Reihen- oder Parallelschaltung bei Wohnmobil Solaranlage?
Was ist besser?

Besteht eine Wohnmobil Solaranlage aus mehreren Modulen, können diese auf unterschiedliche Arten miteinander verbunden werden.

Wir klären die Hintergründe verschiedener Empfehlungen und warum sowohl das eine, wie auch das andere seine Berechtigung haben kann – es „kommt eben drauf an.“

Reihen- und Parallelschaltung – Was ist der Unterschied?

Parallelschaltung

Bei der Parallelschaltung werden die Solarmodule Plus auf Plus und Minus auf Minus angeschlossen. Bei dieser Art der Schaltung

• addiert sich der Strom,
• die Spannung bleibt gleich.

Reihenschaltung

Werden die Solarmodule in Reihe geschaltet, werden sie Plus auf Minus verbunden. Strom und Spannung verhalten sich genau umgekehrt wie bei der Parallelschaltung:

• Der Strom bleibt gleich,
• die Spannung addiert sich.

Welche Variante ist die bessere?

Mit der pauschalen Aussage, dass die eine oder die andere Verschaltungsart die bessere wäre, würde man es sich ein bisschen zu einfach machen. Aber keine Sorge: Es gibt es ganz klare Kriterien, die dich sicher entscheiden lassen, was die geeignete Variante in deinem Fall ist.

Einer der wichtigsten Punkte dabei ist die Art der Solarmodule. Mit der Verwendung von Modulen, deren Leistungsfähigkeit dem aktuellen Stand der Technik entspricht, liegen einige Vorteile bei der Parallelschaltung.

Warum das so ist und die technischen Hintergründe, erfährst du im Folgenden.

Das Verhalten des Ladereglers bei verschiedenen Solarmodulen

Wie bereits erwähnt, addieren sich bei der Reihenschaltung die von den Modulen eingehenden Spannungen. Diese Gesamtspannung liegt dann am Eingang des Ladereglers an.

Verwendest du dabei leistungsstarke Solarmodule mit einer hohen Leerlaufspannung und schaltest diese in Reihe, übersteigt die anliegende Gesamtspannung schnell die Spannungsfestigkeit des Ladereglers.

Gängig sind Laderegler mit bis zu 100, 150 oder 250 Volt Eingangsspannung, wobei die Anschaffungskosten für Geräte mit mehr als 100 Volt signifikant höher sind.

Bei einigen unserer black tiger Solarmodulen z.B., wird die Spannungsfestigkeit von 100 Volt Ladereglern schon ab dem zweiten Modul überschritten. Hier können um, oder sogar über 50V Spannung pro Modul anliegen. Ein Laderegler mit 100V Eingangsspannung darf hier nicht für eine Reihenschaltung eingesetzt werden.

Klar, größer geht immer und so könnte man einen Laderegler verwenden, der mit einer höheren Eingangsspannung arbeiten kann, z.B. 150V. Diese Regler arbeiten aber auch mit Strömen von 35A am Ausgang und hier wird es richtig teuer. Im Prinzip investiert man ein kleines Vermögen, um eine Reihenschaltung zu ermöglichen, die einem in Kombination mit diesen Modulen nur sehr wenig Vorteil bringt.

Eingangsspannung durch Zusammenschließen erhöhen – warum trotzdem sinnvoll

Werden Solarmodule mit Leerlaufspannungen von vielleicht gerade mal 18 – 20 Volt eingesetzt, macht es Sinn, diese in einer kleinen Stückzahl (bis 100V Eingangsspannung) in Reihe zu schalten, um die eingehende Spannung zu erhöhen.

Dabei ist zu beachten, dass die Spannung mit abnehmenden Temperaturen aufgrund des negativen Temperaturkoeffizienten von Solarmodulen weiter ansteigt. Die Spannung steigt über den auf dem Datenblatt angegebenen Wert, wenn das Modul kälter als 25°C ist.
Leider hat man auch den gegenteiligen Effekt: Die Spannung sinkt bei Temperaturen, die die 25 Grad Marke übersteigen – typische Zelltemperaturen im Sommer sind 60 Grad Celsius und mehr.

Und was ist jetzt mit der Leerlaufspannung?

Unter der Leerlaufspannung versteht man die Spannung, die in einem Solarmodul anliegt, wenn kein Verbraucher angeschlossen ist. Es ist die maximale Spannung, die vom Modul kommend auftreten kann und ist damit das Kriterium für die Auswahl des Solarreglers.

Die Leerlaufspannung wird als U_oc in Volt (V_oc) angegeben und ist auf dem Datenblatt des Solarmoduls zu finden. oc steht für open circuit, also offene Klemmspannung.

Wozu braucht man die hohe Spannung noch?

Verlängerung des Ladezeitraums

Wie wir gerade festgestellt haben, braucht es, vom Solarmodul kommend, immer mindestens 5 Volt über Batteriespannung, damit wir überhaupt laden können.

Geht morgens nun die Sonne auf, steigt die Spannung relativ schnell an, je mehr sich die Sonne blicken lässt. Liefert das Modul eine insgesamt höhere Spannung bei voller Sonne, haben wir auch früh schon eine ausreichend hohe Spannung, um den Ladevorgang zu starten.

Genauso ist es am Tagesende. Die Sonne geht unter und wird immer schwächer, unsere Spannung sinkt – bei Solarmodulen mit insgesamt hoher Spannung, bleibt sie jedoch länger hoch genug zum laden.

Durch die hohe Spannung verlängert sich also die Zeit, die vom Tag für die Stromerzeugung genutzt werden kann.

Aber:
Spannung ist nicht alles. Man muss hierzu ganz klar sagen, dass es es nicht automatisch bedeutet, am Ende eine nennenswerte Menge speicherbaren Strom zu erhalten, wenn die Sonne hoch kommt und genug Spannung anliegt. Es kommt dabei auf mehrere Faktoren an. Die Spannung steigt recht schnell, auch bei schwacher Sonne / schlechtem Lichteinfallswinkel …

Wie groß der Vorteil des erweiterten Zeitfensters in der Praxis wirklich ist, lässt sich an dieser Stelle nicht in handfesten Durchschnittswerten beantworten.
Der Zugewinn ist in diesem Punkt aber tendenziell eher klein.

Weniger Leistungsverlust bei Teilverschattung

Schauen wir uns einmal die innere Verschaltung eines Solarmoduls an, denn auch die einzelnen Zellen müssen ja irgendwie zusammengeschlossen werden.

Wir arbeiten bei unseren black tiger Solarmodulen mit sogenannten Halb- oder Drittelzellen. Die bekannte, quadratische Form mit den gebrochenen Ecken wird dabei quasi durchgeschnitten. Eine einzelne Zelle hat dabei nur die halbe Leistung, die Spannung wird aufgrund einer inneren Reihenschaltung aber erhöht – je mehr Zellen oder Halb/Drittelzellen in Reihenschaltung zusammengeschlossen werden, um so höher ist die Spannung.

Eine Reihe schließt dabei jeweils eine der Hälften oder eines der Drittel mit ein. Die anderen Teile werden in jeweils eigenen, sogenannten Strings zusammengeschlossen.

Vorteil der einzelnen Strings

Besteht beispielsweise eine Reihenschaltung aus 40 Zellen (oder Teilen einer Zelle) mit dann ca. 52V_oc, kann diese Reihenschaltung in mehrere Segmente unterteilt werden. Die Segmente untereinander können wiederum mit einer sog. Bypassdiode überbrückt werden.

Das bedeutet:
Wird eine Zelle verschattet, fällt deren Reihe, bzw. die betreffende Hälfte oder das betreffende Drittel des Moduls aus. Da die anderen Teile aber von diesem String entkoppelt sind, können sie unabhängig weiterarbeiten.

Die Spannung sinkt zwar, aber selbst wenn von 50V Spannung nur noch 25 übrig bleiben, reicht dies in einem 12V System immer noch zum Laden aus.

Mit Solarmodulen die eine hohe Leerlaufspannung aufweisen, kommt man also selbst unter ungünstigen Umständen und in Einzelkonfiguration immer noch gut klar und kann in den meisten Situationen seine Batterien laden.

Vorteile der Parallelschaltung

Mehr Module können angeschlossen werden

Da die Spannungsfestigkeit des Reglers durch die Parallelschaltung nicht überstiegen wird, können in der Parallelschaltung mehr Module an einen Regler angeschlossen werden.

Module mit unterschiedlicher Stromstärke können verwendet werden

Soll die parallel geschaltete Solaranlage erweitert oder ein beschädigtes Modul nach einiger Zeit ersetzt werden, können auch Module von unterschiedlicher Stromstärke Verwendung finden. Bei der Parallelschaltung werden auch abweichende Stromstärken einfach addiert und bilden gemeinsam die Gesamtstromstärke.

Wichtig ist lediglich, auf eine gleiche Spannung zu achten! So können sogar Solartaschen als Top-Up eingesetzt werden.

Nachteil der Parallelschaltung

Die Parallelschaltung ist mit einer etwas aufwändigeren Verkabelung verbunden. Außerdem resultiert die höhere Stromstärke in einem breiteren, benötigten Kabelquerschnitt, was wiederum mit höheren Materialkosten verbunden ist.

Im Verhältnis zu einem größeren oder mehreren Ladereglern bei der Reihenschaltung, ist dies jedoch überschaubar.

Vorteile der Reihenschaltung

Weniger Leistungsverlust bei Teilverschattung

Ein kleines Rechenbeispiel dazu anhand der Fakten, die wir bereits kennengelernt haben:

Fällt durch Verschattung die Hälfte eines Solarmoduls aus, sinkt seine Spannung auf die Hälfte, ab. In der Reihenschaltung erkennt der MPPT Regler die Reduzierung der Gesamtspannung und arbeitet einfach mit dieser weiter.

In der Parallelschaltung dagegen addiert sich nur der Strom, nicht die Spannung. Wenn nun ein halbes Modul durch Teilverschattung ausfällt, kann es (bei Modulen mit geringer Leerlaufspannung, z.B. 18Volt), passieren, dass der Leistungsverlust das gesamte Modul und nicht nur die Hälfte betrifft, weil seine Spannung jetzt nur noch 9 Volt beträgt.

Fällt auch noch die Spannung des zweiten Moduls durch Teilverschattung um die Hälfte, kommt überhaupt kein Strom mehr rein, weil die übrig bleibenden 18 Volt nicht mehr über der „Anspringgrenze“ des Ladereglers liegen.

Wie wir sehen, ist dieser Vorteil jedoch theoretischer Natur, wenn man sich dazu entschließt, von vorneherein gute Komponenten zu verwenden und die Module eine entsprechend hohe Leerlaufspannung aufweisen.

MPP-Tracking bei Parallelschaltung und Teilverschattung

Auch wenn die Spannung noch ausreichend hoch ist, damit die Anlage läuft: Wir haben bei Parallelschaltung mit Teilverschattung zwei Module von unterschiedlicher Spannung. Der MPPT-Regler wird aufgrund dessen einen Mittelwert einregeln – irgendwo zwischen der Spannung des unverschatteten und der des verschtteten Paneels. Also weder das Optimum des einen, noch des anderen Paneels.

Damit verlieren wir etwas an maximaler Leistung und somit auch an Ertrag.
Dieses Problem besteht bei Reihenschaltung nicht.

Nachteil der Reihenschaltung

Der größte Nachteil der Reihenschaltung liegt wie wir bereits ganz zu Anfang festgestellt haben, in einem unverhältnismäßig hohen Preis für Regler, die mit einer hohen Eingangsspannung arbeiten können. Da eine hohe Leerlaufspannung der Solarmodule aber wünschenswert ist, ist hier oft schon bei wenigen Modulen Schluss, es kann nicht die gewünschte Zahl an Modulen zu einem guten Preis-Leistungsverhältnis zusammengeschlossen werden.

Reihen- oder Parallelschaltung? Vor- und Nachteile in aller Kürze

Vorteile von Solarmodulen mit hoher Leerlaufspannung

• Selbst mit nur einem Modul (oder einem übrig gebliebenen nach Beschädigungen / Defekten), kann die Anlage arbeiten – und das selbst bei 24V Systemen.
• Längeres Zeitfenster zum Laden, da die Spannung morgens und abends länger hoch genug bleibt.
• Fällt einer der inneren Strings des Solarmoduls durch Teilverschattung aus, ist die verbleibende Spannung immer noch hoch genug, damit die Anlage die Batterien laden kann.
  
  

Fazit

Es kann nicht pauschal gesagt werden „die eine Anschluss-Art ist gut und die andere ist schlecht“. Es kommt auf mehrere Faktoren an, die am Ende entscheiden, welche Anschlussart für dich und dein Fahrzeug optimal ist.

Wenn du unsicher bist oder generell Hilfe bei der Zusammenstellung einer elektrischen Anlage brauchst, die zu deinen Ansprüchen beim Reisen passt: Kontaktiere unsere Techniker, die dir gerne unverbindlich dabei helfen.

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Mit Camper oder Wohnmobil ist man vollkommen flexibel unterwegs, denn die Unterkunft ist da, wo man gerade parkt. Um bei der Auswahl des Übernachtungsplatzes aber nicht vom Vorhandensein eines Landstromanschlusses abhängig zu sein, möchten die meisten Camper sich unabhängig(er) von Ladesäulen auf Camping- und Stellplätzen machen. Nicht alle Möglichkeiten der Stromgewinnung auf Reisen sind jedoch gleich empfehlenswert.

Die mit Abstand beste ist die Energieerzeugung über Solar. Im Gegensatz zum Laden über die Lichtmaschine oder gar einen Generator, muss eine Solaranlage nur einmal angeschafft werden und erzeugt dann für viele Jahre völlig kostenlos Strom. Ein höherer Kraftstoffverbrauch beim Fahren oder gar das Verbrennen einer gesondert mitgeführten Kraftstoffmischung entfällt. Bei den derzeitigen Spritpreisen spart dies nicht nur Kosten, sondern ist natürlich im Sinne unserer Umwelt absolut vorzuziehen.

Solaranlagen verfügen im Verhältnis zu alternativen, nachhaltigen Methoden der Stromerzeugung (z.B. ein Windrad) zusätzlich über die beste Energieeffizienz.

Die Frage ist jedoch: Wie viel Solar braucht man und was kannst du von einer Solaranlage erwarten? Macht sie dich wirklich unabhängig von Landstrom und wie müsste sie dafür beschaffen sein? Muss auf große Energiefresser eventuell von vorn herein verzichtet werden?

Unsere beiden Produktentwickler / Techniker Martin und Lars, sind Spezialisten auf diesem Gebiet und selbst Camper mit Solaranlage. In der Praxis sammeln sie Daten, führen Tests durch und versetzen sich in unterschiedliche Anwendungsszenarien, um in Beratungsgesprächen auf Erfahrungen aus erster Hand zurückgreifen zu können.

Hier befassen sie sich damit, wie viel Solar man in welcher Situation braucht, bzw. was man von einem Solarpanel generell erwarten kann – und was nicht.

Wie viel Solar? So viel macht aus, wo du hinfährst

Auf den ersten Blick sieht die Energieausbeute pro Solarpanel sehr simpel aus. Auf dem Datenblatt stehen zum Beispiel 100 Wp – doch das ist gleich in mehrfacher Hinsicht nur die halbe Wahrheit. Es handelt sich dabei in erster Linie um einen Wert, der Solarmodule untereinander vergleichbar macht und herstellerübergreifend von immer gleichen Voraussetzungen ausgeht.

Wie viel Energie unterwegs tatsächlich durch das Panel in die Batterien fließt, ist von mehreren Faktoren abhängig. Einer der größten Einflussfaktoren ist dabei dein Reiseziel.

Globalstrahlung

Die Erdkrümmung ist einer der natürlichen Feinde der Solarenergie. Generell kann über eine Solaranlage am Äquator (mit mehr oder weniger senkrechter und längerer Sonneneinstrahlung) ungefähr dreimal so viel Energie erzeugt werden, wie z.B. in Nord-Norwegen.

Sogenannte Globalstrahlungskarten geben einen guten Einblick in die Lichtverhältnisse in unterschiedlichen Teilen der Welt. Wie viel Watt Leistung ein 100 Wp Solarmodul also wirklich am Ende bringt, schauen wir uns anhand einer solchen Karte im Folgenden einmal an.

100 Wp Solar im Vergleich – Norwegen, Frankreich, Portugal …

Was ist mit einem 100 Wp Solarpanel möglich und was nicht. Wir vergleichen Standorte und Reisezeiträume. Die Globalstrahlungskarte gibt dabei beeindruckende Erkenntnisse preis.

Norwegen

Sommer in Bergen, Norwegen: Mit der durchschnittlichen Sonnenenergie im norwegischen Bergen im Monat Juni, erzeugt ein 100 Wp Solarpanel (flach liegend montiert) eine tägliche Leistung von ca. 330 Wattstunden.
Zur Veranschaulichung der Energiemenge: Dieser Wert ist z.B. nicht ausreichend, um einen durchschnittlichen Wohnmobil-Kühlschrank zu betreiben, der mit ungefähr 400 – 500 Wattstunden pro Tag zu Buche schlagen würde.

Herbst in Bergen, Norwegen: Während der Energieertrag im Sommer zumindest in der Nähe des benötigten Energiebedarfs zum Betrieb des Kühlschrankes liegt, sieht es im September bereits anders aus. Zu dieser Zeit holt das 100 Wp Solarpanel nur noch ca. 120 Wattstunden pro Tag aus der eintreffenden Sonnenenergie heraus. Es sind also nun schon mindestens drei oder 4 Paneele dieser Größe notwendig, um nur den Kühlschrank betreiben zu können. Weiterer Energiebedarf noch gar nicht eingerechnet. Die kürzer werdenden Tage, geringere Lichtintensität und ein spitzerer Einfallwinkel des Sonnenlichts, machen einen enormen Unterschied.

Solarmodule aufstellbar machen

Gerade gegen den spitzen Einfallswinkel kann man natürlich etwas tun. Indem man das Solarpanel aufstellbar macht, richtet man es zur Sonne hin aus und optimiert damit im besten Fall den Winkel (falls deine Parksituation es hergibt).

Damit das aufstellbare Modul während der Fahrt stabil und windfest verankert bleibt, ist die Konstruktion allerdings mit einem nicht unerheblichen technischen Mehraufwand verbunden. Ob dieser sich lohnt, muss abgewägt werden. Martin und Lars nennen uns dazu Zahlen:

Im September in Bergen, liefert uns das 100 Wp Solarpanel bei einem Aufstellwinkel von 35° immerhin 170 Wh, statt liegend 120 Wh.

Im Dezember wird es dann jedoch haarig. Tatsächlich verdreifacht sich so hoch im Norden der Ertrag dank angewinkelter Positionierung fast. Doch weder 7 Wattstunden bei flachem, noch 20 bei aufgestellten Modulen, können für den Betrieb unseres Kühlschranks etwas sinnvoll bewirken.

Frankreich

Schauen wir uns einen anderen Breitengrad an und fahren nach Paris.

Im Dezember liegt der Ertrag des flach montierten 100 Wp Panels dort bei gerade mal 50 Wattstunden. Rechnen wir mit unserem Verbrauch von 400 Wattstunden für den beispielhaften Kühlschrank, bräuchte man tatsächlich 8 Solarmodule, nur um den Kühlschrank betreiben zu können. Mit einem Aufstellwinkel von 35°, verdoppelt sich hier die Leistung auf 100 Wattstunden pro Tag und wir kämen mit der Hälfte der Module klar.

Portugal und weiter südlich

In Lissabon reicht im Sommer ein einziges 100 Wp Panel völlig, damit der angenommene Kühlschrank arbeitet. 500 Wattstunden schickt die Solaranlage hier täglich Richtung Bordbatterie.
Doch auch so weit südlich müsstest du im Winter bereits 3 Panels auf dem Dach haben, damit der Kühlschrank weiterläuft. Es sind nun im Schnitt nur noch 150 Wp zu erwarten.

Als Faustregel gilt: Gerade Winterreiseziele sollten Richtung Äquator führen, wenn du so stromautark wie möglich durch Sonnenenergie sein willst. Doch Achtung, überquert man den Äquator, dreht sich dieses Prinzip natürlich um. In Kapstadt beispielsweise ist der Ertrag von September bis März am höchsten und in den Sommermonaten am niedrigsten.

Praxisbeispiele mit realistischem Solaranlagen-Setup

Um diesen theoretischen Rechenbeispielen einen mehr praktischen Bezug mit realistischen Umständen zu geben, schauen wir uns nun einmal zwei unterschiedliche Fahrzeuge an. Diese Setups kommen in unseren Kundenberatungen häufig vor und bilden daher eine gute Grundlage, um dich in einem davon wiederzuerkennen oder um gut auf dein eigenes Projekt umrechnen zu können.

Van mit Durchschnittsverbrauch von 1 – 1,5 KWh und 400 Wp Solar

Im Vanbereich trifft man häufig auf einen täglichen Durchschnittsverbrauch an Energie von 1 – 1,5 KWh. Das beinhaltet keine überdurchschnittlichen Verbraucher wie etwa elektrisches Kochen. Mit Kompressorkühlschrank, Druckwasserpumpe, Beleuchtung, dem Laden von Kleingeräten usw., ist man damit aber ziemlich auf der sicheren Seite.

Weiterhin sind 400 Wp Solar auf dem Dach eine realistische Größenordnung zum Aufbau auf dem Camperdach. Trotz Dachluken, Entlüftungspilz o.ä. bietet ein Van bei Verwendung effizienter Solarpanels normalerweise genug Platz zur Unterbringung von 400 Wp.

Wann und wo kann ich mit diesem Camper autark sein

Wie wir weiter oben gesehen haben, stehen wir bei 400 Wp Solar auf dem Dach damit im Juni in Norwegen mit 1320 Wattstunden ziemlich gut da (330 Wp x 4). Bedenken wir nun noch, dass Sommer ist und man viel Zeit draußen verbringt, man fast keine Standheizung braucht und durch die langen Tage auch wenig Beleuchtung, können wir davon ausgehen, dass uns dieses Setup ausreicht, um autark zu sein.

Im Dezember dagegen reichen nicht einmal in Portugal die dann 150 x 4, also 600 Wattstunden Ertrag aus, um auch nur annähernd autark zu sein. Wir müssten bei diesem Setup und Verbrauch schon Richtung Casablanca fahren, um nicht auf Landstrom angewiesen zu sein.

Expeditionsmobil mit Durchschnittsverbrauch von 2 – 3 KW und bis zu 1500 Wp Solar

Bei dem Platzangebot auf LKW Dächern, lassen sich gut und gerne mal 1000 – 1500 Wp Solar montieren. Doch auch der durchschnittliche Verbrauch ist in solchen Fahrzeugen aufgrund höherer Anforderungen seiner Besitzer im Allgemeinen größer. Ein durchschnittlicher Verbrauch spielt sich hier in Größenordnungen von 2 – 2,5 KWh ab – kommen eine kleine Waschmaschine, Elektroofen oder Induktionskochfeld dazu, auch mal bei 3 KWh pro Tag.

Bei 330 Wh x 10 Panels, liegt der Ertrag im Sommer in Bergen bei über 3 KWh pro Tag, womit dieses Expeditionsmobil frei von Steckdosen oder sonstigen Stromquellen autark stehen kann.

Doch selbst bei 1000 – 1500 Wp auf dem Dach UND dabei aufgestellten Solarmodulen: Im Dezember in Bergen wird man nicht einmal mit dem Durchschnittsverbrauch des Vans autark sein können. Zur Erinnerung: Gerade mal 20 Wh erreichen wir hier pro 100 Wp Solarmodul und Tag – bei 1000 Wp auf dem Dach also gerade einmal mickrige 200 Wh.

Was also tun, um im Winter autark zu sein

Die Solaranlage auf Extreme (Winter im Norden) optimieren zu wollen, macht tatsächlich keinen Sinn. Die benötigte Menge an Solarmodulen, die dafür notwendig wäre, ist auf einem normalen Reisefahrzeug einfach nicht unterzubringen. Das Laden über die Lichtmaschine während der Fahrt und einhergehend kürzeren Standzeiten, wird damit zu einem wichtigen Faktor.

Für Übergangszeiten, also Frühling und Herbst, sowie gemäßigt nördliche Breitengrade, macht die Anschaffung eines zusätzlichen Faltmoduls Sinn, das flexibel zur Sonne ausgerichtet mobil aufgestellt und mit dem Sonnenstand gedreht werden kann. Bei beispielsweise zusätzlichen 180 Wp, können Engpässe sehr gut aufgefüllt werden.

Möglichst viel Solarertrag – Das kannst du noch tun

Wie wir gesehen haben, ist einer der wichtigsten Faktoren bei der Frage, wie viel Solar man braucht, nur durch die Wahl unserer Reiseziele zu beeinflussen. Bei gleichbleibendem Verbrauch werden andere Einflussfaktoren zwar auch nicht den Winter in Norwegen autark machen können, doch wenn wir sie bei der Zusammenstellung unserer Solaranlage beachten, können wir gerade für die Übergangszeiten und Übergangsgeographie das möglicherweise entscheidende Quäntchen mehr herausholen.

Auf den Wirkungsgrad achten

Wir haben nur eine bestimmte Dachfläche zur Verfügung – es gilt, sie bestmöglich zu nutzen. Dafür sollte bei der Auswahl von Solarmodulen auf einen möglichst hohen Zellwirkungsgrad geachtet werden. Dieser gibt nicht die theoretische Gesamtleistung des Panels an, sondern wie leistungsfähig die einzelnen Zellen sind, bzw. wie viel Prozent von dem eintreffenden Licht tatsächlich von dem Panel in Strom umgewandelt werden kann. Ist der Wirkungsgrad höher, kann auf kleinerer Fläche mehr Strom produziert werden.

Temperaturkoeffizienten berücksichtigen

Die Temperatur beeinflusst ebenfalls die Leistungsfähigkeit eines Solarpanels. Während der theoretische Wert von 100 Wp von einer Temperatur von 25°C ausgeht, ist dieser Wert bei einem Spanienurlaub im Sommer absolut unrealistisch. Panel-Temperaturen zwischen 60 und 70 Grad sind völlig normal – und mit jedem Grad über 25, reduziert sich die Leistung des Solarmoduls.

Besonders betroffen von diesem Effekt sind flächig zu verklebende Modelle. Im Unterschied zu Modulen, die auf Solarhalteecken oder einem Dachträger montiert werden, fehlt ihnen die Unterlüftung, wodurch sie schlechter gekühlt werden.

Für beide Bauarten gilt: Achte beim Kauf auf einen niedrigen Temperaturkoeffizienten. Dieser mildert den Effekt ab und kann im Vergleich bis zu 25% mehr Leistung bei Hitze bedeuten.

Temperatur-Fun Fact:

Mit einigem Erstaunen erreicht uns manchmal die Frage, ob mit dem verbauten Solarpanel etwas nicht stimmt, da laut Systemüberwachung angeblich gerade mehr Leistung erbracht wird, als auf dem Datenblatt angegeben wird (beispielsweise 100 Wp).

Dies kann tatsächlich der Fall sein, wenn die hoch stehende Mittagssonne vom eisig kalten Winterhimmel scheint. Während die Leistung über 25°C abnimmt, darfst du dich (abhängig vom Einfallswinkel der Sonne), bei tiefen Temperaturen auch mal über mehr Leistung freuen. Die 100 Wp sind also nicht der Maximalwert, den das Panel liefern kann, sondern eben der Wert bei den durchschnittlich angenommenen, theoretischen Standardbedingungen.

Auf Trenndioden-Verschaltung achten

Bei einer teilweisen Verschattung ist häufig das komplette Panel nicht mehr leistungsfähig. Achte deswegen beim Kauf auf eine geschickte Verschaltung des Solarmoduls mit Trenndioden – damit können die in der Sonne befindlichen Zellen unabhängig weiter Energie produzieren.

black tiger Solarmodule wurden von uns auf die gerade genannten und weitere Punkte optimiert. Zusätzlich gewährleistet eine vollflächige Kupferbeschichtung auf der Rückseite höchste Ausfallsicherheit. Die hochwertigen Solarmodule gibt es in diversen Sonderformaten, um die vorhandene Dachfläche bestmöglich nutzen zu können.

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Einen Regler pro Panel verbauen

Ein MPPT-Regler kann nicht für mehrere Module gleichzeitig den optimalen Leistungspunkt bestimmen. Sind mehrere Module an einem einzelnen Regler angeschlossen, ist dieser gezwungen, mit einem Durchschnittswert zu rechnen. Um die bestmögliche Leistung aus jedem Modul herauszuholen, sollte jeweils ein eigener MPPT-Regler verbaut werden.

Fazit

Wie viel Solar man auf Camper oder Wohnmobil braucht, ist nicht nur vom persönlichen Stromverbrauch abhängig. Auch ist die Frage nicht allein anhand der auf den Modulen angegebenen Leistungsdaten zu beantworten, denn 400 Wp auf dem Dach bringen keinen definierten Ertrag.

Von den offensichtlichen Unterschieden bei Sonne oder Bewölkung einmal abgesehen, spielt die Lage der bevorzugten Reiseziele die größte Rolle bei der Dimensionierung einer Solaranlage.

Nutze Globalstrahlungskarten, um für gemäßigte Breitengrade und Übergangszeiten zu optimieren, denn Stromautarkie allein durch die Solarenergie anzustreben, ist bei extremen Verhältnissen (z.B. Winter im hohen Norden) nicht sinnvoll und lieber durch eine geschickte Mischung unterschiedlicher Arten der Stromerzeugung zu realisieren.

Unsere Experten helfen dir beim Zusammenstellen einer entsprechenden Anlage gerne weiter.

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Kabelquerschnitt berechnen –
Formel verstehen & Ergebnis beurteilen

Egal, ob du Strom für Geräte und Steckdosen im Camper verlegst, oder Zuhause: Den richtigen Kabelquerschnitt berechnen, ist dabei immens wichtig. Auf der einen Seite gehen in Zeiten steigender Kupferpreise unnötig dicke Kabelquerschnitte richtig ins Geld und bedeuten zusätzliches Gewicht, auf der anderen Seite stellt ein zu dünn gewähltes Kabel ein Sicherheitsrisiko dar.

Hier lernst du selbst zu berechnen, welcher Kabelquerschnitt genau passt und zu verstehen, warum – und aus welchen Gründen es trotz einer Vielzahl an Onlinerechnern wichtig ist, das selbst zu können. Außerdem beschäftigen wir uns damit, wie sich Temperatur und Verlegeart deiner Kabel auf die Stromtragfähigkeit eines Leitungsquerschnitts auswirken.

Hierzu stellen wir dir hilfreiche Tabellen zur Verfügung, welche du im PDF-Format ansehen, sowie herunterladen und ausdrucken kannst.

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Kabelquerschnitt ausrechnen – Der Spannungsabfall

Grundsätzlich ist ein Kabel ein Widerstand. Die von Plus- zum Minuspol durch das Kupfer fließenden Elektronen erzeugen Reibung und können nicht völlig ungehindert durch das Kabel strömen. Je länger und je dünner das Kabel, desto größer ist diese Reibung – der Widerstand wird also mit zunehmender Länge und kleinerem Querschnitt des Kabels größer.

Der Widerstand bewirkt zwei Dinge: Erstens, das Kabel erwärmt sich. Zweitens, ein kleiner Teil der anliegenden Spannung geht verloren. Diese verloren gehende Spannung wird als Spannungsabfall bezeichnet.

Den Spannungsabfall gilt es zu begrenzen. Nicht zuletzt hängt die Funktion vieler Geräte davon ab, dass ein gewisses Spannungsniveau gehalten wird.

Bei empfindlichen Geräten sollte der Spannungsabfall auf maximal 2% begrenzt werden (z.B. Ladegeräte, Solarregler ohne eigene Spannungsmessleitung). Bei unkritischen Geräten, wie etwa einer Lampe oder einer Wasserpumpe, kann man bis zu 4% Spannungsabfall in Kauf nehmen.

Spannungsabfall vs. Kabellänge

Das Kabel muss also dick genug sein, um den Spannungsabfall auf ein gewisses Maß zu begrenzen. Nun haben allzu dicke Kabel zwei echte Nachteile: Sie schlagen richtig auf den Geldbeutel und sind auch noch verdammt schlecht zu verlegen.

Um ein dünneres Kabel nehmen zu können, gibt es dabei nur eine Möglichkeit: Du musst die notwendige Kabellänge möglichst gering halten. Je mehr „Saft“ ein bestimmter Verbraucher zieht, desto wichtiger ist es, diesen möglichst nahe an der Batterie zu platzieren. Ein leistungsstarker Inverter mit 3000 Watt z.B., braucht schon nahe der Batterie ein dickes Kabel, sagen wir mal 70 mm². Bei einer Platzierung weit von der Batterie entfernt, müsste das Kabel also theoretisch NOCH dicker werden, was zu absurden Kabelstärken führt, sowie zu Kabelschuhen, die man kaum noch anschrauben kann usw. In der Praxis sind solche Anwendungen unbedingt zu vermeiden.

MERKE:
Je größer die Leistungsaufnahme des Verbrauchers, desto näher sollte sich der Einbauort an den Batterien befinden.

Die Leistung des Verbrauchers

Die dritte Komponente, die wir neben Spannungsabfall und Kabellänge zur Berechnung des Leitungsquerschnitts berücksichtigen müssen, ist (wie schon angedeutet), die Leistung des Verbrauchers.

Die Angabe der Leistung erfolgt in Watt (W).
Man kann die Leistung in vielen Fällen einfach auf dem Typenschild des Gerätes ablesen und in die entsprechende Formel einsetzen – auf diese kommen wir gleich zu sprechen. Zuvor klären wir aber noch, wie du Watt ausrechnest, wenn die Angabe NICHT auf dem Gerät zu finden ist.

Beispielrechnung: USB-Steckdose

Spielen wir nun einmal ein Beispiel mit einer Aufgabe durch, vor der jeder von uns einmal stehen kann: Der Einbau einer USB-Steckdose.

In unserem Beispiel geht es um eine leistungsstarke USB-Dose mit zwei Anschlüssen, die deine Geräte gleichzeitig mit jeweils 2 Ampere laden kann .

Legen wir los:

Auf der Packung oder dem Typenschild steht:

5 Volt (V) und 2 x 2 Ampere (A)

Die Formel zur Berechnung der Leistung hat jeder vermutlich schon irgendwann einmal gehört. Sie lautet

Leistung (P) = Spannung (U) x Strom (I)

Mit unseren Zahlen für die USB-Steckdose ist die Rechnung also

P = 5 x 2 x 2 = 20 W

Bei voller Belastung würde die Dose damit 20 Watt Leistung ziehen.

Wir gehen also insgesamt von 24 Watt Leistung aus, denn

20 W x 1,2 = 24 W

Mit wie viel Spannung rechnen im 12 V System

Bevor wir nun unsere Zahlen zum Kabelquerschnitt berechnen in die entsprechende Formel einsetzen, müssen wir uns noch damit auseinandersetzen, dass man auch in einem 12 Volt System nicht einfach immer mit 12 Volt rechnen kann.

Faustregel:
Man rechnet mit der niedrigsten Spannung, die im System auftreten kann, denn bei der niedrigsten Spannung ist der durch das Kabel fließende Strom am größten.

Wie niedrig kann also in einem Camper mit 12V System die Spannung werden? Das hängt damit zusammen, welche Akku-Technik im Einsatz ist. Eine normale Bleibatterie sollte man nicht unter 10,7V entladen, um bleibende Schäden zu vermeiden. Die meisten Unterspannungsschutz-Systeme schalten aus diesem Grund bei diesem Wert (einstellungs- und batterietypabhängig) auch ab.

Wie viel Strom fließt also in einem 12V System bei einer Leistungsaufnahme des Verbrauchers von 24 Watt: Um das auszurechnen, teilen wir Leistung (Watt) durch Spannung (Volt). Leicht festzustellen ist anhand dieser Rechnung, dass eine höhere Spannung automatisch einen geringeren Strom ergibt, also ist es genau richtig, den maximal fließenden Strom auszurechnen, indem wir von der geringsten Spannung ausgehen. In unserem Fall sind das

24 W : 10,7 V = 2,24 Ampere

Spannungsabfall einrechnen

Wie weiter oben bereits festgestellt, ist jedes Kabel ein Widerstand, auf dem uns ein bisschen Spannung verlorengeht. Nehmen wir an, wir möchten uns nicht mehr als 2% Spannungsabfall leisten. Die Rechnung lautet in diesem Fall

2% von 10,7V = 0,214V

Dieser Wert fließt gleich in unsere Rechnung mit ein.

Kabellänge einrechnen

Die Kabellänge setzt sich immer aus dem Hin- und dem Rückweg von der Batterie zum Verbraucher zusammen. Befindet sich der Einbauort der USB-Dose 3 m von der Batterie entfernt, benötigen wir 3 m Plus- und 3 m Minuskabel, die wir beide in die Berechnung mit einfließen lassen. In die Formel für den richtigen Kabelquerschnitt unserer USB-Dose setzen wir also einen Wert von 6 m für die Kabellänge mit ein.

Ein Sonderfall ist das Anklemmen eines Pluskabels von der Batterie zum Verbraucher, während Minus über eine Blechkarosserie abgeführt wird. Die Karosserie ist ein extrem dicker Leiter, weshalb wir einen Spannungsabfall von null annehmen. In diesem Fall wird nur die Länge der Plusleitung für die Berechnung herangezogen.

Leitfähigkeit des Kabels

Das verwendete Leitungsmaterial spielt ebenfalls eine Rolle, denn es gibt Kabel aus Alu, Kupfer oder Eisen, die alle eine unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisen. In aller Regel wirst du beim Verlegen von elektrischen Verbrauchern in deinem Camper jedoch Kabel aus Kupfer verwenden, denn alles andere hat im Reisefahrzeug-Ausbau eigentlich nichts zu suchen.

Das vereinfacht uns die Sache, da wir immer mit ein und derselben Zahl arbeiten können. In entsprechenden Leitfähigkeitstabellen ist der entsprechende Wert für Kupfer zu finden und beträgt 58 Siemens (der Wert kann in unterschiedlichen Tabellen leicht variieren, aber indem du dir einfach nur die Zahl 58 merkst, bist du gut beraten). Die 58 steht für alle Kupferkabel, die du jemals im Leben verlegen möchtest fest.

Kurze Zusammenfassung unserer ermittelten Werte

Kabellänge: 6 m
Strom: 2,24 A
Spannungsabfall: 0,214 V
Leitfähigkeit: 58 Siemens

Kabelquerschnitt berechnen – Die Formel

Kommen wir mit unseren zusammengetragenen Werten nun zur „Weltformel des Kabelquerschnitts“: Sie lautet

$$A=\frac{Kabellänge\times Stromstärke}{Leitfähigkeit\times Spannungsabfall}$$

und für unsere USB-Dose damit

$$A=\frac{6m\times 2,24A}{58\times 0,214V}$$

Achtung beim Rechnen mit Taschenrechner

Vergiss nicht, das Ergebnis aus der oberen Hälfte des Bruchs durch den kompletten Nenner zu teilen, sonst erhältst du ein falsches Ergebnis!

Rechne also erst 6 x 2,24 und tippe schon mal auf = , um das Ergebnis zu speichern. Tippe dann auf „Teilen durch“ und setze die Rechnung 58 x 0,214 in Klammern, um den korrekten Wert zu erhalten.

Kabelquerschnitt aufrunden

Unserem Ergebnis zufolge brauchen wir ein Kabel mit 1,082 mm² Kabeldurchmesser, um die USB-Dose sicher und mit der gewünschten Leistung, aber nicht zu teuer anschließen zu können.

1,082 mm² ist jedoch keine gängige Kabelgröße und in keinen Laden zu finden. Bei solchen Rechenergebnissen ist es völlig fachgerecht auf die nächste, gängige Kabelgröße aufzurunden. In unserem Beispiel wäre das eine Kabelstärke von 1,5 mm².

Zusammenfassung der Berechnung

Auch wenn wir jetzt viel geschrieben haben, reduziert sich das Ausrechnen des Kabelquerschnitts auf zwei ganz simple Schritte.

Zwei Zahlen kann man sich schon mal grundsätzlich merken, die bleiben immer gleich – nämlich 58 und 0,214. Das Ergebnis aus diesen beiden, 12,412 kann man sich einfach merken und rechnet dann immer einfach Kabellänge x Strom durch 12,412 und schon hat man den Kabelquerschnitt ausgerechnet.

Kabelquerschnitt Rechner

Wenn du dich nun fragst, warum du dir das alles hier überhaupt merken solltest, weil es hunderte Kabelquerschnitt Onlinerechner gibt:

Ja, man kann sich den Kabelquerschnitt ohne selbst auf x oder andere Rechenzeichen drücken zu müssen, von diversen Rechnern im Internet anzeigen lassen. Du solltest jedoch bedenken, dass es im Netz viele Rechner für viele verschiedene Anwendungsfälle gibt. Ist man nicht in der Lage selbstständig zu kontrollieren, was ein im Internet gefundener automatischer Rechner so tut und ob er ein passendes Ergebnis auswirft, sollte man sich darauf einfach nicht verlassen.

Selbstverständlich kannst du einen Onlinerechner benutzen und immer wieder verwenden, wenn er sich dein Vertrauen einmal verdient hat. Kontrolliere zu Beginn in ein oder zwei Stichproben das Ergebnis, um zu beurteilen, ob der Rechner für deine Zwecke taugt.

Was Onlinerechner ebenfalls nicht tun: Das Ergebnis in ein sinnvolles Verhältnis zu Verlegeart und Stromtragfähigkeit deiner Kabel zu setzen. Dies tun wir in den nun folgenden Abschnitten. Ein Grundlagenverständnis der Technik, das über die Sicherheit in deinem Reisefahrzeug entscheiden kann, ist deshalb besser als jeder Online-Konfigurator.

Kabelquerschnitt berechnen – Videoerklärung

Soweit noch einmal die bisherigen Schritte – erklärt von tiger Martin.
Vergiss nicht, dir gleich darunter noch die Korrekturschritte anzuschauen!

Korrekturschritte nach Kabelquerschnitt berechnen

Keine Sorge: Mit der Rechnung, die wir erstellt haben, ist alles in Ordnung und das Kabel von 1,5 mm² für die USB-Steckdose passt.

Es gibt jedoch noch zwei Schritte, die du beachten solltest.

Temperatur VS. Stromtragfähigkeit

Die Temperatur hat einen großen Einfluss darauf, wie viel Ampere Stromdurchfluss ein Kabel gefahrlos aushalten kann. Um herauszufinden, ob wir mit dem oben ausgerechneten Kabelquerschnitt auf der sicheren Seite sind, schauen wir zunächst in eine Stromtragfähigkeitstabelle, die uns die gewünschten Angaben liefert. Die komplette Tabelle kannst du hier anschauen und herunterladen.

Bei einem Kabel von 1,5 mm² ist laut Tabelle eine Stromtragfähigkeit von 24A bei 30°C und von 17A bei 50°C angegeben. Bei unserem errechneten Maximalstrom von 2,24 A sind wir damit bei Weitem im grünen Bereich.

Kabelquerschnitt vs. Kabel-Verlegeart

Tatsächlich macht es einen großen Unterschied, ob ein Kabel für sich allein irgendwo langläuft oder mit einigen anderen zusammen in einem Kabelkanal verlegt wird. Kabel werden warm und sind sie zu einem dicken Bündel zusammengefasst, wird es natürlich vor allem für die innenliegenden schwieriger, die Wärme loszuwerden.

Es gilt:
Je dicker das Bündel, desto größer das Temperaturproblem – logisch.

In deinem Camper macht es selbstverständlich durchaus Sinn, mehrere Kabel zusammenzufassen und schön geordnet durchs Fahrzeug zu führen. Wie sich dies auf die Stromtragfähigkeit unseres 1,5 mm² Kabels auswirkt, sehen wir in einer weiteren Tabelle, die du ebenfalls unter dem Downloadlink weiter oben findest.

In der Tabelle finden wir die Information, dass z.B. bei acht Kabeln in einem gemeinsamen Kabelkanal, die Stromtragfähigkeit der einzelnen Leitung um den Faktor 0,5 kleiner wird. Das bedeutet ein Kabel, das mit sieben anderen zusammen in einem gemeinsamen Kabelkanal verläuft, nur noch halb so viel Strom aushalten kann, als wenn man es frei verlegen würde.

In unserem Beispiel mit der USB-Dose heißt das allerdings: Selbst bei 50°C Umgebungstemperatur könnte das Kabel immer noch in einem Achter-Bündel im Kabelkanal verlaufen, denn es schafft alleine bei dieser Temperatur noch 17 A und die Hälfte von 17 ist 8,5, was immer noch wesentlich mehr ist, als unsere maximalen 2,24 Ampere.

Da die Auswirkungen von Verlegeart und Umgebungstemperatur jedoch keineswegs zu vernachlässigen sind, wollen wir uns noch ein anderes Beispiel anschauen.

Beispiel: Kabelquerschnitt bei leistungsstarkem Inverter

Große Inverter beispielsweise, die man etwa zum induktiven Kochen oder für den Betrieb eines starken Föhns braucht, ziehen ganz schnell mal 180 Ampere. Solche Stromstärken sind im 12 Volt System schon eine ganz schöne Belastung und auch mit entsprechender Hitzeentwicklung verbunden.

Unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls von max. 2% benötigen wir laut Formel ein Kabel von 14,5 mm² und runden auf 16 mm², also die nächste kaufbare Größe auf.

Ein Blick auf die Stromtragfähigkeitstabelle offenbart uns nun Folgendes:

Ein Kabel mit 16 mm² darf bei 30°C Umgebungstemperatur nur mit maximal 98 Ampere belastet werden. Das liegt WEIT unter den von uns benötigten 180. Steigt die Umgebungstemperatur weiter an, wird die Belastungsfähigkeit natürlich noch weiter sinken. Mit dem nach obiger Formel berechneten Kabelquerschnitt kommen wir also absolut nicht hin.

Laut Tabelle müssen wir für 180 Ampere Stromdurchfluss bei 30°C Umgebungstemperatur einen Kabelquerschnitt von mindestens 50 mm² verlegen. Mit einer maximalen Stromtragfähigkeit von 198 Ampere bei 30 Grad, ist aber auch nicht mehr viel Temperaturspielraum nach oben, weshalb wir in diesem Fall definitiv dazu raten, eine Schippe draufzulegen und das nächstgrößere Kabel zu verwenden. Wir sind nun bei einem Querschnitt von 70 mm², womit das Kabel 245 Ampere bei einer Temperatur von 30 Grad verkraftet. Erst jetzt sind wir bei einem sicheren Wert.

70mm² Kabel – in den Kabelkanal?

Bist du in deinen Berechnungen bei solchen Kabelstärken angekommen, erübrigt sich der Blick in die Verlegearttabelle. Ein Kabel dieses Querschnitts darf nicht zusammen mit anderen Kabeln verlegt werden, damit diese sich nicht gegenseitig erwärmen und die Stromtragfähigkeit sinkt.

Korrekturschritte – in welchen fällen wahrscheinlich notwendig

Kabel führen Wärme über ihre Oberfläche ab. Weil wir nun aber gerade Kabel, über die sehr viel Strom fließen soll, möglichst kurz halten wollen, wird dies zu einem Nachteil für die Wärmeabgabe.

Denke also vor allen bei leistungsstarken Verbrauchern, die zur Vermeidung eines großen Spannungsabfalls nahe an der Batterie verbaut werden, nach dem Berechnen des Kabelquerschnitts noch daran, in die beiden Tabellen zu schauen. Erst sie können dir zweifelsfrei sagen, ob das Kabel auch unter diesen Gesichtspunkten noch ausreicht und eine Brandgefahr damit ausgeschlossen werden kann.

Korrekturschritte – im video erklärt von tiger Martin

Fazit

Den Kabelquerschnitt berechnen ist gar nicht schwer, meist ist man mit einer einzigen kleinen Formel schon am Ziel. Und gerade weil es so einfach ist: Vertraue Online-Rechnern erst, wenn du wenigstens ein oder zweimal stichprobenartig kontrolliert hast, dass diese keinen Quatsch ausrechnen.

Denke bei leistungsstarken Verbrauchern auch unbedingt daran, dass die Formel zum Kabelquerschnitt berechnen nur die halbe Wahrheit sein könnte. Ein Blick in die Stromtragfähigkeitstabelle und die Berücksichtigung der Verlegeart sind hier Pflicht, um die Gefahr von Kabelbränden zu vermeiden.

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