20W Solar Inselanlage – Tragbarer Strom

Ich habe bisher keine Erfahrung mit Solarenergie gemacht und wollte mal etwas in die Technik einsteigen. Das Gute daran ist, dass mein Basteltrieb auch befriedigt wird. Ich habe mir also gedacht eine kleine Inselanlage aufzubauen die durch ein 20W Solarmodul Strom erzeugt. Mit 20W kann man nicht so viel Strom erzeugen, aber für einen Laptop reicht es, oder für eine einfache Außenbeleuchtung. Das System soll auch tragbar sein, deshalb habe ich mich für einen relativ kleinen Akku entschieden, da ansonsten das Gewicht zu groß wird.
Ich rechne eh nicht mit einer großen Ausbeute da ich zur Südseite hin das Solarmodul nur hinter ein Fenster stellen kann. Dadurch wird natürlich auch weniger Strom erzeugt. Unser Balkon liegt zur Nordseite hin, bekommt aber Nachmittags gut Sonne ab. Ich kann also durch den tragbaren Aufbau den Standort gut der Sonne anpassen.

Am Anfang stand die Planung. Ich habe mir einen Schaltplan erstellt und Gedanken über die Komponenten gemacht.

Blockschaltbild
Das System besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten:

Übersicht der Komponenten
  • Cherokee Batteriebox als Gehäuse
  • 2x 7,2 Ah 12V Blei-Gel-Akku (jeweils 17€)
  • Steca Solsum 6.6 Solarladeregler (20€)
  • Linkchamp SP-300 USB Wechselrichter (30€)
  • 20W Solarmodul (50€)
  • Anzeige für die Systemspannung und Ladestrom (in Planung)
Ich hatte erst nur einen Akku geplant, da ich aber den Einbau recht platzsparend gestaltet habe, passt ein zweiter Akku in das Gehäuse. Somit habe ich eine Nennkapazität von 14,4Ah, mit der man schon einiges anfangen kann. Dadurch ist das Gesamtgewicht zwar um knapp 2 kg gestiegen, aber ich will mit der Box ja auch nicht permanent rumlaufen.
Mit der erzeugten Energie kann ich gut meinen Laptop oder Handys laden. Auf dem Balkon habe ich keinen Stromanschluss, aber nun eine portable Energiequelle, zur Beleuchtung reicht es allemal oder um den Grill zu belüften.
Der Akku dient als Energiespeicher und kann über ein externes Ladegerät geladen werden. Der Akku ist erst mal über eine 10A Sicherung abgesichert. Sollte der Wechselrichter mal richtig ausgelastet werden ist das zu wenig, aber ich hatte nicht mehr. Auf eine Sicherung darf aber absolut nicht verzichtet werden. Sollte es zu einem Kurzschluss kommen, löst die Sicherung aus und es kann nicht viel passieren. Ohne Sicherung besteht im Fehlerfall eine erhöhte Brandgefahr.
Der Akku kann natürlich auch über den Solarladeregler und das daran angeschlossene Solarpanel geladen werden. An den Verbraucherausgang des Ladereglers ist ein 12V Steckdose angeschlossen. Der Wechselrichter ist direkt an den Akku geschaltet, aufgrund seiner potentiell höheren Leistungsaufnahme. Ich hätte ihn zwar auch an der Laderegler anschließen können, jedoch ist dessen Ausgang dieser nur für einen Laststrom von 6A ausgelegt, was doch etwas wenig wäre.
Der Wechselrichter besitzt auch USB Buchse, und kann somit 5V USB Verbraucher laden, aber darauf verzichte ich. Im Leerlauf verbraucht der Wechselrichter knapp 0,4A die ich nicht unnötig verbrauchen will. Stattdessen verwende ich einen 12V auf USB 5V Adapter, der an die 12V Steckdose angeschlossen wird. Dadurch erspare ich mir unnötige Wandlungsverluste.

Komponenten werden eingepasst

Angefangen habe ich damit das Gehäuse zu bearbeiten und alle Bohrungen und Öffnungen für die Bauteile anzufertigen. Anschließend wurden alle Bauteile eingesetzt und die Verkabelung gemacht. Der Schalter schaltet den Akku Allpolig ab, nur die externen Ladekontakte führen dann noch Strom. Der Laderegler wurde ohne Gehäuse verbaut um Platz zu sparen.
Da der Wechselrichter im Gehäuse verbaut wird und nur seine eingebaute Schutzkontaktsteckdose nach außen führt, habe ich seinen Schalter verlegt und in das Gehäuse eingebaut. So kann ich den Wechselrichter bei bedarf einschalten, und erspare mir seinen Eigenverbrauch wenn ich keinen 230V Verbraucher angeschaltet habe. Mein verwendetes Gehäuse verfügt über Lüftungsöffnungen, die auch notwendig sind. Zur Zwangsbelüftung ist der Wechselrichter mit einem eingebauten Lüfter ausgestattet und die Luft sollte sich nicht im Gehäuse stauen.
Vor dem Einbau habe ich beide Akkus mit einem Ladegerät geladen, damit sie auf einem einheitlichen Stand sind.

Alles fertig eingebaut und verdrahtet

Als letztes wurden die Akkus eingebaut, wobei alles erst mal abgeschaltet ist. Nachdem alles zusammengebaut war, wurden die einzelnen Komponenten getestet. Ich bin dabei folgendermaßen vorgegangen:

  1. Messung der Systemspannung über die Ladekontakte; hierbei sollte eine Spannung um 13 Volt angezeigt werden, wenn die Batterien geladen sind; die Polung sollte überprüft werden
  2. Hauptschalter betätigen
  3. Laderegler überprüfen; am Steca Solsum sollte die Status Led grün leuchten, und bei geladenem Akkus die grüne Led für die Akkuladung
  4. Messung der Spannung an der 12 Volt Steckdose, hierbei auf richtige Polung achten
  5. Wechselrichter einschalten
  6. Überprüfung des 230 Volt Anschlusses über Multimeter oder 230 Volt Verbraucher

Damit war sicher, dass die Box funktioniert. Nun musste nur noch das Solarpanel angeschlossen werden. Nachdem die Anschlussleitung installiert war, habe ich das Panel unter eine Lampe gelegt und die Leerlaufspannung gemessen. Dabei war mir wichtig, dass die Polung stimmt. Somit konnte das Panel an die Box angeschlossen werden.

Jetzt musste nur noch Sonne kommen um das System in seiner Gänze zu teste und kostenlosen Strom zu produzieren. Da es momentan wirklich mau ist mit der Sonne, kann ich erst mal keine Werte liefern. Ich kann jedenfalls ohne Probleme mein iPad, iPhone und Macbook laden.

Für Infozwecke muss ich jetzt nur noch ein Amper- und Voltmeter einbauen um die Systemspannung und den Ladestrom der Solarzelle zu messen. Das behalte ich mir für meinen Urlaub über oder regnerische Sommertage.

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