicht, dass der Akku weiterhin (bei reduzierter Spannung auf etwa 13,5V) geladen wird mit ~3% des zulässigen Ladestroms, hier also zwischen 100- 300mA. Diese Solarzellen sichern also gerademal die Erhaltungsladung halbwegs. Jetzt bringen wir noch die Spannung ins Spiel: Leerlaufspannung der Solarzelle wird irgendwo bei 17V sein, abzüglich der Diode also bei 16,5V etwa je nach Diode. Da die Solarzelle die Spannung an den Akku anpasst kann man selbst wenn der Akku voll ist davon ausgehen, dass die Spannung niemals über 14V steigen wird, da der Innenwiderstand vom Bleiakku zu gering ist und die gerademal maximal 4W reichen auch für eine nennenswerte Erwärmung nicht aus. Was aber ein viel größeres Problem sein wird als die Überladung ist eher das Problem der Säureschichtung und Sulfatierung durch den zu geringen Ladestrom. Wir entwickeln bei uns in der Firma auch Ladegeräte für große Bleiakkus und dabei ist wichtig, dass zu Ladeschluß die Säure im Akku richtig durchmischt wird, da ansonsten die Kapazität abnimmt und die Sulfatierung zu. Um dies zu Bewerkstelligen wird normalerweise nochmals zum Schluß mit erhöhter Spannung und Strom geladen um diese Vermischung zu erreichen. Da dafür aber wesentlich mehr Leistung gebraucht wird als diese Zellen liefern wird sich die Säure nicht vermischen. Es gibt hier die Möglichkeit bei offenen Bleiakkus dies auch mechanisch zu machen, bei versiegelten ist dies eher schwierig und meist auch nicht nötig, da diese kaum Säureschichtung (Gel-akkus haben). Gel - Akkus werden aber in PKWs meist nicht eingesetzt, da sie einen höheren Innenwiderstand haben und deshalb weniger Startstrom liefern können, weshlab in den meisten PKW offenen Bleiakkus mit flüssigem Elektrolyt verwendet werden. Ich gehe davon aus, dass wenn bigpuster von einem Auto-Akku spricht hier einen offenen Akkutyp meint. Wichtig in bezug auf die Sulfatierung ist hier auch, dass die Batterie nie tiefentladen werden kann, da dies die Sulfatierung stark fördert. Man sieht also, dass auch ein zu geringer Ladestrom nicht unproblematisch ist und auch hier zu Kapazitätsverlust führt. Da hier aber die Kapazität des Akkus weit über der vom Akku abgeforderten Kapazität liegt, wird der Kapazitätsverlust nicht so bald zu Tage treten.

@ bigpuster: die MPP Laderegler sind hier tatsächlich overkill allerdings ein billiger für <20€ erfüllt hier auch noch die Akkuüberwachung und Unterspannungsabschaltung.
Wegen der Überwachung: Diese sollte aber über einen Schalter abschaltbar sein, denn der Festspannnungsregler wie auch die Multimeter brauchen Strom. Ein 7809 oder LM317 braucht alleine für die Regelung mindestens 5mA Last und für sich selber auch noch ein paar mA also rechnen wir mal mit 10mA alleine für den Regler. Das Multimeter wird auch nochmal je nach Gerät 5-10mA brauchen alsi rechnen wir mal mit optimistischen 15mA. Macht bei ~12V Akkuspannung * 0,015A =0,18Wh mal 24h = 4,32Wh. Das liefert das Modul bei schönstem Wetter in etwas mehr als einer Stunde. Wenn aber das Wetter längere Zeit schlecht ist oder die Multimeter doch etwas mehr als 5mA brauchen, dann kann die Solarzelle den Akku gar nicht mehr laden sondern höchstens den SOC aufgrund der Selbstentladung halten. Also nicht permanent betreiben. Auf den Stromverbrauch des Ladereglers sollte auch noch geschaut werden. Es gibt ein paar billige die sich für sich selbst schon 20mA gönnen und das permanent. Hier würde man dann eine höhere Modulleistung benötigen damit das dann noch was bringt.

Grüße

Fasti

Wenn das Panel als Spitzenstrom 200mA abgibt, wirst du das nur im Hochsommer bei optimaler Ausrichtung erhalten. 8 Std. am Tag nur mit Nachführung. Realistisch würde ich eher mit max. 50% Spitzenstrom übern schönen Tag rechnen.

Hallo,

da du die Solarzellen nicht nachführst wirst du im Schnitt pro sonnigem Tag nur etwa 20-25Wh machen. Die Erhaltungsladung gleicht nur das aus, was durch die Selbstentladung wegfallen würde. Das Problem hier ist, dass die Selbstentladung zwar nicht einem Strom von 200mA entspricht sondern eher so 10-30mA allerdings konstant über 24 Stunden während die Ladungsphase nur ein paar Stunden andauert. Ein bisschen Ladung wirst du schon in den Akku bringen allerdings nur bei schönem Wetter. Ist es länger bewölkt oder gar Regenwetter, dann wirds auch mit der Erhaltungsladung schwer werden. Da hier allerdings die Qualität und das Alter des Bleisäureakkus eine wesentliche Rolle spielt würde ich das experimentell ermitteln und im Bedarfsfall halt noch ein oder zwei zusätzliche Module paralle dazuhängen. Allerdings dann nicht auf die Bypassdiode vergessen, damit es im Falle einer partiellen Abschattung nicht zu kaputten Modulen kommt.

Grüße

Fasti