Zuerst einmal ein kleiner Ausflug in die wunderbare Welt der Stromversorgung.
Die Elektriker können dieses Kapitel überspringen.
Beginnen wir für Sie mit einer
Dazu brauchen wir das Ohmsche Gesetz I = U / R.
Der Stromfluss I (in Ampere ohne Apostroph) ist das Ergebnis einer Spannung U (in Volt), wenn man einen Widerstand R (in Ohm) an die Spannungsquelle hält. Sie können keinen Stromfluss bereit stellen, er ist immer nur das Resultat von Spannung und Widerstand. Deshalb können Sie bedenkenlos auch an den 12-Volt-Ausgang eines Atomkraftwerks fassen: bei 100.000 Ohm Körperwiderstand fließen bei 12 Volt halt nur 0,12 Milliampere Strom. Ist die Stromquelle zu schwach (deshalb der Name Stromquelle und nicht Spannungsquelle) und der Widerstand bleibt gleich, bricht halt die Spannung ein (verringert sich).
Die Spannung sagt aus, mit welchem 'Gefälle' der Strom fließt. Je höher dieses Gefälle, desto geringer braucht der Stromfluss zu sein, um eine bestimmte Wattzahl (also z. B. Helligkeit beim Licht) zu erzeugen. Beim Fahrrad sind das normalerweise 6 Volt Wechselspannung. Diese geringe Spannung erfordert aber einen doppelt so hohen Strom, was die Verluste in den Drähten bzw. deren Dicke unnötig erhöht. Die größte Auswahl an Zubehör für Niedrigspannung gibt es im Automobilbau und dessen Spannung liegt bei 12 Volt. Diese Spannung ist noch harmlos und auf ca. 6 Metern Fahrzeuglänge sind die Verluste in den Leitungen noch zu verschmerzen.
Widerstand gibt es überall. Beantragen Sie mal etwas in einer Behörde. In der Elektrotechnik haben alle Teile einen Widerstand, selbst die Energiequelle. Der Widerstand bremst den Stromfluss und erwärmt dadurch das entsprechende Bauteil. Ein Akku, aus dem Sie zu viel Strom ziehen, wird warm, da er einen Teil der Energie an seinem eigenen Widerstand verliert. Die Einheit für den Widerstand ist das Ohm. Ein Widerstand hat dann den Wert 'ein Ohm', wenn bei einem Volt Spannung ein Ampere Strom fließt.
Arbeit und Leistung sind zwei verwirrend ähnliche Begriffe. Hier der Turboversuch einer Erklärung.
Als Arbeit (W für work
) im physikalischen Sinn wird die Menge an Energie (in Jule) beschrieben. Ein Jule ist die Energiemenge, die notwendig ist, um 100 Gramm einen Meter hoch zu heben. W = G × h → Jule = Gramm × Meter
Die Zeit spielt hierbei keine Rolle. Ob sie die Tafel Schokolade langsam oder schnell wieder auf den Tisch legen, ist dieselbe Arbeit!
Als Leistung (P für power
) wird eine Arbeit in einer bestimmten Zeit bezeichnet. Die Einheit hier ist W (für Watt).
P = W / t → Watt = Jule / Zeit
Wenn Sie also eine Arbeit in einer bestimmten Zeit verrichten, können Sie eine Leistung nachweisen.
Watt allgemein ist eine Leistungsangabe und ein Watt ist z. B. die Leistung, die nötig ist, um 100 Gramm in einer Sekunde einen Meter hoch zu heben. Oder auch im elektrischen Sinn. Mit einem Watt elektrischer Leistung können Sie in einer Sekunde 100 Gramm einen Meter hoch befördern.
Und das brauchen wir für die Fahrradelektrik. Die Leistung P (in Watt) ist das Produkt aus Spannung und Strom: P = U × I
Im AKW-Beispiel 12 Volt × 0,12 mA = 1,44 Milliwatt, die Ihr Körper an Energie aufnimmt.
Im Fahrradlampen-Beispiel: 3-Watt-Lampe, 6 Volt Wechselspannung = 0,5 Ampere Wechselstrom.
U = R × I → 1 Ohm × 0,5 Ampere = 0,5 Volt.
Von den 3 Watt Leistung gehen unterwegs P = U × I → 0,5 Volt × 0,5 Ampere = 0,25 Watt verloren.
Bei 12 Volt wären es nur noch 0,25 Ampere. (I = P / U → 3 / 12 = 0,25)
Nehmen wir weiters an, die Kabel hätten in beiden Fällen auf ihrer ganzen Länge ein Ohm Widerstand.
Von den 6 Volt fallen ja 0,5 Volt auf der Leitung ab und hinten kommen nur noch 5,5 Volt an. 1 - 5,5 / 6 × 100 = 8,33
Das sind 8,33 % Verlust!
Und bei 12 Volt nur 2,1 %! (1 - 11,75 / 12 × 100 = 2,08)
Deshalb ist es bei längeren Kabeln immer besser, 12 Volt zu verwenden, denn der Unterschied von 8,33 % zu 2,1 % ist enorm! Das ist ja auch die Verlustleistung in Watt! Vermeiden Sie daher, eine 6-Volt-Solaranlage mit 6-Volt-Akku, nur weil die Fahrradlampe 6 Volt hat! Es gibt inzwischen auch zugelassene 12-Volt-Lampen, außerdem ist die Dynamo-Bestimmung am Fahrrad ja eh gekippt worden. Und sowieso ist die Polizei ja eh schon heilfroh, wenn Sie anständig beleuchtet sind und niemanden blenden.
Bei der elektrischen Arbeit, die verrichtet wird, muss man die Zeitkomponente wieder herausrechnen. Bei den Watt geschieht das dadurch, dass man die Zeit, durch die ja bei der Leistung geteilt wurde wieder malzunehmen. Die Einheit ist Wattsekunde (Ws). Eine Wattsekunde = ein Jule!
Wenn sie einen Kieshaufen auf einen Laster schaufeln, ist es egal, wie lange sie dazu brauchen. Werden Sie hingegen für die Arbeit bezahlt, ist es dem Chef nicht egal, wie lange sie dafür brauchen; sie müssen den Kieshaufen in einer bestimmen Zeit aufladen und diese Leistung, die Sie dann erbringen, die lässt Sie schwitzen.
Um einen Akku zu laden ist eine bestimmte Arbeit nötig, in welcher Zeit diese Arbeit vonstatten geht, ist unerheblich1. Die Einheit hier ist jedoch die ↓ Wattstunde.
C steht für Kapazität (= Fassungsvermögen). Die Kapazität eines Akkus an sich wird in Wattstunden (Wh) angegeben und sagt, welche Energiemenge in einem Akku gespeichert ist. Eine Wattsekunde (Ws) ist ein Jule. In einer Wattstunde stecken demnach 3600 Jule Arbeit.
Bei vielen Rundakkus (A, AA, AAA; Mono, Baby, Mignon) ist jedoch die Milli2amperestundenzahl angegeben, weil man so mit hohen Werten protzen kann. 2700 mAh klingt halt besser als 3,24 Wh. Bei konstanter Spannung (fast alle ladbaren Rundzellen haben 1,2 Volt) ist die Angabe ja noch in Ordnung, aber unten im Beispiel Wattstunde wird klar, dass die Angabe wenig Aussagekraft hat.
Es gibt jedoch auch zwei Bezeichnungen, welche an Akkus stehen fürs Laden und Entladen; z. B. C20 oder 20C. Diese bedeuten Kapaziät (Wert 1) geteilt durch 20 bzw. 20 geteilt durch Kapazität (20 / 1 = 20). Bei einer Kapazität eines Akkus von 10 Wh dürfen Sie diesen nur mit 1/20 der 10 Wattstunden laden. Bei 12 Volt sind 1 × C = 0,83 Ampere (I = P / U → 10 / 12 = 0,83) und die durch 20 = 0,042 Ampere = 42 mA Ladestrom.
42 mA × 12 V = 0,5 Watt (klar, 1/20stel der 10 Wh) und dies mal 20 Stunden, trara, 10 Wattstunden.
Wegen der begrenzten Leistungsabgabe von Akkus wird oft die Einheit VA verwendet. Volt × Ampere = Watt. Bei ihr wird vorausgesetzt, dass einem die Tatsache mit dem begrenzten Stromfluss klar ist. 1 VA = 1 W (bei C20)
Kann eine Energiequelle eine Stunde lang ein Ampere Strom liefern, spricht man von einer Amperestunde (Ah). Bei, z. B., 10 Ah heißt dass aber nicht, dass man in einer Stunde auch 10 Ampere anfordern kann, ganz im Gegenteil. Bei einer Galvanischen Zelle (Batterie, Akku, also elektische Ladung gebunden in chemischer Energie) kommt man an diese Energiemenge oft gar nicht ran, bzw. die Batterie rückt so viel Strom gar nicht raus. Auch hier gibt es oft eine Angabe wie 10 Ah bei C20. An die 10 Amperestunden Ladungsmenge kommen Sie nur, wenn sie max. 0,5 Ampere aus der Zelle anfordern. Überschreiten Sie den Wert, verringert sich auch die Kapazität, da der überzählige Energiewert in Wärmeenergie umgewandelt wird. (Daher auch der Begriff Brennwert
für Jule bzw. Kilokalorien.)
Bei der Kapazität einer Zelle ist meistens die Bedingung C20 angegeben und falls nicht wird C20 vorausgesetzt. Das bedeutet: Hat die Zelle eine Kapazität von 10 Ah, so hat sie diese angegebene (aufgedruckte) Kapazität nur, wenn man die Zelle mit 1/20 der Kapazität als Stromfluss entläd. Bei 10 Ah sind das 20 Stunden zu 0,5 Ampere. Ist der Stromfluss höher, verringert sich die Kapazität. Bei 1C ist sie oft nur noch 1/5 der Nennkapaziät oder weniger. Es ist also eine Illusion zu glauben, man könne 6 Minuten lang 100 Ampere aus einem 10-Ah-Akku saugen (oder 36 Sekunden 1000 Ampere). Verhindern tut dies die chemische Reaktionsträgheit der Zelle, die als sog. Innenwiderstand nach außen hin messbar ist.
Für das Laden eines Akkus ist oft nur ein Ladestrom in C angegeben. Das wird so gemacht, da der maximale Ladestrom vom Akkutyp abhängig ist und für viele Kapazitäten gilt. Bleiakkus, z. B., werden ganz langsam geladen mit C20, LiPo-Akkus hingegen können mit 1C geladen werden oder 2C beim Schnellladen. Der Grund dafür ist, dass die elektrische Energie erst in chemische umgewandelt werden muss und das dauert je nach Chemie eine Zeit. Überschreitet man diesen Ladestrom/unterschreitet die Zeit, wird die elektrische Energie, die nicht in chemische umgewandelt werden kann, in Wärmeenergie umgewandelt; der Akku erhitzt sich/platzt evtl. irgendwann. Bei vielen Akkutypen ist es obendrein so, dass die Umwandlung gegen Ende der Ladezeit immer schwieriger wird und der Ladestrom immer mehr reduziert werden muss. Das C muss ja gleich bleiben und ein leerer Akku hat eine niedrigere Spannung als ein voller. Daher muss, je höher die Spannung ist, der Strom immer geringer werden und bei Erreichen der Nennspannung (Bleiakku 13,6 Volt) der Strom bei 0 Ampere liegen.
Kaufen Sie ein gutes Ladegerät, sonst ruinieren Sie sich die Akkus.
Bei einem alten Nickel-Cadmium-Akku habe ich neulich gelesen: 1,2 Volt, 700 mAh. Laden mit max. 70 mA über 17 Stunden. Eigentlich sollte er nach 10 Stunden schon voll sein (also C10), die restlichen 7 Stunden sind also reine Ladeverluste (41 %!)
Die Leistungsangabe in Ah anzugeben ist schlicht Augenwischerei. Ohne der Spannungsangabe ist eine Ah-Angabe witzlos. Nehmen wir an, ein Fahrradakku für ein Pedelec wird mit 16 Ah angepriesen mit dem Versprechen, man komme damit 40 km weit (wahrscheinlich vom Brennerpass runter nach Sterzing mit Rückenwind und Eisglätte).
Gibt man hingegen die Kapazität in Wh an, ist klar, wie weit man kommt.
12 Volt × 16 Ah = 192 Wh = 20 km (10 Zellen × 1,2 Volt/4 Ah × 4 Reihen) 40 Akkus × 62,5 Gramm = 2,5 kg
24 Volt × 16 Ah = 384 Wh = 40 km (20 Zellen × 1,2 Volt/4 Ah × 4 Reihen) 80 Akkus × 62,5 Gramm = 5,0 kg
48 Volt × 16 Ah = 768 Wh = 80 km (40 Zellen × 1,2 Volt/4 Ah × 4 Reihen) 160 Akkus × 62,5 Gramm = 10 kg
192 Wh geteilt durch 250 Watt (Motorleistung) = 0,768 Stunden. Dies genommen mal 25 km/h (Pedelec-Geschwindigkeit) sind 19,2 Kilometer Reichweite. Und jetzt kommt natürlich noch die Tatsache ins Spiel, dass man aus einem 16-Ah-Akku in 46 Minuten (0,768 Stunden) keine 20,83 Ampere ziehen kann. Und jetzt kann sich jeder überlegen, wie weit er wirklich damit kommt…
Zugutehalten muss man dem Entfernungswert, dass Sie ja mittreten müssen und dadurch noch einmal 100 Watt ins Rad stecken und für die 20 km Strecke vielleicht mehr als 46 Minuten brauchen, da ein Hobbyradler selten einen 25er Schnitt3 fährt. (Meine Fahrzeit von München nach Altenerding (34 km), 1 Stunde, 9 Minuten = 29,5er Schnitt – ohne Strom).
Mit meinem E-Bike (45 km/h, Gesamtgewicht mit mir: 120 kg) komme ich von München nach Pfeffenhausen (bis Moosburg flach, dann bergig) in 2,5 Stunden (85 km). Das entspricht einem Schnitt von 34 km/h. An Bord habe ich 2 × 16-Ah-Akku bei 24 Volt = 768 Wh. Zusätzlich stecke ich noch 100-200 Watt Tretleistung ins Rad. Es war bei Ankunft noch Ladung in den Akkus, ich wäre evtl. sogar 100 km weit gekommen. Rechnen Sie mal realistisch mit 1000 Wh für 100 km (10 Wh/km) oder Sie nehmen ein leichteres Rad. Meines hat ein Leergewicht von 32 kg; dazu kommen Motor und Akkus (8 kg) und – der dickste Brocken – ich (80 kg).
Der Blei(-Gel)-Akku hat den Vorteil, dass er ca. 12 Volt Spannung liefert und viele Elektrogeräte für diese Spannung gebaut sind. Der Grund sind Auttobatterien, welche ebenfalls Bleiakkus sind. Die Nachteile sind das hohe Gewicht, die hohe Ladezeit und der geringe Entladestrom (wenn man die Kapazität ausschöpfen möchte). Bei hohem Entladestrom muss man einen unnötig großen und schweren Akku transportieren.
Der Cadmium-Typ hat eine lange Liste von Nachteilen und sollte gar nicht verwendet werden.
Der Metallhydrid-Typ ist hochstromfähig, hat 1,2 Volt Spannung pro Zelle (10 Zellen = 12 Volt) und ist preisgünstig. Nachteil: eher hohes Gewicht und aufwändige Laderegelung.
Der Lithium-Ionen-Typ (Li-Io) ist ebenfalls hochstromfähig und leichter als die anderen Typen. Nachteilig ist die Nennspannung, die entweder nur 11,2 oder 14 Volt betragen kann. Die Laderegelung ist noch aufwändiger als beim Metallhydrit-Akku und ist bei verpackten Zellen bereits auf einer eigenen Platine im Gehäuseinnern verbaut. Auf dieser Platine sind auch die Ladeparameter für jede einzelne Zelle programmiert; man kann also nicht einfach eine defekte Einzelzelle gegen eine andere austauschen. Diese Akkus haben vier Anschlüsse; zwei zum Laden und zwei zum Entladen. Der Vorteil hier ist, dass man an die Ladeanschlüsse einfach eine Spannung anlegt, den Rest erledigt der Akku.
Lithium-Polymer-Akkus (LiPo) haben pro Zelle einen eigenen Ladeanschluss, einen gemeinsamen Entladeanschluss und eine Masseleitung. Die Laderegelung erfolgt über ein Spezialladegerät. Zur Benutzerseite hin schließt man an das Ladegerät aber wieder einfach nur Spannung an und sorgt für einen genügend hohen Stromfluss. LiPos sind hochstromladefähig bis 10C. Ein 2-Ah-Akku kann also mit bis zu 20 Ampere geladen werden, was bei 12 Volt 250 Watt und 6 Minuten Ladezeit entspricht.
Solarflächen haben als Kenngrößen eine Nennspannung und eine Spitzenleistung. Eine Solarfläche liefert weder konstanten Strom, noch konstante Spannung! Eine Solarfläche liefert nur elektrische Energie, die obendrein auch noch von der Sonnenscheinstärke abhängig ist.
Die Nennspannung ist z. B. 12 Volt. Das heißt aber nicht, dass die Solarfläche diese Spannung auch liefert! Bei dieser Spannung hat sie lediglich die höchste Energieausbeute. Bei geringem Stromverbrauch kann die Spannung auch gerne mal 20 Volt und mehr betragen! Scheint die Sonne nur schwach fällt die Spannung auch schon mal auf 3 Volt ab. Ein Akkuladen ist so gar nicht möglich!
Wp meint Watt Peak
, also die (theoretische) Spitzenleistung des Solarmoduls in Watt.
Ein 30-Wp-Modul liefert in Deuschland bei voller Sonneneinstrahlung ca. 17-20 Watt Energie. Dazu kommt die durchschnittliche Sonnenscheindauer von 6 Stunden täglich. Sie können also am Tag 6 × 20 Watt = 120 Watt ernten
. Darin stecken 0,125 kW/h Leistung. Bei 25 Cent/kW/h haben Sie 3,1 Cent am Tag mit der Solarfläche verdient
. Rechnen Sie das mal auf den Preis der Fläche hoch, dann wissen Sie, wann sich die Fläche rechnet. Bei 200 € Solarflächenpreis sind das 6400 Tage oder 17,5 Jahre.
Die Solarfläche hat eine Maximalspannung, die sie im Leerlauf erreicht (also ohne nennenswerten Widerstand = Unterbrechung). Hier fließt kein Strom und daher hat man auch keine Leistung. Hält man ein Spannungsmessgerät (Multimeter
) an eine Solarfläche bei vollem Sonnenschein, erhält man die Leerlaufspannung.
Der entgegengesetzte Fall ist der Kurzschlussfall:
Schließen Sie die Solarfläche nun kurz (Nagel etc.), kann ein sehr hoher Strom fließen. Nehmen wir an, an dem Nagel fällt eine Spannung von 0,1 Volt ab, dann fließt (theoretisch) ein Strom von 200 Ampere bei 20 Watt. Durch die fehlende, bzw. zu geringe Spannung haben Sie aber nichts davon.
Den Kurzschlussfall schaffen die dünnen Drähte im Solarmodul ohnehin nicht; sie erhitzen sich und geben die Energie schon im Modul als Wärme ab, bis die Solarfläche vorne am Anschluss durchbrennt. Deshalb ist eine Sicherung möglichst nah am Modul nicht schlecht. Die Angabe auf einer Sicherung ist immer in Ampere angegeben und so errechnet man diese Amperezahl:
Sie richtet sich nach der Nennspannung und der Spitzenleistung: I = U2 / P → 122 Volt / 30 Watt = 4,8 Ampere, also nimmt man eine 5- oder 7-Ampere-Sicherung; bei diesem 12-Volt-Solarmodul gleich eine aus dem KFZ-Bau. Aber auch eine Feinsicherung mit 250 Volt ist geeignet. Die Spannungsangabe sagt nur, für welche Höchstspannung die Sicherung geeignet ist. Da auch am Sicherungsdraht eine winzige Spannung abfällt, entsteht in der Sicherung Wärme. Ein 10-Ampere-Sicherung bei 220 Volt wird sich bei Volllast auf jeden Fall erwärmen; nimmt man statt dessen eine (ungeeignete) Sicherung für 12 Volt, wird bei dieser das Gehäuse schmelzen; außerdem besteht die Gefahr eines Spannungsüberschlages im Innern des Sicherungskörpers, nachdem die Sicherung durchgebrannt war.
Und irgendwo zwischen Kurzschluss und Leerlauf ist eine Balance erreicht, bei der die Solarfläche die höchste Leistung abgeben kann. Dies ist die sogenannte Nennspannung. Die einzelnen Solarmodule auf der Solarfläche werden daher so angeordnet, dass dieser maximale Ertrag entweder bei 6, 12, 24 oder mehr Volt liegt, je nach Verwendungszweck.
Das einzelne Modul erzeugt z. B. 2,4 Volt, dann werden für eine 12-Volt-Fläche 5 Module in Reihe geschaltet (5 × 2,4 = 12). Um die Leistung zu erhöhen, werden nun so viele dieser 5er-Reihen parallel geschaltet, bis der gewünschte Wert erreicht ist. Bei Solarfarmen arbeitet man mit möglichst hohen Spannungen, um die Verluste in den Drähten und die Drähte dünn zu halten. Dort können alle 50 Module (Anordnung 5 × 10) auch schon mal in Reihe geschaltet sein zu 120 Volt und vier Panele werden ebenfalls in Reihe geschaltet, so dass man 480 Volt transportiert. Drum klaut man untertags keine Solarpanele von einer Solarfarm!
Wegen der Spannungsschwankungen der Solarzelle ist ein nachgeschalteter Solarregler erforderlich. Für alle Solarrgeler gilt: Der Regler muss für die Solarzellennennspannung passen. (Die daraus folgende Spitzenspannung = Leerlaufspannung verkraftet er dann automatisch).
Wenn Sie mit dem Rad und einer Solarfläche unterwegs sind und Sie auch unterwegs laden, wird die Solarfläche jedoch häufig abgeschattet (Bäume, Brücken, Häuser). Nicht jeder Akkutyp verträgt diese ständigen Ladeunterbrechungen. Es kann daher notwendig sein, einen Pufferakku dazwischen zu schalten, der diese kurzfristigen Unterbrechungen überbrückt. Blei-Gel-Akkus kann man z. B. auch gut mit Unterbrechungen laden. Li-Pos schon weniger.
Es gibt mehrere Typen von Solarreglern:
Er (hier: Typ 7812 für 12 Volt) sorgt für eine konstante Spannung und schützt dadurch die nachgeschalteten Geräte vor Überspannung. Das gezielte Laden eines Akkus ist damit nicht möglich, denn der Spannungsregler sorgt nur für eine gleichmäßige Spannung, begrenzt aber den Strom nicht und trennt den geladenen Akku auch nicht von der Spannungsquelle. Allerdings könnten Sie einen Notebook-Akku damit laden, da dieser ja sein eigenes (eingebautes) Ladegerät mitbringt, außer er verträgt keine ständigen Unterbrechungen beim Laden; erkundigen Sie sich!
Er verwaltet die Ladung eines nachgeschalteten Akkus – üblicherweise eines Bleiakkus. Spannung, Laderegler und Akkutyp müssen zusammenpassen. Dieser Regler sorgt für eine optimale Energieausbeute, denn an den Akku kann man direkt wieder Verbraucher schalten. Ein einfacher Laderegler hat vier Anschlüsse, zwei für die Solarfläche und zwei für den Akku. Die guten Geräte haben sechas Anschlüsse; an den Anschlüssen fünf und sechs werden die Verbraucher angeschlossen. So kann der Akkustrom unabhängig vom Verbraucherstrom geregelt werden.
Beim Solarladeregler tritt der Akku sowohl als Stromverbraucher auf, als auch als Stomanbieter:
Dies ist ein eigenes Gerät mit eingebautem Akku, einem Solarflächenanschluss, Ladeanzeige und Stromausgängen für verschiedene Spannungen, evtl. gleich mit Akkuladegerät für Rundzellen.
Das Watt's up ist ein Leistungsmessgerät für Kleinspannungen. Es misst Spannungen bis 60 Volt und Ströme bis 60 Ampere (gleichzeitig) und es zeigt auf seinem kleinen Display, Stromfluss (max.), Spannung (max.), Leistung (in Watt, + max.) und Arbeit (in Wattstunden) an. Mit der Wattstundenanzeige vor dem Akku kann man nun gut erkennen, wie viel Ladung der Akku bereits abbekommen hat, also seinen Ladestand bestimmen. Mittags (Sommerzeit = 13 Uhr) sollte der schon zu 50 % voll sein. Der Watt's up hat auch einen Anschluss für einen Rückstelltaster. Wird die Spannung unterbrochen, sind alle Werte gelöscht.
Es gibt noch ein ähnliches Gerät, dass diese Werte auf einer SD-Karte speichern kann.
Die Leistung der Solarfläche und die Kapazität des/der Akku(s) müssen in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Rechnen sie nicht mit mehr als 6 Sonnenstunden (außer vielleicht in der Sahara) und berechnen Sie auch Regentage mit ein (außer in… Sie wissen schon). Die volle Leistung der Solarfläche erhalten Sie nur in der Mittagszeit, also 2-4 Stunden lang, die restlichen 10-12 Stunden liefern nur so viel Energie, dass es den restlichen 4-2 Mittagsstunden entspricht; so kommt dieser Rechenwert von 6 Sonnenstunden pro Tag zustande.
Sinkt die Helligkeit unter einen bestimmten Wert, sinkt auch die Spannung der Solarfläche auf einen Wert unterhalb der Ladespannung, dann wird gar nicht mehr geladen, obwohl die Sonne vielleicht noch scheint! Natürlich können Sie auch mal Glück haben und 12 Stunden lang Energie ernten – dafür regnet es Tags drauf mit Sicherheit.
Der Gesamtverbrauch über 24 Stunden soll also so groß sein wie der Ertrag der Solarfläche in 6 Stunden. Dazu kommt noch die Regenreserve.
Die interessante Frage ist nun, wie groß müssen der Akku und die Solarfläche bemessen sein, damit alle Verbraucher sowohl während der Fahrt Strom erhalten bzw. geladen werden können als auch am Abend, wenn keine Sonne scheint. Ich war mit einer 30-Watt-Solarfläche und 4,5-Ah-Akku unterwegs und trotz Notebook, GPSr und Licht, sowohl untertags Fahrradlicht als auch abends Zeltbeleuchtung hat diese Kombination dicke gereicht.
Theoretisch ausrechnen kann man seine größten Stromverbraucher ja schon vorher. Ein kleines Notebook hat z. B. einen 20-Wh-Akku. Wenn ich das Notebook jeden Tag laufen lasse, bis dessen Akku leer ist, habe ich schon mal 20 Wh auf der Sollseite. Entweder lässt man den Akku des Notebooks gleich zu Hause oder man bezieht ihn mit in die Kapazitätsberechnung ein und zieht ihn nur von der Solarakku-Seite ab. Die Solarfläche muss ja um diesen Verbraucher mehr Energie liefern.
Da wäre ich schon bei 52 Wh. Ein Regentag und schon sind es 104 Wh. Ein Sonnentag liefert 6 volle Sonnenstunden, dann wären das 17,3 Watt/Stunde; also brauche ich eine 30-Watt-Solarfläche. Bei 12 Volt sollte der Akku demnach 8,6 Ah haben (104 Wh / 12 Volt) und eigenem Notebookakku etwa 4 Ah.
Andererseits muss der Strom für Licht und GPSr ja nicht gespeichert werden; er fließt zwar in die Solarzellenberechnung ein, aber nicht in die Akkuberechnung – zumindest nicht an einem Sonnentag. An einem Regentag muss aber der gesamte Verbrauch aus dem Akku kommen; dann wären wir wieder bei dem Akku mit 52 Wh.
Aber wie oben schon erwähnt: mit einem 4,5-Ah-Blei-Gel-Akku (54 Wh) bin ich bestens klargekommen. Auch das Händie läd man am Besten untertags auf, so lange die Sonne scheint; für so einen Kleinverbraucher ist fast immer noch ein wenig Strom übrig. Abends das Häändie laden, ist schon verlustreicher, da schon untertags beim Laden des Akkus Verluste entstehen und abends beim Entladen gleich nochmal.
Jetzt fehlen noch das iPad, der Kindle und die elektrische Kaffemaschine…
Schränkt man sich preislich ein, nimmt man eine kleinere Solarfläche und einen dicken Akku. Eine billige Solarfläche mit 6 Watt geht schon für 20 Euro her, wiegt aber auch ein paar Kilo. Dazu ein Blei-Gel-Akku für 20 Euro und den Solarladeregler für 12 Euro, macht 52 Euro für die Billigvariante plus Stecker, Kabel und Sicherungen.
Ist man ein Gewichtsfetischist, nimmt man eine kleine und leichte Solarfläche und LiPo-Akkus – natürlich für einen enormen Preis. Ich habe eine 60-Watt-Solarfläche die elastisch, sehr leicht und faltbar ist. Fragen Sie nicht, was das Teil gekostet hat! Dafür liefert es auch noch bei bedecktem Himmel 5-10 Watt.