Energie & Solar

Der Wunsch vieler Camper ist, möglichst lange autark zu stehen. Das bedeutet in der Regel, ohne Feststromanschluss und mit ausreichend Wasserreserven. Beim Wasserverbrauch hilft nur Sparen! Bei der Stromversorgung hilft Solarenergie.

Um die Solarenergie zu speichern, braucht es Batterien. Oft sind in älteren Campern noch die typischen Bleibatterien eingebaut. Die funktionieren grundsätzlich auch, kommen aber schnell an ihre Grenzen. Moderner sind dagegen Lithiumbatterien. Der Vorteil hier ist, dass diese Batterien über 90% ihrer Leistung abgeben, wonach Bleibatterien lediglich 50% ihrer Energie nutzbar machen.

Doch bevor in teure Lithiumbatterien investiert wird (und die dazugehörigen Teile), sollte sich jeder Camper diese beiden Fragen stellen:

Wieviel Energie benötige ich eigentlich?

Für wie lange benötige ich diese Energie?

Wenn ihr überwiegend frei steht und somit möglichst lange autark bleiben wollt, ist eine große Energiereserve natürlich gut und sicher. Dennoch hilft es bei der Entscheidungsfindung, sich vorher Gedanken zu machen, welche Verbraucher wieviel Strom benötigen. Denn gerade Lithiumbatterien sind in der Anschaffung sehr teuer. Als wir unseren Camper übernommen haben, war er mit einem Solarmodul und 2 AGM Batterien á 120 Ah ausgestattet.

Ich habe natürlich recherchiert und bin schnell auf allerlei Foren gelandet, wo sich die User gegenseitig in den angeschafften Ladungsmengen überbieten. Mal als Vergleich: Der Anschaffungspreis einer 120 Ah AGM (Blei-)Batterie liegt bei ca. 110 €. Eine Lithium 100 Ah (LiFePO4) geht bei ca. 800 € los.

Doch was bedeuten die Angaben auf den Batterien eigentlich und welche Rückschlüsse lassen sich daraus ziehen?
Kurz zu den Abkürzungen:

  • Volt (V) = Spannung
  • Ampere (A) = Stromstärke
  • Watt (W) = Leistung
  • Amperestunden (Ah) = Ladungsmenge
  • Wattstunde (Wh) = Energiemenge

Unsere Adler liefert eine Energiemenge (Wh) von 1440 Wh pro Stück. 120Ah x 12V = 1440 Wh. Beide Batterien zusammen liefern also eine Energiemenge von 2880 Wh.
Wobei man bei dem Batterietyp nur ca. die Hälfte der Ladungsmenge (Ah) real nutzen kann. Also 1440 Wh bis die Batterien nicht mehr genug Spannung haben um alle Geräte zu versorgen.

Auf den meisten Geräten/Verbrauchern ist die Leistung in Watt angegeben. Zum Beispiel verbraucht das Netzteil für mein MacBook Pro 96 Watt (W). Wenn ich es 4 Stunden am Tag betreibe sind das dann 4 x 96 = 384 Wh.
(Sollte die Leistung nicht angeben sein, lässt sich Watt berechnen indem man Volt mit Ampere multipliziert.)

W = A * V

Um unseren Stromverbrauch pro Tag im Winter zu berechnen, habe ich folgende Tabelle erstellt:
(Zur Berücksichtigung: Unser Kühlschrank kann wahlweise mit Gas oder Strom betrieben werden!)

Gerät Watt Benutzung Std. Verbrauch (WH)
Ladegerät iPhones 15 2 30
2 x MacBook
96 10 960
Wasserpumpe 54 0,5 27
Heizung 12 24 288
Heizung Umwälzpumpe 37 4 148
Beleuchtung ca. 25 5 125
Summe ca. 1.578

Wir kommen also auf ca. 1.600 Wh pro Tag. Das bedeute, unsere Bleibatterien können mit ihren 1.400 Wh den Bedarf nicht decken. Wir haben uns daher eine 280 Ah Lithiumbatterie mit 3.360 Wh gekauft.
Ohne Solarenergie könnten wir also gut 2,5 Tage stehen und hätten (rein rechnerisch) die volle Energie zur Verfügung, um alle Geräte laut Tabelle zu betreiben.

Auf unserem Dach haben wir 3 neue Solarpanels mit je 170W installiert. Zusammen leisten sie also 510W. Angenommen die Sonne scheint 4 Stunden am Tag, dann wären das 4 x 510W = 2.040 Wh.

Wenn wir nun von einer vollen Lithiumbatterie ausgehen und unseren Tagesverbrauch davon abziehen

3.360 Wh – 1.600 Wh = 1.760 Wh

bleibt noch eine Restenergie von 1.760 Wh in der Batterie. Dazu kommt nun noch unsere Solarausbeute der 4 Sonnenstunden:

1.760 Wh + 2.040 Wh = 3.800 Wh.

Die Lithiumbatterie ist allerdings bereits bei 3.360 Wh wieder voll.
Andersrum gerechnet benötigen wir 3,1 Sonnenstunden um unseren Tagesverbrauch zu decken:

1.600 Wh / 510 W = 3,1 Sonnenstunden

Also kommen wir mit diesem Setup sehr gut aus und können unbegrenzt autark stehen. Zumindest was den Strom betrifft.

Fazit: Wenn ihr in der dunklen Jahreszeit für ein Wochenende unterwegs seit, benötigt ihr vermutlich keine teure LifePO4 Batterie. Bei längeren Standzeiten auf Stellplätzen ist ja in der Regel auch Feststrom vorhanden. Hier gibt es also auch keinen Grund für Lithium. In den Sommermonaten lädt eure Solarzelle euren Verbrauch tagsüber wieder nach. Also auch alles easy.
Wenn ihr aber länger unterwegs seit und dabei in der Regel freistehen wollt, regelmäßig Verbraucher laufen habt und die alten Batterien defekt sind oder ihr eh Neue kaufen müsst, dann entscheidet euch lieber gleich für die teureren LiFePO4. Sie sind dazu langlebiger als AGM-Batterien und liefern mehr Energiemenge.

Ein SmartShunt zeigt die Batteriekapazität an. Also, wieviel Prozent Energie noch in der Batterie verfügbar sind. Doch Moment, ein Solarladeregler zeigt ja ebenfalls die Spannung der Batterie an und lässt somit Rückschlüsse auf die Batterikapazität zu. Solange der Batteriehersteller eine Übersicht bereit stellt, in der tabellarisch den Spannungswerten eine entsprechende Batterieprozent-Anzeige zugeordnet ist.

Bei unser EcoWorthy 280Ah ist das jedenfalls so. In der Tabelle können wir ablesen, wieviel Prozent Ladung die Batterie noch hat, in Abhängigkeit von der Volt-Anzeige. Bei 13.0 V hat die Batterie also noch eine Kapazität von 30%. Bei einer LiFePO4 Batterie ist das völlig ausreichend, da sich diese Batterien ja über 90% ihrer Kapazität nutzen lassen. Seltsam ist nur, dass unser Bordcomputer immer eine ganz andere Spannung anzeigt. Hier kommt also der SmartShunt ins Spiel: Er wird in unmittelbarer Nähe an die Aufbaubatterie angeschlossen und liefert viel genauerer Werte, als der Solarladeregler oder der Bordcomputer.

Die Installation des SmartShunt ist denkbar einfach. Er wird im Prinzip einfach zwischen die Minusleitung der Batterie gesetzt. Im Video unten zeige ich die Installation in einfachen Schritten.

Vom Minuspol der Batterie geht ein kurzes Kabel zum Battery Minus des SmartShunt.

Vom Pluspol der Batterie geht ein zusätzliches, dünnes Kabel in den grünen Anschluss vom SmartShunt.

Vom System Minus des SmartShunt geht das Kabel direkt ins Bordsystem. Dieses Kabel lag vorher am Minuspol der Batterie an.

Nachdem der SmartShunt mit der Victron-Connect App verbunden wurde, müssen noch ein paar Parameter eingestellt werden:

  1. Batteriekapazität
    In unserem Fall ist eine 280Ah LiFePO4 Batterie angeschlossen.
  2. Spannung wenn Aufgeladen
    Die Ladespannung wird hier auf 14.3V gesetzt. 0.1V unter der angegebenen Spannung im Solarladeregler.
  3. Entladungsboden
    Bei LiFePO4 Akkus liegt der Wert zwischen 10%-20%. Es sei denn, der Batteriehersteller gibt einen anderen Wert vor.
  4. Peukert-Exponent
    Hier gibt der Hersteller den Wert 1.05 vor.
  5. Ladewirkungsgrad
    Hier gibt der Hersteller Victron-Energy 99% an.

Dann sind die App und der SmartShunt einsatzbereit. Der Ladezustand wird nun genau angezeigt. In unserem Beispiel liegt er bei 100%.

Wenn ein LiFePO4-Akku bei Minustemperaturen geladen wird, können sich Lithium-Ionen auf den Elektroden abscheiden, was zu dauerhaften Schäden und Kapazitätsverlust führen kann. Im schlimmsten Fall kann der Akku sogar unbrauchbar werden. Daher ist es ratsam, entweder einen Akku einzusetzen, dessen BMS den Ladevorgang bei Minustemperaturen stoppt, oder, wie in unserem Flair II, einen Temperatursensor einzusetzen, der dem Solarladeregler die Temperatur des Akkus mitteilt. Im Solarladeregler kann dann angegeben werden, dass er bei einer Temperatur ab 0°C die LiFePO4 nicht weiter laden soll.

Die Installation ist denkbar einfach:

Der passende Temperatursensor für den SmartShunt unterscheidet sich von den anderen Temperatursensoren. Bitte beim Kauf beachten!

Der Temperatursensor wird am Pluspol der Batterie angeschlossen.

Das rote Ende geht in den VBatt+ Anschluss und das schwarze Ende in den Aux Anschluss.

Unter Verschiedenes wird als Zusatzeingang nun der Temperatursensor ausgewählt.

Nachdem der Temperatursensor angeschlossen und in der App zugeordnet wurde, lassen sich in der Übersicht des SmartShunt folgende Informationen ablesen:

  1. Ladezustand

    Dies ist der tatsächliche Ladezustand der Batterie in Prozent. Der Ladezustand ist die beste Möglichkeit, die Batterie zu überwachen.

  2. Spannung

    Dies ist die Klemmenspannung der Batterie.

  3. Strom

    Dies ist der tatsächlich in die oder aus der Batterie fließende Strom. Ein negativer Strom zeigt an, dass Strom aus der Batterie entnommen wird. Ein positiver Strom bedeutet, dass Strom in die Batterie fließt. Das ist Strom, der aus Ladestromquellen stammt. Der Batteriemonitor zeigt immer den gesamten Batteriestrom an, d.h. den Strom, der in die Batterie hineinfließt, abzüglich des Stroms, der aus der Batterie herausfließt.

  4. Leistung

    Die von der Batterie entnommene oder empfangene Leistung.

  5. Verbrauchte Ah

    Der Batteriemonitor verfolgt die aus der Batterie entnommenen Amperestunden, die für den Wirkungsgrad kompensiert werden.
    Beispiel: Wenn aus einer voll geladenen Batterie über einen Zeitraum von 3 Stunden ein Strom von 12 A gezogen wird, zeigt die Anzeige -36,0 Ah (-12 x 3 = -36) an.

  6. Verbleibende Zeit

    Der Batteriemonitor schätzt, wie lange die Batterie die aktuelle Last tragen kann. Dies ist die „Restlaufzeit“-Anzeige und ist die tatsächlich verbleibende Zeit, bis die Batterie bis zum eingestellten „Entladeboden“ entladen ist. Wenn die Last stark schwankt, ist es am besten, sich nicht zu sehr auf diese Anzeige zu verlassen, da es sich um eine momentane Anzeige handelt, die nur als Richtlinie verwendet werden sollte. Wir empfehlen die Verwendung der Ladezustandsanzeige für eine genaue Batterieüberwachung.

  7. Temperatur
    Hier wird nun die Batterietemperatur der LiFePO4 angezeigt.

Netzwerk einrichten

Nun muss noch ein Netzwerk erstellt werden, damit der SmartShunt und der MPPT-Laderegler miteinander kommunizieren können:

Im SmartShunt unter Einstellungen VE.Smart Networking auswählen.

Netzwerk erstellen und einen Netzwerk-Namen vergeben.

Das Netzwerk (hier im Beispiel UMKnet) wurde erstellt und der SmartShunt überträgt die Batteriespannung und die Temperatur.

Im MPPT-Solarladeregler unter Einstellungen VE.Smart Networking auswählen.

Einem bestehenden Netzwerk beitreten.

Das gerade angelegte Netzwerk (hier im Beispiel UMKnet) auswählen.

Nun sind beide Geräte ins Netzwerk eingebunden und können miteinander kommunizieren.

Zum Abschluss wird unter den Einstellungen des MPPT-Solarladereglers unter Abschalten bei niedrieder Temperatur eingestellt, ab wieviel Grad die Ladung der Batterie gestoppt werden soll.

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