Hallo,
Ich habe nur Physik als Vordiplom vor 25 Jahren mal gehabt, und seitdem
habe ich mich damit nie wieder beschäftigt.
Ich habe im Bauhaus verschiedene Solarzellen zur Auswahl (5W, 10W, 15W,
etc...). Laderegler habe ich dort auch gesehen. Alles wird von der Firma
Xunzel.com geliefert. Dort habe ich auf der Homepage die technischen
Daten der Laderegler verglichen, bevor ich mir eine Solarausrüstung zum
rumexperimentieren kaufe.
Ich besitze schon eine 12 V Blei-Batterie von 8Ah (10 HR), diese muss
ich aber nicht unbedingt als Batterie für meine Fragen verwenden.
Weitere Angaben stehen ebenfalls dabei (8.4 Ah (20HR)/135 A (CCA). Habe
sie aber nicht extra hierzu gekauft.
Bevor ich unnötig Geld in teuere Solarzellen und Batterien ausgebe,
wollte ich mit 2 oder 3 kleinen Solarzellen (z.B. 10 W) Parallel- und
Reihenschaltungen ausprobieren und mit einem Messgerät Strom und
Spannung in Abhängigkeit von Tageszeit, Monat, Bewölkung und
Neigungswinkel und Orientierung messen. Da ich in Spanien lebe, habe ich
genug Sonne zur Auswahl.
Um eine Teichpumpe damit zu versorgen, scheint mir weniger interessant.
Ich möchte gerne einen elektrischen Heizkörper damit betreiben (nur zum
experimentieren). Diese haben zwischen 500 und 2000 Watt. Mir ist klar,
dass das vielleicht überdimensioniert für so kleine Solarzellen ist. Ich
möchte auch gar nicht einen Heizkörper stunden lang damit betreiben.
Aber es wäre interessant, zu sehen, wie lange ich mit einer geeigneten
Batterie (die ich mir wahrscheinlich neu besorgen muss) so einen
Heizkörper betreiben kann, bevor die Batterie leer ist.
So wie ich das sehe, brauche ich erst einmal folgende Bauteile:
- 3 Solarzellen a 10 W
- Laderegler
- 12 V Batterie
- 1 Wechselrichter, um von 12 V Gleichstrom auf 230 V Wechselstrom zu
kommen
Kann mir jemand sagen, wieviel Ah die Batterie mindestens haben sollte,
damit ich den Heizkörper z.B. 1 h lang betreiben kann?
Wie berechnet man das?
Wenn ich diese Batterie jetzt fast leer habe, und ich diese jetzt mit
den 3 Solarzellen aufladen möchte, wie lange dauert das dann, bis sie
wieder voll geladen ist (wenn genug Sonne scheint)? Wie berechnet man
das?
Im Bauhaus gibt es Batterien von 3; 8; 14; 30; 48; 78; 120 und 240 Ah.
Der Preis wird entsprechend immer teurer.
Grund, warum ich das alles erst einmal ausprobieren möchte ist, dass ich
nur eine kleine Dachfläche besitze, um später mal eine grosse
Solaranlage zu montieren. Diese Fläche ist etwa 5 x 3 m (15 m2) klein.
Unserer Winter ist nicht so kalt und auch nicht so lang wie in
Deutschland, und den meisten Energieverbrauch habe ich mit der
Gasheizung.
Ich überlege, ob ich diese Gasbetriebenen Warmwasser-Heizkörper
teilweise durch elektrische Heizkörper ersetzten könnte.
Ich kann auch genaue Stromrechnungsdaten der letzten 3 Jahre geben,
falls jemand sich damit auskennt, und mir einen Tipp geben kann, aber
als erstes würde ich gerne mal einen kleineren 500 W-Heizkörper mal
ausprobieren (oder vielleicht auch bis zu 2000 W), um zu sehen, an was
ich da alles denken muss.
Gruss, Oskar
Oskar schrieb:> Kann mir jemand sagen, wieviel Ah die Batterie mindestens haben sollte,> damit ich den Heizkörper z.B. 1 h lang betreiben kann?> Wie berechnet man das?
Division
> Wenn ich diese Batterie jetzt fast leer habe, und ich diese jetzt mit> den 3 Solarzellen aufladen möchte, wie lange dauert das dann, bis sie> wieder voll geladen ist (wenn genug Sonne scheint)? Wie berechnet man> das?
Multiplikation
Oskar schrieb:> Kann mir jemand sagen, wieviel Ah die Batterie mindestens haben sollte,> damit ich den Heizkörper z.B. 1 h lang betreiben kann?
Deutlich weniger als 8Ah/(2000W/12V) = 0.04h = 2.8 Minuten, also
vielleicht 1 Minute.
> Wie berechnet man das?
Man guckt ins originale Datenblatt der Akkus, Entladekapazität bei
Entladung über 1 Stunde.
Deine ganze Dimensionierung ist grober Quatsch. Der Akku zu klein, die
Solarzelle zu klein, die Heizung zu gross.
Für 2000W über 8 Stunden in der Nacht braucht man bei 12V schon 1333 Ah,
unfinanzierbar, und um 1333Ah im Laufe der 8 Stunden des Winter-Tages
sammeln zu können eine Solarzelle mit mehr als 2000 Watt peak, eher so
2800W bei Spaniens Sonne. Da der Solarzellenwirkungsgrad eher bei 13%
liegt und 1kW/m2 Sonnenlicht eifallen, wären das 22m2
PV-Kollektorfläche.
Es ist einfach Humbug, Elektroheizungen per Solar betreiben zu wollen,
man nimmt (Vakuumröhren)-solarkollektoren und einen Latentwärmespeicher.
Oskar schrieb:> Ich habe nur Physik als Vordiplom vor 25 Jahren mal gehabt
Wirklich?
Wie hast du das geschafft?
Oskar schrieb:> Ich besitze schon eine 12 V Blei-Batterie von 8AhOskar schrieb:> 1 Wechselrichter, um von 12 V Gleichstrom auf 230 V Wechselstrom zu> kommen
Deine Batterie wird es gerade schaffen, die Verluste des Wechselrichters
auszugleichen, falls er überhaupt anläuft.
Einen Verbraucher noch dran zu hängen wäre für die Batterie quasi ein
Kurzschluss.
Oskar schrieb:> ch möchte gerne einen elektrischen Heizkörper damit betreiben (nur zum> experimentieren). Diese haben zwischen 500 und 2000 Watt.
Hahahaha...selte so gut gelacht.
Oskar schrieb:> Ich möchte gerne einen elektrischen Heizkörper damit betreiben (nur zum> experimentieren).
Außer zum Experimentieren ist das auch wenig sinnvoll, weil du ganz grob
80% der eingefangenen Sonnenenergie weg schmeißt. Zum Heizen ist ein
Wassertank und ein Sonnenkollektor mit flüssigem Wärmetransportmedium
wesentlich effektiver.
Für erste Experimente reichen ein paar Gartenlichter. Man wird schnell
feststellen, daß die angegebene tolle Leistung nur bei voller Sonne und
optimalem Einfallswinkel erreicht wird. Dann wären noch Regentage,
Verschmutzung und Alterung und Akkukapazität ...
Vielen Dank an alle.
Ich glaube, ich muss meine Fragen etwas eingrenzen...
Das mit dem Vordiplom war eher so gemeint, dass ich Physik als Nebenfach
hatte und das eben einmal gelernt habe und danach nie wieder. Ich habe
also so gut wie keine Ahnung, wie schon einige von Euch gut erkannt
haben. Ich besitze also nur ein Basiswissen, das aber schon sehr lange
zurück liegt.
Nun nochmal zu meiner Frage:
Die 8 Ah Batterie ist definitiv zu klein, daher die Überlegung, eine
grössere zu besorgen. Aber wieviel Ah?
Bei den Solarzellen weiss ich auch, dass ein Sonnenkollektor effizienter
ist, nur darf ich so ein Gerät nicht aufs Dach montieren, weil man von
den Nachbarn hier eine Einwilligung der Gemeinschaft einholen muss
(wegen der Optik). Ausserdem kann ich mit diesem Kollektor nicht
rumexperimentieren, da ich dafür Wasserleitungen installieren muss (viel
zu aufwendig).
Der Wirkungsgrad einer Solarzelle ist mir nicht so wichtig, denn Sonne
habe ich zur Genüge, und die kostet ja nichts. Hauptsache, die Batterie
schafft das.
Gehen wir mal von einem Heizkörper von 500 Watt aus: diesen möchte ich
nicht 8 h lang an haben, sondern nur einige Minuten, maximal 1 h. Ich
gehe davon aus, dass dieser den Strom von der Batterie nimmt.
Somit sagt mir die Kapazität der Batterie doch, dass ich bei z.B. 48 Ah
von der Batterie 48 Stunden lang 1 A geliefert bekomme, bzw. 24 Stunden
lang 2 A, usw...
Jetzt weiss ich nicht, ob es richtig ist, folgendermassen zu rechnen:
500 Watt wären 230 V * 2,17 A, oder? Ampere x Volt sind doch Watt?
Wenn ich also mit 2,17 A den Heizkörper bediene, dann würde mir also
eine 48 Ah-Batterie den Heizkörper ca. 22 Stunden lang mit Strom
versorgen, oder?
Irgendwas sagt mir jedoch, dass ich falsch liege, weil ich dann ja auch
eine 8 Ah-Batterie nehmen könnte, und diese würde mir dann eben nur 3,68
h lang den Strom geben.
Wenn ich jedoch Eure Antwort lese, dann würde die 8 Ah-Batterie nicht
einmal für den Wechselrichter ausreichen. Kann mir das mal jemand
erklären, wo da der Denkfehler liegt?
Oskar schrieb:> Wenn ich also mit 2,17 A den Heizkörper bediene, dann würde mir also> eine 48 Ah-Batterie den Heizkörper ca. 22 Stunden lang mit Strom> versorgen, oder?
Du vergisst dass du erst mal die 230V Wechselstrom aus der Batterie
generieren musst.
Und du rechnest die Spannung nicht mit ein.
Wenn du jetzt eine 500W Gleichstromheizung hättest, dann würde die an
12V 41A ziehen. Also wäre deine 48Ah Batterie nach ca. 1 Stunde leer.
Wenn du einfach in Wh, statt in Ah rechnest, dann kannst du besser
vergleichen.
Ein 12V Akku mit 48Ah hat also 576 Wh. Damit siehst du deutlich wie
lange du 500W damit verheizen kannst.
Und die Wandlerverluste auf 230V sind da noch gar nicht eingerechnet.
Das Problem ist aber nicht der Akku, das geht alles mit einem dicken
Akku, kein Problem. Nimm eine Europlatte voll mit Bleiakkus und du
kannst auch 2000W verheizen, die ganze Nacht wenn es sein muss.
Aber bei solchen Leistungen kommst du mit einer kleinen Solarzelle gar
nirgends hin. Die bringt da gar nichts.
> Wenn ich also mit 2,17 A den Heizkörper bediene, dann würde mir also> eine 48 Ah-Batterie den Heizkörper ca. 22 Stunden lang mit Strom> versorgen, oder?
Nicht wirklich - Du verwechselst die 2.17A bei 220V mit dem Strom, den
Dein Akku liefern müßte. Bei 500 W wären das bei einem 12V-Akku grob 42
A (500/12) - da bräuchtest Du schon ordentliche Kabel, ganz zu schweigen
von einem Akku, der da nicht binnen Minuten leergesaugt wäre. Dein
48Ah-Akku würde das rein theoretisch eine Stunde aushalten. In der
Praxis wohl eher nicht, weil die entnehmbare Leistung mit steigendem
Strom abnimmt (siehe Datenblatt des jeweiligen Akkus). Dazu kommen noch
die Verluste des Wechselrichters.
Es ist, wie schon zuvor geschrieben. Du brauchst eine SEHR große
Solarfläche, um genug Energie zu speichern, die später wieder verheizt
werden soll. Mit den erwähnten 5, 10, 15-W-Modulen kannst Du vielleicht
eine Leuchte über einen Akku betreiben, eine Heizung spielt in einer
ganz anderen Liga.
Das Meiste ist, wie bereits angedeutet, einfache Mathematik.
Lässt man mal die nicht unbedeutenden Verluste beiseite, so rechnet sich
das Ganze folgendermaßen:
Ein Miniheizgerät, dass 2000W leistet (P=U x I [W=V x A]:
2000W / 12V = 167 A (oops)
Deine Batterie, so sie neu ist soll 8 AH haben. Also:
8AH / 167A = 0,048H = 2,88Min (oops)
Wohl gemerkt: Die Rechnungen sind unrealistisch und idealisiert.
Was das aufzeigt: Nichts. Nur die Relationen.
Aber vielleicht weißt Du jetzt, warum neben den Solarzellen meist
Akkumulatoren mit 100AH und mehr stehen (0,6 Stunden oder 36 Minuten).
Amateur schrieb:> Lässt man mal die nicht unbedeutenden Verluste beiseite, so rechnet sich> das Ganze folgendermaßen:
Es ist alles gesagt, nur noch nicht von jedem...
Bei dem Thema hier offenbart sich auch schön das heutige Dilemma. Wenn
solche Mathe- und Physik Legatheniker dann zu Dingen wie E-Autos oder
regenerativen Energie voten sollen oder zur AKW-Abschaltung, dann weiß
ich schon was da raus kommt.
Wer überschlagsmäßig WIRKLICH denkt man könne mit einer Batterie in
Schukartongröße, zig Stunden mit 2000 oder 500 Watt heizen, der hat doch
jedes Gefühl für elektrische Leistungen verloren und denkt natürlich ein
E-Auto wird morgen 2000 km weit fahren und den Akku im Handschuhfach
haben.
hat man den in Physik bis zum Vordiplom nicht die Ohmschen Gesetze
durchgenommen?
U=RxI und P=UxI lernt man doch heut schon in der Grundschule im
Phsik-Unterricht. Und das Systeme einen gewissen Wirkungsgrad <100%
haben sollte in Physik auch Grundlagenwissen sein.
Nicht so viel auf dem TO rumtrampeln.
Klar, das ohmsche Gesetz ist schnell gelernt und wenn man dann, auch an
der UNI, danach gefragt wird, ist es sehr schnell aufgesagt.
Auch die Leistungsberechnung ist nicht gerade der große Bringer. Hat man
aber 25 Jahre lang weder den Herrn Watt, noch den Herrn Ohm getroffen,
so kann die Erinnerung an diese Herren schon verblassen.
Bei Bleiakkus kann man vermutlich nur etwa die Hälfte der aufgedruckten
Kapazität nutzen, wenn man sie nicht zerstören will.
Wenn der Entladestrom im Verhältnis zur Akku-Größe so hoch ist, wird ein
Großteil der Heizleistung im Akku anfallen, anstatt im Heizkörper.
Stefanus F. schrieb:> Wenn der Entladestrom im Verhältnis zur Akku-Größe so hoch ist, wird ein> Großteil der Heizleistung im Akku anfallen, anstatt im Heizkörper.
Dann nennt man den Akku eben auch "Heizung" und schon steigt der
Gesamtwirkungsgrad des Systems kräftig an ;-)
Oskar schrieb:> Die 8 Ah Batterie ist definitiv zu klein, daher die Überlegung, eine> grössere zu besorgen. Aber wieviel Ah?
Mal mit rechnen versuchen...
Ansatz über Energie: Du hast einen Akku mit xV und xAh, macht bei
12V/8Ah eine Energie von 96Wh (Spannung mal Strom mal Zeit). Mehr ist in
dem Akku nicht drin und du bekommst auch nicht mehr raus (eher weniger).
Jetzt hast du eine Heizung mit 500W.
Wie lange würden die Akkuenergie dafür reichen (ohne Wandlerverluste,
nur überschlägig)? 96Wh/500W macht dann gerademal 11,5Minuten. rechnet
man jetzt noch Verluste in Höhe (aus der Luft gegriffen) von 20% ein,
bleiben 9 Minuten...
Um einen Verbraucher 500W eine Stunde zu betreiben brauchts - (Leistung
mal Zeit) 500Wh. Dann müsste der 12V-Akku 41,6Ah - und mit den
angesetzten Wirkungsgrad von 80% ca. 50Ah haben.
Mit der Solarversorgung rechnest du genauso: das Panel bringt 10W, die
Sonne bescheint vielleicht 4 Stunden (keine Ahnung) das Panel so, dass
es wirklich die 10W bringt, dann bekommst du 40Wh (im günstigsten Fall)
- auch hierzu kommen Wandlerverluste - irgendwie muss die Energie einen
geregelten Weg ja in den Akku finden...
Mal davon ab, dass ich mir bei solchen Angaben nicht sicher bin, ob der
freundliche Chinese mal wieder das doppelte von dem, was wirklich mit
dem Ding möglich ist einfach mal so drauf druckt (macht er ja bei Akkus,
warum nicht auch bei Solarpanelen?).
Also haben wir 40Wh. Dann brauchts 2,4 Tage, um den kleinen 8Ah-Akku
voll zu bekommen. Heißt, dass du mit dem 10W Panel alle zwei Tage neun
Minuten heizen könntest. Mit zwei Panelen schon fast jeden Tag...
Das alles dient nur dazu, ersteinmal ein Gefühl für Zahlen und Größen zu
bekommen, was ja nunmal bei der Abschätzung der Sinnhaftigkeit einer
Idee zuvorderst stehen sollte.
Um rechnerisch in den sicheren Bereich zu gelangen, sollte man
vielleicht die nutzbare Akkukapazität und die nutzbare Solarenergie
jeweils halbieren.
Vielleicht mal mit einer Glühbirne (Auto) oder einer LED (12V)
rumspielen.
Da bekommt man leicht ein Gefühl dafür, was Sache ist. Auch für den
Unterschied zwischen den beiden Leuchtenarten.
Bei der Verwendung von Sonnenkraft, sollte man die Realität bzw. das
Machbare nicht vergessen.
Fakt ist die maximale Energie von Oben.
Fakt ist, das irgendwer, jeden Abend, das Licht abdreht.
Fakt ist, das irgendwer, immer wenn es maximal stört, Wolken aufziehen.
Fakt ist die benötigte Fläche, für eine bestimmte Leistung.
Fakt ist der nicht gerade umwerfende Wirkungsgrad von Solarpaneelen.
Fakt ist die im Laufe der Zeit zurückgehende Leistung der Solarzellen.
Fakt sind die Verluste die beim Laden von Akkumulatoren entstehen.
Fakt ist der Wirkungsgrad der Umrichter beim Laden von Akkumulatoren.
Fakt sind die Verluste, die beim Entladen von Akkumulatoren anfallen.
Fakt ist, das die Umrichter (Akku -> 230V) weit von 100% entfernt sind.
Und, und, und.
Noch ein ganz wichtiger Fakt:
Wenn nicht gerade extra eine längere Zuleitung verlegt werden muss, ist
der Strom aus der Steckdose, bis auf weiteres, viel günstiger als der
selbst gemachte.
Für die Umweltfreaks: Ich würde mich nicht wundern, wenn Rattengift
gesünder wäre, als die, rund um die Produktion von Solarzellen
anfallenden, Abwässer.
Ich bin so frech und gebe auch mal meinen Senf dazu.
Ich betreibe als Alternative zum Bastel/Labornetzteil eine 50W
PV/12V-24Ah Solaranlage.
Ich entnehme in der Regel nur den Strom für mein Breadboard (DC/DC
wandler) meinen Raspberry Pi und das kleine Display.
Das reicht im Sommer dicke, sogar Überschuss kann nutzlos in
irgendwelche lüfter gesteckt werden. Aber so langsam merkt man das die
Sonne schwächer wird. Auch bei der tatsächlich geringen leistung die ich
da nur nutze.
Grob geschätzt verbrauche ich ca. 20W.
Das PV Panel hat 67x50cm und bringt so um 2,8A. Der laderegler fällt im
eigenverbrauch nicht weiter ins Gewicht.
Ab und an, Klemme ich zum Test von Trafos einen kleinen(300W angeblich,
trau dem Braten aber nicht) wechselrichter an den Akku.
Aber für mehr als das und bissl CB funk ist das nicht groß zu brauchen.
Selbst ein Peltierelement würde die Anlage schon überfordern. (Also im
dauereinsatz)
Ist doch ganz einfach:
Wenn ein Netzanschluss vorhanden ist, dann lohnt sich die Speicherung in
Akkus niemals, auch wenn für das Laden der Akkus absolut keine Kosten
(Anschaffung / Laufend) entstehen und der Wechselrichter und die
Verkabelung nichts kosten.
1kWh-Akkukapazität kostet ~ 150€ (die billigen, angeblich
Deep-Cycle-Fähigen)
Halten dann angebliche 500 Zyklen mit 75% Entladung aus.
Also 150€ für 375 kWh.
Ab 20% für den Wechselrichter macht 150€ für 300kWh oder 50ct pro kWh.
Da kost der Strom aus der Steckdose deutlich weniger.
Wenn du hohe Stromkosten durch die Gas-Heizung hast, dann ist die Anlage
halt Schrott oder falsch/schlecht dimensioniert/gebaut/eingestellt.
Wo entstehen denn die Kosten, beim Strom oder beim Gas?
Wenn beim Gas: dann ist dein Heizbedarf vmtl. weit höher als du denkst.
So schlecht kann die Anlage kaum sein, dass die ungefähr 2/3
Kostenersparnis beim Gas vernichtet wird.
Man kann stromsparende Pumpen einbauen (7W statt 40W).
Man kann die Heizung auch ganz ausschalten.
Fuer eine Stunde heizen benoetigst Du eine der etwas groesseren
Autoakkus.
Zum Laden mit Deiner 5W Zelle mindestens 14 Sonnentage im Sommer oder 1
bis 2 Monate im Winter bei guter Ausrichtung zur Sonne.
Wenn du heizen willst, solltest du nicht den Umweg über den Strom gehen.
Wenn du mechanische Arbeit haben willst, solltest du nicht über den
Umweg Strom gehen. Wenn du Strom haben willst, solltest du den Weg des
Stromes gehen.
Solarzellen wandeln nur 20% des Lichtes, meist deutlich weniger, in
elektrische Energie um. Die restlichen 80% der rd. 800W/m² entkommen
ungenutzt als Wärme. Nimm ein paar Spiegel und richte sie auf einen
dicken schwarzen Eisenklotz. Den packst du dann gut ein, am besten
Mineralwolle und leitest irgendein Transfermedium durch, um die Energie
zu entnehmen. Wasser soll eine gute Variante sein. Du solltest aber mit
ordentlich Druckbelastung rechnen. 2-4m² effektive Sammelfläche schaffen
binnen einer Stunde satte 1,6-3,2kW in deinen Eisenklotz. Je nach
Klotzigkeit gibt das 400°C und mehr. Da wird Wasser schlagartig Dampf.
(In Indien werden große Garküchen so betrieben. Die Eisenklötzer werden
bei Erreichen der 400°C in einen großen Kübel geworfen und erzeugen
Wasserdampf.)
Für die Wandlung in mechanische Arbeit, weil du vielleicht einen Brunnen
oder ein Loch in eine Wand bohren willst, solltest du einen
Scroll-Kompressor und den Organic Rankine Cycle untersuchen. Da kommen
allerdings auch nur 40-70% Wirkungsgrad raus, wenn es gut abgestimmt ist
(Kältemittel/ Kreislauf). Aber bedeutend besser als 20% elektrische
Energie mit 60% Wirkungsrad chemisch speichern.
