Stromerzeugung durch Sonnenlicht, Fotovoltaik oder umgangssprachlich Solarenergie genannt, gibt es natürlich auch fürs Wohnmobil. Die von den Modulen gewonnene Energie wird in die Bordbatterie eingespeist.
Auf Hausdächern erleben Fotovoltaikanlagen längst einen Boom. Stark gestiegene Strompreise, der Wunsch nach Unabhängigkeit vom öffentlichen Netz sowie steuerliche Anreize beim Kauf der Anlage und bei der Stromeinspeisung sind die Hauptgründe für die hohe Nachfrage. Aber nicht nur auf Häusern sind Solaranlagen sehr beliebt, auch viele ReisemobilistInnen spielen mit dem Gedanken, sich eine Solaranlage für ihr Wohnmobil zuzulegen. Für die meisten von ihnen dürfte weniger der finanzielle Aspekt das ausschlaggebende Argument sein, sondern vielmehr der Wunsch nach Unabhängigkeit vom Landstrom. Wichtig ist zu wissen, was ihr Strom-Bedarf ist. Hier finden Sie eine Musterrechnung.
Anders als Hausanlagen sind Solarmodule für Wohnmobile speziell für den Einsatz auf Reisen konstruiert. So müssen etwa die Lötverbindungen zwischen den einzelnen Solarzellen Vibrationen, die während der Fahrt auftreten, über viele Jahre aushalten können. Bei Rahmenmodulen muss zudem darauf geachtet werden, dass auch die Befestigungen in der Lage sind, Verwindungskräfte, die auf dem Fahrzeugdach entstehen, zu kompensieren. Und nicht zuletzt müssen die Anschlussdosen bei Regen und Fahrtwind druckwasserdicht sein.
Wie finde ich die richtige Solaranlage für mein Wohnmobil/Campingbus?
Portable oder festmontierte Solaranlage?
Wer sich eine Solaranlage für sein Reisemobil zulegen will, sollte zunächst die Frage beantworten, welcher Modul-Typ es sein soll. Grundsätzlich unterscheidet man mobile Solaranlagen von Systemen mit fest auf dem Dach montierten Panelen. Bei zuletzt genannten kommen entweder Rahmenmodule, die mit Hilfe von Haltern auf dem Dach befestigt werden, oder rahmenlose Module, die direkt auf das Dach geklebt werden, zum Einsatz.
Bei den mobilen Anlagen können Kleinverbraucher wie Mobiltelefone, Tablets oder Kameras oft direkt am Solarmodul per USB-Anschluss geladen werden. Zusätzlich wird über ein Kabel die Batterie des Fahrzeugs gefüllt. Das geschieht entweder, indem das Kabel mit integriertem Laderegler in einen 12-Volt-Anschluss gesteckt wird oder das Kabel zu einem fest installierten Laderegler im Fahrzeug führt. Der Vorteil der tragbaren Lösung ist, dass sie sehr flexibel einsetzbar ist. Man nimmt sie etwa nur mit, wenn man sie wirklich braucht, kann sie von einem Fahrzeug zum nächsten wechseln oder auch fürs Gartenhaus nutzen. Außerdem lässt sich das Modul in die Sonne stellen, während das Reisemobil im Schatten parkt.
Fest auf dem Dach installierte Solaranlagen sind vom Aufbau und der Funktion nahezu identisch: Das Solarmodul auf dem Dach erzeugt Gleichstrom durch Lichteinstrahlung, der über einen fest im Fahrzeug installierten Solarladeregler an die Batterie weitergegeben wird. Diese bedient dann die einzelnen Stromverbraucher. Die festinstallierte Variante besticht durch höhere Stromerträge und ist vor allem ohne Aufwand stets einsatzbereit. Hier gibt es mehr zu den Solarmodul-Typen.
Welche Leistung und wie viel Watt braucht meine Solaranlage?
Eine weitere Frage, die sich bei der Anschaffung einer Solaranlage stellt: Welche Leistung (angegeben in Watt Peak, kurz Wp) sollten die Solarmodule bringen, und welche Kapazität muss die Aufbaubatterie haben, die als Pufferspeicher für die Energie dient? Dazu haben wir eine Beispielrechnung aufgestellt:
Beispielrechnung Solaranlage und Batterie
Tagesbedarf Strom:
Benötigte Solarmodulleistung:
- Im Sommerbetrieb mit effektiver Sonnenscheindauer von vier Stunden:
300 Wh : 4 h = 75 W - Im Dreijahreszeiten-Betrieb mit effektiver Sonnenscheindauer von einer Stunde:
300 Wh : 1 h = 300 W
Für den reinen Sommereinsatz würde damit ein Solarmodul mit 75 Wp genügen. Um von Frühjahr bis Herbst entsprechende Ladeleistung sicherzustellen, müssten es dagegen beispielsweise drei 100-Wp-Module sein.
Wie groß muss die Batterie für die Solaranlage sein?
Deckt die Solaranlage den Tagesbedarf ab, genügt es theoretisch, wenn die Batterie gerade diese Energiemenge speichern kann. Um auch für Regentage gerüstet zu sein und um schädliche Tiefentladungen des Akkus zu vermeiden, sollte man aber mindestens die drei-, besser vierfache Kapazität verfügbar haben.
Es kommt hinzu, dass bei den gängigen Blei-Akkutypen nur rund 60 Prozent der Nennkapazität tatsächlich entnommen werden können, bei modernen Lithium-Batterien annähernd 100 Prozent.
Das bedeutet für unser Beispiel:
- 300 Wh Tagesbedarf : 12 V Netzspannung =
25 Ah theoretische Mindestkapazität. - Mal 3- bis 4-fache Sicherheit =
75–100 Ah nutzbare Kapazität. - Mal Realentnahmefaktor:
1,6 = 120–160 Ah Nennkapazität bei einer Blei-Batterie,
1,1 = 85–110 Ah bei einer Lithium-Batterie.
Solarmodul-Typen
1. Rahmenmodule
Das Solarmodul hat einen festen Rahmen aus Aluprofilen, an dem es mit einer Halterung verschraubt und dann auf dem Dach installiert wird. Dank der Halter hat das Modul einen Abstand zur Dachfläche und wird dadurch hinterlüftet. Das sorgt dafür, dass sich das Modul im Vergleich zu einem direkt auf dem Dach aufgeklebten Panel bei starker Sonneneinstrahlung weniger aufheizt und damit auch weniger Leistung verliert.
Heizt sich ein Modul beispielsweise von 20 auf 60 Grad auf, verliert es etwa 20 Prozent an Leistung. Bezogen auf die Fläche und die Anschaffungskosten liefert dieser Modultyp den höchsten Stromertrag. Nachteil: Im Vergleich zu einem direkt aufgeklebten Modul ist es schwerer und baut höher auf. Hier gibt es mehr zu festverbauten Solarmodulen fürs Wohnmobil.
2. Flexible Module
Dieser Modultyp ist in der Regel nur wenige Millimeter dick und kommt meist dann zum Einsatz, wenn jeder Zentimeter Fahrzeughöhe eine Rolle spielt. Außerdem sind die Module oft biegsam und damit für gewölbte Dächer – etwa bei Campingbussen – besser geeignet. Ein weiterer Vorteil: Die Module sind im Vergleich zu Rahmenmodulen um einiges leichter und oft auch begehbar. Allerdings heizt sich dieser Typ bei hohen Temperaturen und direkter Sonneneinstrahlung stärker auf als ein hinterlüftetes Modell und verliert dadurch mehr Leistung. Hier gibt es den großen Vergleich: Was ist besser, flexible oder portable Module.
3. Portable Module
Mobile Module haben im Vergleich zu fest installierten Panelen den Vorteil, dass sie in die volle Sonne gestellt werden können und dort effizient arbeiten, während das Fahrzeug gleichzeitig im Schatten parkt. Außerdem lassen sie sich stets im optimalen Einfallswinkel zur Sonne ausrichten. So können die Module beispielsweise auch auf der Frontscheibe des Wohnmobils platziert werden und im Winter bei tiefstehender Sonne das Maximum an Leistung herausholen. Ein weiterer Vorteil: Mobile Module lassen sich von einem Fahrzeug zum nächsten wechseln oder können auch im Gartenhaus zum Einsatz kommen. Ihr Nachteil: Sie liefern meist nicht so hohe Stromerträge wie fest installierte Anlagen. Außerdem müssen sie eben immer wieder auf- und abgebaut werden und beanspruchen zudem Platz im Stauraum.
Was sind mono- und polykristalline Zellen?
Solarzellen bestehen aus einer hauchdünnen Schicht des Halbleiters Silizium auf einer Trägerfolie. Mehrere Solarzellen werden parallel oder in Reihe zu Solarmodulen zusammengeschaltet. Man unterscheidet zwischen amorphen, poly- und monokristallinen Siliziumzellen. Amorphe haben den geringsten, monokristalline den höchsten Wirkungsgrad.
Man unterscheidet zwischen Dick- und Dünnschichtzellen. Erstere gibt es mit mono- oder polykristallinem Aufbau. Sie werden meist mit Alurahmen und Glasplatte zu starren Modulen verarbeitet. Die monokristallinen Zellen sind mit 25 Prozent die effektivsten Sonnenlichtumwandler. Die polykristalline erreichen nur rund 18 Prozent Wirkungsgrad.
Bei den Solarmodulen kommen in der Regel Typen mit sogenannten monokristallinen Zellen zum Einsatz. Die Einzelzellen des Moduls bestehen hier aus einem zusammenhängenden Siliziumkristall. Im Vergleich zu polykristallinen Zellen, die aus mehreren Siliziumkristallen bestehen, haben sie einen höheren Wirkungsgrad, generieren also auf die Modulfläche bezogen mehr Leistung. Während der Wirkungsgrad polykristalliner Zellen bei etwa 15 Prozent liegt, kommen monokristalline Zellen auf Werte über 20 Prozent. Wegen allgemein gesunkener Modulpreise ist der Preisvorteil kaum noch ein entscheidendes Argument für polykristalline Module.
Polykristalline Zellen
An den polygonalen Flächen, die in unterschiedlichen Blautönen schimmern und teils an Eisblumen erinnern, sind polykristalline Zellen zu erkennen. Sie bestehen aus mehreren Silizium-Kristallen, die zu einem Block verwachsen sind und dann in Scheiben (Wafer) geschnitten werden.
Mittlerer Wirkungsgrad (ca. 15 %).
Mittlere Kosten.
Lange Lebensdauer.
Weniger effizient bei Schwachlicht.
Monokristalline Zellen
Einheitlich dunkelblau bis schwarz erscheinen die monokristallinen Zellen. Sie bestehen aus einem einzigen, in dünne Scheiben geschnittenen Silizium-Kristall. Die einzelnen Zellen sind dabei, wie bei den polykristallinen Zellen, mehr oder weniger quadratisch.
Höchster Wirkungsgrad (> 20 %).
Auch bei Schwachlicht effektiv.
Lange Lebensdauer.
Höhere Herstellungskosten.
CIS-Typ-Zellen
Dünne schwarze Längsstreifen sind charakteristisch für Module mit CIS-Zellen. Sie bestehen aus Kobalt-Indium-Diselenid, das als hauchdünne Schicht auf eine Trägerfolie aufgedampft wird. Eine Glasplatte schützt die Zellen auf beiden Seiten.
Unempfindlich gegenüber Teilabschattung.
Relativ hoher Wirkungsgrad (ca. 20 %).
Effizient bei Schwachlicht.
Höheres Modulgewicht.
Höhere Herstellungskosten.
Solarregler sorgen für aufbereiteten Strom
Im Prinzip könnte man das Solarmodul direkt an die Batterie anschließen, die effektive Ladeleistung wäre aber wenig zufriedenstellend. Darum sind die meisten Solaranlagen mit einem sogenannten Shunt- oder Serienladeregler ausgestattet, der den Ladestrom für die Batterie aufbereitet. Wichtig dabei: Der Regler sollte auf den Batterietyp einstellbar sein – neueste Geräte berücksichtigen bereits Lithium-Akkus und sehen auch einen Temperaturfühler für die Batterie vor. Außerdem muss der Regler zur Modulleistung passen, besser noch leistungsstärker sein, um später eventuell ein weiteres Panel nachrüsten zu können. Manche Regler sind obendrein mit einem zweiten Ladeanschluss für die Starterbatterie ausgestattet.
Für Solaranlagen, die das letzte Quäntchen Ladeleistung herausholen sollen, gibt es zudem sogenannte MPP-Laderegler (oder MPPT). Diese arbeiten nach dem Maximum-Power-Point-Tracking-Verfahren und liefern insbesondere dann mehr Ertrag, wenn Modul- und Batteriespannung weit auseinander liegen, also besonders bei kaltem Modul und leerer Batterie. In der Praxis ist ein spürbarer Mehrertrag aber nur dann zu erwarten, wenn man meist in kühleren Gefilden unterwegs ist und am besten Solarmodule mit 40 Zellen und damit höherer Spannung betreibt.
Im Internet finden sich Solaranlagen mit gleicher Modulleistung zu ganz unterschiedlichen Preisen. Bei der Auswahl sollte man bedenken, dass günstige Paneele oft nicht für den mobilen Einsatz ausgelegt sind und es auch bei Laderegler und Montagematerial große Qualitätsunterschiede gibt. Darum besser ein paar Euro mehr investieren, damit gilt: Einmal installiert, lange profitiert.
Die Zukunft der Solarzelle
Monokristalline Solarzellen auf Siliziumbasis erreichen Wirkungsgrade von bis zu 26 Prozent – und sind damit nicht mehr weit von ihrem theoretischen Maximum von 29 Prozent entfernt. Große Effizienzsprünge sind hier also nicht mehr zu erwarten. Forscher haben zwar sogenannte Konzentratorzellen entwickelt, die mittels einer optischen Linse das Licht bündeln und durch Stapelung von bis zu vier Solarzellen aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien sogar Wirkungsgrade von bis zu 46 Prozent erreichen. Die sehr hohen Herstellungskosten lassen solche Zellen aber nur für Spezialanwendungen wie Satelliten in Frage kommen.
Darum wird an Solarzellen auf Grundlage anderer Materialien geforscht, wie etwa auf organischer Basis, also aus Kohlenwasserstoffen. Diese organischen Solarzellen sind nicht nur günstig herzustellen, sondern auch in ganz unterschiedlicher Form einsetzbar, etwa als transparente Folie auf Fensterscheiben oder zu Kleidung verarbeitet. Der geringe Wirkungsgrad von maximal elf Prozent und die mangelnde Resistenz gegenüber Umwelteinflüssen bremsen noch die Verbreitung. Ähnliches gilt für die Farbstoff- oder Grätzel-Solarzellen. Wie bei Pflanzen mit dem Chlorophyll werden hier Farbstoffe wie etwa Titanoxid eingesetzt, um das Licht zu absorbieren. Auch hier locken günstige Herstellungskosten etwa durch Druckverfahren.
Das größte Potenzial wird zur Zeit aber den sogenannten Perowskit-Solarzellen zugeschrieben. Diese, 2009 erstmals als Solarzelle eingesetzte Stoffklasse hat innerhalb von 10 Jahren Forschung bereits eine Steigerung des Wirkungsgrads auf über 20 Prozent erfahren, weitere Fortschritte sind zu erwarten. Und dabei sind Perowskit-Zellen günstig in der Herstellung und flexibel einsetzbar. Das größte Manko ist noch die mangelnde Resistenz der Zellen gegenüber Sonneneinstrahlung und Feuchtigkeit. Besonders viel verspricht man sich auch aus Kombinationen aus Silizium- und Perowskit-Zellen.
