Strombedarf und Stromertrag

Eine Modellrechnung für Fotovoltaikanlagen auf Bauwagen, Caravan und Hütten

Bedarfsabschätzung

Für die Dimensionierung einer Photovoltaikanlage ist als erstes der persönliche Bedarf abzuschätzen. Dazu werden einfach die Leistungen der einzelnen Verbraucher mit der Zeit multipliziert, die sie in Betrieb sind und dann summiert. Hier vier Beispiele von Bauwagen BewohnerInnen und WohnmobilurlauberIn
1.) Der/Die ArbeiterIn braucht täglich von 6 bis 7 und von 16 - 23 Uhr Licht, sitzt 2 H am Laptop und hört 4 h täglich Musik.
2.) Der/Die Punker/in braucht täglich von 16 - 3 Uhr Licht und hört 8 H volle Pulle Musik.
3.) Der Hippie braucht täglich von 16 - 24 Uhr Licht, pustet die ganze Zeit ins Didgeridoo(0Watt) und sitzt von Mai - Oktober am Lagerfeuer.
4.) Der/die UrlauberIn läuft häufig mit der elektrischen 12 Volt Gartenschere rum.

Typ	Brenndauer Lampe 10 W	Nutzung vom vom Fernseher oder Laptop 20 W	Nutzung vom Radio 5 W leise 15 W laut	andere Geräte	täglicher Gesamtverbrauch
ArbeiterIn	1 - 8 h	2h	4 h à 5 W	0	70 - 140 Wh
PunkerIn	5 - 11 h	0h	8 h à 15 W	0	170 - 230 Wh
Hippie	2 - 8 h	0	0	0	20 - 80 Wh
Caravan- urlauberIn	3,5 - 4,5 h	2 h	8 h à 5 W	80Wh	195 - 205 Wh

ArbeiterIn= 1, PunkerIn = 2
Hippie = 3 CaravanurlauberIn = 4

In der Tabelle und dem Schaubild sieht man deutlich den Unterschied während der Jahreszeiten und auch bezüglich der persönlichen Lebensumstände. Die Unterschiede bezüglich der einzelnen Monate ergeben sich aus der Sonnenscheindauer, die für die Einschaltdauer der Lampe erforderlich ist. Bei dem/der CaravanurlauberIn ergibt sich die Kurve aus der Urlaubszeit.

Ertragsabschätzung von Fotovoltaikanlagen

Demgegenüber sind in rot die Ertragskurven von 2 Photovoltaikanlagen einmal zu 50 Wp und einmal zu 80 Wp aufgetragen. Hinter beide Solarmodule ist ein Standardladeregler geschaltet. Verluste durch die Solarbatterie wurden mit 10% einberechnet. Die Solarmodule wurden unter einem Winkel von 55° und in Richtung Süden aufgestellt.Die größte Leistung einer Photovoltaikanlage erhält man über das Jahr gerechnet zwar bei einem Aufstellwinkel von 30°, allerdings wurden hier 55° gewählt, weil der Verbrauch in der dunklen Jahreshälfte am größten ist und der Ertrag in diesem Zeitraum unter diesem Winkel optimal ist. Für Caravan -UrlauberInnen gelten die grünen Kurven. Hier ist angenommen, daß das Solarmodul horizontal angebracht wird
Wenn man nun den Ertrag von größeren Fotovoltaikanlagen unter diesen Bedingungen wissen will, muß man den Ertrag um den gleichen Faktor erhöhen, um den der Leistungswert des Moduls erhöht wurde. Die Kurven haben jedoch nur statistischen Wert. Natürlich müssen bei dieser Berechnung die realen typabhängigen Batterieverluste berücksichtigt werden, ebenso wie z. B. der Einsatz eines hochwertigen MPP-Reglers die Leistung vor allem im Winter deutlich verbessert.

Vergleich von Bedarf und Ertrag

Man sieht in dem Schaubild, daß der/die ArbeiterIn bei einer 50 Wp Fotovoltaikanlage zwischen Anfang April und Anfang September mehr produziert als verbraucht. Im Dezember jedoch wird mit einer solchen Anlage von einem geschätzten Tagesbedarf von 140 Wh nur ca 25 Wh, also nur 17% erwirtschaftet. Bei einer 80 Wp Photovoltaikanlage sieht es im Dezember mit nur 40 % erzeugter Energie weiterhin recht dunkel aus, allerdings wird der Zeitraum Mitte März bis Ende September, in der "Überversorgung" eintritt größer. Eine weitere Verdoppelung der Anlagenleistung würde den Zeitrahmen der Überversorgung nur geringügig verbessern, weil in diesem Bereich des Graphenschnittpunktes der Leistungsanstieg oder -abfall pro Zeitintervall steil ist.

Tipp zur Selbstberechnung

Schätze den eigenen Verbrauch in den einzelnen Monaten ab.

Lege die Schaubilder unterschiedlicher Leistungen von Photovoltaikanlagen über diese Verbrauchskurven. Fange bei der folgenden Bewertung mit der kleinsten an und steigere die Leistungen.

Wenn bei der Leistungssteigerung dann der Fall eintritt, an dem eine vergleichsweise starke Erhöhung der Anlagenleistung das Zeitfenster mit "Überversorgung" nur noch geringfügig erweitert (oder anders ausgedrückt, wenn bei den Schnittpunkten der Leistungsanstieg oder -abfall "steil" wird) dann ist die optimale Kurve gefunden.

Man muß dann zwar in der dunklen Jahreszeit nachladen, aber man hat mit einem ökonomisch minimalen Aufwand ein hohes Maß an Stromversorgungsautarkie erreicht(nämlich den kompletten Sommer). Eine weitere Steigerung der Autarkie hätte überproportional hohe Kostenaufwendungen zur Folge.

Dimensionierung der Solarbatterie

Die Solarbatterie sollte so groß sein, daß damit eine typische Schlechtwetterperiode von 1 - 2 Wochen aufgefangen werden kann. Für den/die oben angenomme Arbeiter/in bedeutet das bei einem Energiebedarf (s. Bedarfsrechnungsbeispiel) von 10 Tagen x ca 110 Wh/Tag = 1100 Wh, (Wh heißt Wattstunden)davon muß jedoch der Betrag abgezogen werden, der bei Schlechtwetter eingespeist wird, im Winter sind das ungefähr 85% der durchschnittlichen Leistung, im Sommer nur 50%. Im Winter werden im schlimmsten Fall also nur 85% x 25 Wh = 21 Wh pro Tag erzeugt, macht in einer 10-Tagesperiode also 210 Wh, Es bleibt also insgesamt ein Bedarf von 1100 Wh -210 Wh = 890 Wh. Teilt man dies durch die Batteriespannung von 12 Volt erhät man eine Kapazität von ca.75 Ah (Ah heißt Amperestunden), die die Solarbatterie im schlimmsten Fall zu Verfügung stellen muß. Da eine Batterie niemals tiefentladen werden soll, dieser "worst-case" der 10-Tages-Schlechtwetterentladung nur manchmal eintritt ist in diesem Fall eine Entladung bis an die Tiefentladegrenze ( ca. 80% Entladung ) ok. Wenn eine "worst-case" Entladung 75 Ah beträgt, sollte die Batterie eine Kapazität von 75/0.8 = 94 Ah nicht untrerschreiten. Für den Sommer gleichen sich in dem Fall des Bedarfs der Arbeiterin bei leicht bewölktem Wetter Ertrag und Verlust aus.

Zu beachten ist noch daß eine Batterie möglichst nicht so häufig bis zur Tiefentladegrenze (Batteriespannung ca 10,8 Volt bei 20 °C) entleert werden soll. Davon hängt letztendlich auch ihre Lebensdauer ab. Entleert man eine Solarbatterie von z. B 100 Ah um 80 Ah auf 20% so kann man dies einige hundert mal machen, bis sie kaputt ist. Der Grund liegt meist in der Sulfatierung von Blei Säure Batterien. Eine Entleerung auf nur 80 - 90% kann man jedoch viele tausend Mal machen, bis die Solarbatterie zerstört ist. Dieses hängt natürlich entscheidend vom Batterietyp ab.( Positive Effekte kann man mit Batterieaktivatoren erzielen, die das Sulfat wieder in Säre überführen.) Standardmäßig ist für den oben beschriebenen Fall eine ca 100 Ah(c100) starke Batterie empfehlenswert. Bei der Selbstrechnung können sich jedoch aufgrund anderer Verbrauchsgewohnheiten andere Kapazitäten als sinnvoll herausstellen.

Wie oft muß ich im Winter nachladen?

Bleiben wir im oben beschriebenen Beispiel einer 50 Wp Anlage mit einer 110 Ah Batterie. Man muß für die Monate, in denen mehr verbraucht als produziert wird, die erzeugte tägliche Energie von dem täglichen Verbrauch abziehen.

Es ergibt sich z. B. für den Monat Dezember (Verbrauch (110 Wh) - Erzeugung (25 Wh))/ 12 Volt = 85 Wh/ 12 Volt = 7 Ah. Die Batterie wird also in 12 Tagen bis auf 20% entladen, muß also knapp 3 mal manuell aufgeladen werden.

Für den November und Januar ergibt sich: (Verbrauch (100 Wh) - Erzeugung (33 Wh))/ 12 Volt = 66 Wh/ 12 Volt = 5,5 Ah. Die Batterie ist also nach 16 Tagen zu 80 % entladen und muß somit 2 Mal im Monat aufgeladen werden.

Für den Oktober und Februar ergibt sich: (Verbrauch (90 Wh) - Erzeugung (65 Wh))/12 Volt = 25 Wh/12 Volt = 2 Ah. Die Batterie ist also noch nicht mal nach einem Monat zu 80 % entladen und muß somit nur einmal in 40 Tagen aufgeladen werden.

Bemerkung für CaravanurlauberInnen

Hier braucht man nicht unbedingt eine Photovoltaikanlage, die permanent den Gesamtbedarf deckt, obwohl das natürlich schön wäre. Es reicht aus, wenn soviel produziert wird, daß die Batterie bei einer Schlechtwetterperiode nach dem Urlaub noch nicht ganz leer ist. (Naja, bei Regenwetter fällt der Urlaub sowieso kürzer aus). Außerdem ist zu bedenken, daß die Modulleistung in südlicheren Gefilden erheblich höher als hier sein kann.

Preise........... Kontakt.......... zurück nach oben.......... Zurück zur Startseite.......... Ein Schritt zurück