Eine kleine Solar-Anlage

Einige Zeit lief die Wind-Anlage recht zufriedenstellend. Dann kam der Sommer mit sehr wenig Wind. Einige Tage war es völlig windstill, die Anlage drehte sich überhaupt nicht. Als dann wieder Wind aufkam, lief die Anlage nicht los... Was war passiert? Ich kletterte mit der Leiter hoch (kein gutes Gefühl in 6m Höhe) und schaute mir die Geschichte an: Komisch, ein schwer gehender Punkt beim Drehen mit der Hand... Das heißt, Mast umlegen und die Sache untersuchen! Bei dieser schweren Konstruktion brauche ich wieder wenigstens drei Männer zur Hilfe!

Glücklicherweise drehte sich dann die Anlage wieder, aber ein komisches Gefühl blieb. Ich dachte schon lange über eine Solar-Unterstützung der Windkraft-Anlage nach, ich setzte mich an den Computer und recherchierte mal, was man da so machen kann...

Es gab Solar-Paneele mit 12V, max. 100W für unter 50€... Gleich mal ein Panel bestellt, mal sehen...

Und nach zwei Tagen war das erste Solar-Panel da! Sofort mit Voltmeter ran... Im Schatten schon 16V? Oh, da würden die 12V-Akkus ja schon Ladung bekommen? Probeweise einen kleinen Motor angeschlossen... Dreht wie verrückt! 2A Strom im Schatten von einem 100W-Panel? Im Schatten schon 24W? Erstaunlich!

Das Panel legte ich erst einmal provisorisch auf das Dach neben der Windkraft-Anlage, schaltete ein Watt-Meter zwischen Panel und Akku und bei Sonne kamen tatsächlich 70W rein! In den Akku flossen 5A bei fast 14V! Das ist doch was! Dagegen ist der Gewinn aus der Windkraft-Anlage lächerlich! Dabei war der Einstrahlwinkel noch nicht mal eingestellt, das Panel lag flach auf dem Dach!

Ich beschloss, auf Solar umzusteigen. Die Windkraft-Anlage bleibt stehen, so lange sie störungsfrei läuft. Mit einem Panel wird das natürlich nichts. Also noch drei gekauft, mit insgesamt vier Paneelen kann ich sicher schon Einiges anfangen.
Für mich stand fest, dass ich bei einer 12V-Anlage bleibe. Jetzt sind schon die beiden teuren Akkus gekauft, da muss ich nicht neu anfangen. Reihenschaltung der beiden Akkus kam nicht in Frage, die waren, trotz gleichen Typs, schon zu unterschiedlich verschlissen. Die Windkraft-Anlage sollte je auch mitarbeiten. Ein Fehler, wie ich später erst merkte.

Ein paar Dachlatten mussten für das Gestell herhalten. Vier Solarmodule sollten auf das Dach des Holzschuppens. Die Wind-Anlage steht noch, ich wollte sie auch lassen, doch es kam dann schnell anders...

Die Dachlatten-Konstruktion wurde mit Elaskon gestrichen, das Holz muss ja im Wetter aushalten. Leider waren sie nicht wirklich gerade. Aber es sollte ja erst einmal "provisorisch" werden, trotzdem starke Winde aushalten. Verschraubt habe ich die Konstruktion mit den Dachpfetten, alles gut abgedichtet.

Die alte Steuerung enthielt noch den Wind-Laderegler. So wird er jedenfalls bezeichnet. Ein "Laderegler" ist es nicht wirklich. Im Prinzip enthält er nur einen 3-Phasen-Gleichrichter und einen Überspannungs-Schutz. Bei über 14,4V wird der Generator kurz geschlossen und damit stark gebremst. Zum Schutz des Generators vor "überdrehen" und der Batterie vor Überladung. In Funktion war das nie, die Batterie hatte nie über 14,4V...

Dann kam die Störung des Wind-Generators wieder. Er stand still, obwohl leichter Wind wehte. Ich musste etwas unternehmen. Die Entscheidung fiel mir nicht leicht, aber stand dann fest: Weg mit der Windkraft-Anlage! Erstens wird Platz im Steuerungs-Kasten für einen MPPT-Solar-Laderegler und zweitens wirft der Wind-Rotor etwas Schatten auf die Solar-Paneele. Und nach der Störung musste ich ohnehin schauen.
Ich holte mir ein paar kräftige Männer ran und wir legten das Ding um...
Ich zerlegte alles wieder und schaute mir den Generator an: Tja, zu gut gemeint! Ich hatte die Magnete auf den Generator-Scheiben mit Silikonfett gut eingefettet, um sie vor Witterungseinflüssen zu schützen. Leider setzte sich durch die offene Bauweise auf dem Fett Staub ab, es war eine dicke und sehr feste Staubschicht auf den Magneten, sodass diese Pampe dann an den Spulen schliff und den Generator dadurch bremste. Diese Fett/Staub-Pampe konnte ich aber entfernen, nachdem ich den Generator zerlegt hatte...
Rotor und Generator tun übrigens jetzt im Schwarzwald ihren Dienst. In einer Gegend, wo wirklich viel mehr Wind als bei mir weht. Und dort funktioniert die Windkraft-Anlage sehr gut!

In den Steuerkasten kam nun ein MPPT-Solar-Laderegler mit max. 30A. Der Wind-Laderegler und der Kurzschluss-Schalter konnten raus. Am Laderegler steckt ein Temperaturfühler, um die Batterien korrekt zu laden. Trotzdem gefielen mir die Spannungen nicht, die in dem Laderegler voreingestellt waren. Da muss ich mal schauen, wie ich diese anpasse. Das muss dann die Praxis zeigen...

.

Da sind die vier Module auf dem Dach. Leider war die Konstruktion leicht schief, durch die verzogenen Dachlatten. So toll ist das nicht. Aber es sollte erst einmal ein Test werden. Stabil ist es und hält auch mal einen Sturm aus!

Diese Anlage hatte ich im Herbst 2019 fertig und lies sie auch über Winter so stehen. Insgesamt war der Test sehr erfolgreich. Im Winter war der Gewinn natürlich nicht sehr hoch. Teilweise war es so trüb, dass der Wechselrichter ein paar Tage gar nicht angesprungen ist. Waren die Batterien dann voll, kam durchschnittlich 1kWh rein (theoretisch 12V und 200Ah sind 2400Wh, also 2,4kWh möglich). Durch das kalte Wetter haben die Batterien natürlich nicht die volle Kapazität und so ist bei einer Batterieladung nicht viel mehr möglich. Durchschnittlich war aber der Ertrag bei knapp 1kWh/Tag im Winter.

Als dann der Frühling kam, wurde der Ertrag deutlich höher. Im April waren es 3kWh täglich! Ladeströme mit über 30A liesen den Solar-Laderegler mehrmals abschalten. Das hätte ich nicht erwartet! Jetzt ärgerte ich mich, dass ich bei 12V geblieben bin. Nur wegen des Wind-Generators, der schon nicht mehr existierte! Bei 24V hätte man nur die halben Ströme bei gleicher Leistung.

Ich musste auch feststellen, dass meine Verkabelung zu schwach für diese Ströme war. Ich musste hier unbedingt etwas unternehmen, denn ich wollte nicht, dass meine Holz-Hütte wegen eines zu schwachen Kabels abbrennt!

Es gab also noch einmal richtig Arbeit. Alle Kabel wurden entfernt und durch 16mm²-Kabel ersetzt. Auch die Verschaltung im Steuerkasten wurde komplett neu gemacht. Beim Umbau bemerkte ich, dass einige Klemmstellen schon ziemlich heiß geworden sind, gut, dass nichts passiert ist!

Dann musste ich feststellen, dass die Terminals am Wechselrichter auch schon mal thermischen Stress hatten, die Kunststoffteile waren angeschmolzen! Beim genauen Nachsehen erkannte ich, dass die Gewindebolzen aus Zink-Druckguss hergestellt waren! Obwohl sie golden glänzten! Naja, China-Ware! Dort sollen (500W/12V) über 40A drüber? Bei 10A fangen die schon an, heiß zu werden. Ich habe neue Anschlussbolzen aus Messing angefertigt und solide mit Kontaktscheiben am Wechselrichter verschraubt. Das sollte den Strom halten!

Da der Test insgesamt erfolgreich verlief, wollte ich die ganze Anlage neu installieren und erweitern. Ich kaufte ein paar Meter 40x40mm-Aluminiumprofil, zwei zusätzliche Solar-Paneele und einen Laderegler mit 60A. Der Umbau begann...

Aus dem Aluminium-Profil fertigte ich ein solides Gestell an. Der Neigungswinkel sollte in unseren Breiten etwa zwischen 40-50° liegen. Ich denke, am steilsten ist gut; die Module werden vom Staub abgeregnet und im Winter hat man etwas mehr Gewinn. Im Sommer ist ohnehin genug da...

Das Gestell kommt auf das Dach der Holz-Hütte. Diese steht mit der offenen Seite genau nach Norden, also die Himmelsrichtung passt. Eine Neigung von 50° sollte auch passen. Richtig solide befestigt und abgedichtet sollte die Solar-Anlage ein paar Jahre ohne Wartungsaufwand laufen.

Ordentlich verschrauben, die Kabel sauber verlegen. Das Ding soll dort ein paar Jahre stehen.

Mit einigen Kabelbindern wird alles sauber verlegt. Mindestens 16mm²-Kabel muss verwendet werden. Es fließen über 40A bei voller Sonne!

Hier der 60A-Laderegler. Im Sommer an einem Nachmittag. 37,6A kommen rein bei 13,6V (gute 511W). Das ist natürlich nicht schlecht. Zum Wechselrichter gehen 11,7A (knapp 160W), ins Netz ca. 120W. Der Wechselrichter hat einen schlechten Wirkungsgrad. Da muss ich mich mal umsehen, ob es da was Besseres gibt. Es sind mir auch schon zwei Wechselrichter regelrecht explodiert... Spannungsüberschlag an den internen Übertragern. Da haben die Chinesen gespart. Ansonsten sind die Dinger sicher, sofortige Abschaltung der Einspeisung bei Netzausfall und keine wilden EMV-Störungen. Aber so richtig solide sind sie nicht gebaut...

Da gibt es so lustige Zähler für die kWh, dusselig bunt, wie ich finde. Aber ein solcher Zähler sollte in die Netzleitung nach draußen. Damit man mal sieht, was man wirklich einspeist. Bisher hatte ich einen Zähler nur in der Niederspannungs-Leitung. Der zählt leider die Verluste des Wechselrichters mit. Also werde ich ein solches Teil einbauen. Mal schauen, ob ich die bunte Folie ausbauen kann...

Die bunte Folie raus! Es sieht so viel besser aus! Falls hier jemand rechnet und dann sagt, 229,2V und 0,9A ergeben doch keine 204W, der hat Recht. Das kleine Teil bewertet nämlich sogar die Kurvenform der Wechselspannung. Und die ist kein Sinus... Im Foto oben ist eine induktive Last dran, da liegt der Wert noch weiter daneben!

Und hier mein Stromzähler an einem sonnigen Sommertag. Der Wechselrichter speist mit 400W ein, der Verbrauch im Haus ist niedriger. Der Zähler zählt rückwärts! Auf das Foto klicken für das Video!

Das war dann erst mal der Steuerkasten komplett. Auf der Niederspannungsseite sind bereits 223kWh gezählt. Das war im Sommer 2020, der Laderegler ist noch der 30A-Typ. Ich habe dann nochmal umgebaut und verbessert.

Das ist nun der Unterverteilerkasten mit der gesamten Steuer- und Ladeelektronik. Eine MPPT-60A-Laderegler, ein Strom- bzw. Spannungsmesser in der Leitung von den Solarzellen, ein Leistungs-messer bzw. -zähler in der Niederspannungsleitung zum Wechselrichter, einer in der Netzspannungsleitung, dann der Wechselrichter selbst und noch eine fette Sicherung in der Batterieleitung. Auf der Rückseite sind die Shunts für die Strom- bzw. Leistungsmessungen. Und natürlich ein Hauptschalter in der Netzleitung. Das Ding läuft nun schon einige Zeit störungsfrei, bis auf den Strom- und Spannungsmesser in der Solar-Leitung! Von denen sind mir schon vier abgeraucht. Jedes Mal der 3,3V Linearregler auf der Platine. Ich habe das Problem aber mittlerweile gefunden. Morgens und abends, wenn wenig Licht ist, startet der kleine Prozessor da drinnen alle paar Sekunden neu und geht wieder aus. Nun ist ein Schwellwert-Schalter davor, der erst bei 9V einschaltet und bei 6V wieder aus.

Natürlich hat der Kasten einen Deckel mit guter Dichtung. Im Sommer wurde es da drinnen zu warm (der Wechselrichter hat Verlustleistung)! Ein paar 15mm-Bohrungen unten und oben, mit Gaze gegen Ungeziefer geschützt, hat das Problem behoben.

Etwas langwierig war die Einstellung der Spannungen für Einspeise-Beginn und -Ende. Zuerst hatte ich bei Beginn 14,4V drin, da sind die Batterien richtig voll und es kann dann los gehen. Leider war das zu hoch; im Sommer bei einer Einspeisung von über 40A ging dann die Spannung noch höher und das ist dann nicht gut für die Batterien. Ich stellte dann auf 14,0V, so funktionierte es besser. Abschaltung bei 10,5V war auch nicht gut, da hat der Wechselrichter schon abgeschaltet. Ich habe ein wenig experimentiert. Letztendlich muss ich im Winter und Sommer umstellen, eine ganzjährige Lösung habe ich noch nicht gefunden. Im Winter muss ich eher einschalten, bei dem geringen Licht werden die Batterien erst nach 2-3 Tagen voll.
Und eine Sache ist auffällig: Der Innenwiderstand der Batterien steigt sehr schnell! Nach einem Jahr sind die Batterien schon merklich schlechter geworden. Obwohl ich extra Solar-Batterien verwendet habe! Da muss ich mir mal eine Alternative überlegen.

Mittlerweile bin ich bei rund 600kWh eingespeisten Strom. Das in ca. 1,5 Jahren, davon ein halbes Jahr mit sechs Solar-Paneelen. Ich denke, 600kWh werden es durchschnittlich pro Jahr werden. Wenn die kWh rund 0,30€ kostet, spare ich rund 180,00€ Strom pro Jahr. Die Anschaffung (Module, Laderegler, Wechselrichter, Akkus, Alu-Profile, Kabel, Messgeräte und Kleinkram) kommt auf rund 700,00€. Somit sollte sich nach knapp vier Jahren gerechnet haben. Dann nur noch Gewinn..!

Falls ihr irgendwelche Fragen habt, könnt ihr mir gerne mailen. Ich versuche, nach bestem Wissen zu antworten! KLICK!

Zurück zur Bastelseite...

Copyright 2021, Heiko Künzel

Oranienbaum-Wörlitz/Sachsen-Anhalt