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Kleinspannungssolaranlage

Auf dieser Seite beschreibe ich meine Erfahrungen mit einer Kleinspannungsgleichstromanlage, die aus Solarmodulen gespeist wird. Die 24 Volt Anlage versorgt bei mir im Haus Geräte und Beleuchtungsanlagen, die nur einen geringen Leistungsbedarf haben und keine höhere Versorgungsspannung benötigen. Dafür habe ich ein separates Gleichstromnetz aufgebaut.

Ein wichtiger Hinweis: Die Konstruktion der Anlage ist keine ingenieurtechnische Leistung, sondern nur mein Hobby. Trotz aller Sorgfalt, für Probleme oder Schäden, die bei einem eventuellen Nachbau entstehen, übernehme ich keine Haftung.

Konzept

Wie die Anlage am besten konzipiert wäre, hat sich erst im laufe der Jahre herausgebildet. Erste Entwürfe mussten schnell wieder geändert werden, weil es unerwartete Probleme gab. Jetzt versorgt die Anlage zuverlässig die daran angeschlossenen Verbraucher. Viel Geld verdienen kann ich damit nicht, etwa 50 Euro pro Jahr. Es ist mein Hobby.

Das Konzept: (pdf 65 kB)

Blockschaltung

Im Blockschaltbild ist erkennbar, welchen Weg der Strom nehmen soll und welche Regel- und Schaltvorgänge erfolgen. Die Konstruktion ist das Ergebnis einer jahrelangen Entwicklungsarbeit. Gerade am Anfang mussten oft schnell Lösungen für unerwartete Probleme gefunden werden.

Hier die Details:(pdf 96 kB)

Solarmodule

Die Solarzellen sind zum Zeitpunkt dieser Veröffentlichung (2019) schon 7 Jahre auf dem Dach. Sie sollen zusammen maximal 320 Watt liefern. Zwischen 250 und 300 Watt kann ich auch oftmals messen. Selbst an bewölkten Tagen sind noch 50 Watt möglich.

Weitere Daten: (pdf 352 kB)

Gleichstromnetz

Zur Verteilung der Energie aus der Solaranlage habe ich ein zusätzliches Netz installiert, mit einer stabilen 12 Volt Spannungsschiene und einer zweiten, die zwischen 23 und 28 Volt schwanken kann. Dabei war einiges zu beachten.

Die Einzelheiten: (pdf 873 kB)

Batterien

Als größtes Problem in meiner Anlage haben sich die Batterien herausgestellt. Wie ich den Strombedarf einer Nacht speichern kann, dafür habe ich bisher keine zufriedenstellende Lösung gefunden. Vermutlich müsste ich dann Lithiumionen-Akkus verwenden. Die sind mir aber noch zu teuer. Deshalb experimentiere ich immer noch mit Bleibatterien und konnte schon einige Erfahrungen machen.

Meine Erfahrungen mit Bleiakkumulatoren: (pdf 197 kB)

Stromweiche

Ein besondere Herausforderung war die Schaltung, die dafür sorgen sollte, dass der Strom, der gerade nicht in der Anlage gebraucht wird, zur Boilerheizung umgelenkt wird, wobei der Anlagenstrom immer Vorrang haben sollte.

Ich fand eine Lösung: (pdf 140 kB)

Boilerheizung

Den überflüssigen Solarstrom für die Heizung eines Wasserboilers zu verwerten, war vor allem eine mechanische Herausforderung. Fertige Komponenten werden kaum angeboten oder sind nicht geeignet.

Umbau eines HWS 2030: (pdf 342 kB)

Laderegler

Der Laderegler sorgt lediglich dafür, dass die Batteriespannung nicht über 27,6 Volt steigt.

Die einfache Konstruktion: (pdf 107 kB)

Steuerung mit NodeMCU

Hier merkt man noch ganz deutlich den Experimentierstatus, den meine Anlage wohl nie überwinden wird. Zu gerne würde ich den Strom der Boilerheizung auch über den Mikrocontroller regeln, indem er das PWM Signal erzeugt. Damit hatte ich schon experimentiert, bin aber bisher gescheitert. Wahrscheinlich versuche ich es noch einmal mit einem zweiten Mikrocontroller, der dann nur diese Funktion erfüllen muss.

Was schon geht:  (pdf 456 kB)

Ersatzstromnetzteil

Das Ersatzstromnetzteil wird eingeschaltet, wenn die Solarzellen keine ausreichende Energie liefern und die Batterien den vorgegebenen Spannungswert unterschritten haben.

Details zum Netzteil: (pdf 504 kB)

Meßwerte

ist in Arbeit