Photovoltaïque » Bien dimensionner son installation solaire

Mise à jour : 07.04.2022  |  Durée de lecture : 7 minutes

Une tonnelle dans la verdure, une cabane en lisière de forêt ou une petite maison près d’un lac sont des îlots de tranquillité où il fait bon vivre et se détendre tout partir camper dans la nature avec sa caravane. Toutefois, aussi beau et reposant que soit un séjour en pleine nature, il manque souvent l’approvisionnement en eau et en électricité. Concernant l’approvisionnement en eau, il est possible d’utiliser des bidons pour l’eau potable et l’eau de pluie récupérée pour l’eau sanitaire et l’arrosage. 

Concernant l’alimentation en électricité, ce n’est pas aussi simple. Bien entendu, il n’est pas question ici du montage et du câblage d’une installation solaire de 12 V. C’est à la portée de tout bon bricoleur du dimanche sans grands efforts. 

Il s’agit plus de déterminer les bons composants nécessaires à une installation photovoltaïque pour alimenter de façon fiable les appareils consommateurs à faire fonctionner. 

L’énergie solaire est captée et exploitée par les panneaux photovoltaïques. 

Pour cette raison, nous avons mis à votre disposition un calculateur pour installation solaire ou un planificateur d'installation solaire pour dimensionner des installations photovoltaïques autonomes de 12 V. Il vous suffit seulement d’indiquer le nombre et la puissance de vos consommateurs ainsi que la durée de fonctionnement par jour et le programme calcule et détermine pour vous les composants nécessaires pour votre installation. La limite de calcul pour les modules solaires est de 800 Wp et pour les accumulateurs électriques est de 1200 Ah. Ainsi, même si la consommation électrique est importante, il devrait être possible de trouver les composants adéquats. 



Planificateur d'installation solaire

Der hier vorgestellte Solaranlagen-Planer ist ausschließlich für PV-Anlagen geeignet, die als Insellösungen arbeiten. Bei einer Insel-Solaranalge wird der erzeugte Solarstrom in einen Solarakku geladen. Die angeschlossenen Verbraucher werden dann später aus dem Akku mit elektrischer Energie versorgt. Damit die Anlage zuverlässig funktioniert, müssen die einzelnen Komponenten wie Solarmodul, Solarakku und Laderegler elektrisch perfekt aufeinander abgestimmt sein. Zudem muss die Größe der Anlage auf den Energiebedarf der Verbraucher ausgerichtet werden.



Bien dimensionner son installation photovoltaïque

Um die Komponenten einer PV-Anlage als Insellösung berechnen und bestimmen zu können, muss quasi von „hinten nach vorne“ gearbeitet werden.
Im Klartext bedeutet das, dass zunächst die Leistung der jeweiligen elektrischen Geräte festgestellt und die Betriebszeiten definiert werden müssen. Nach den ermittelten Werten richtet sich dann die Größe des erforderlichen Solarakkus.

Damit die dem Akku entnommenen  Energie anschließend wieder zeitnah nachgeladen wird, muss das Solarmodul die optimale Größe aufweisen. Wenn die Größe bzw. die Leistung des Solarmoduls feststeht, kann der dazu passende Laderegler ausgewählt werden.     

Nachfolgend haben wir für Sie die einzelnen Schritte für die Berechnung einer Solaranlagegenauer erläutert. Übrigens: Der von uns zur Verfügung gestellte Online-Rechner arbeitet nach demselben Schema.



Déterminer la puissance nécessaire

Au début de la planification, il faut déterminer le besoin en termes de puissance. Pour ce faire, il convient de déterminer d’abord la puissance nécessaire au fonctionnement des consommateurs. La puissance en W (Watt) est indiquée soit sur l’appareil, soit dans les fiches techniques.

Dans certains cas, à défaut de mention de puissance, c’est la consommation électrique de l’appareil qui est indiquée en mA (milliampère) ou A (Ampère). 

Si ni la puissance, ni la consommation électrique ne sont indiquées sur l’appareil, il faut alors mesurer l’intensité à l’aide d’un multimètre ou d’une pince ampèremétrique. Nous avons expliqué la procédure sur notre guide relatif aux multimètres. 

Si l’on mesure une intensité de 0,5 A pour une tension de 12 V, il est possible de calculer la puissance (P) selon la formule suivante : 

P = U x I (12 V x 0.5 A) = 6 W

Important : 
Plus la puissance nécessaire au fonctionnement des consommateurs est faible, plus le module solaire requis sera petit et bon marché. Pour cette raison, il est judicieux d’utiliser des ampoules LED basse consommation à 12 V au lieu des lampes halogènes 12 V impliquant de fortes déperditions d’énergie. 

Remarque : 
Pour certains consommateurs, comme par ex. des radios, la consommation électrique dépend du volume sonore émis. Dans le cas d’un niveau normal, la consommation électrique réelle est nettement inférieure à la puissance maximale indiquée dans les caractéristiques techniques. 

Hinweis: 
Bei Verbrauchern, wie z.B. Radios und Verstärkern ist der momentane Stromverbrauch von der Lautstärke abhängig. Bei Zimmerlautstärke ist die Leistungsaufnahme deutlich geringer als die in den technischen Daten angegebene Maximalleistung.

Noch ein paar Infos zu Kühlschränken: 
Die Berechnung des Energiebedarfes eines Kühlschrankes gestaltet sich problematisch, da der Kompressor für die Kühlung ja nicht kontinuierlich läuft. Das Verhältnis zwischen Lauf- und Pause-Zeiten ist von vielen Faktoren wie Umgebungstemperatur, eingestellter Kühltemperatur, Isolierung und Befüllungsgrad abhängig. Hinzu kommt noch, wie oft und wie lange die Kühlschranktür offen steht.

Beim Betrieb eines 230 V-Kühlschrankes über einen 12 V-Wechselrichter sollten Sie beachten, dass im Einschaltmoment des Kompressors die aufgenommene Leistung des Kühlschrankes ca. 10 x höher liegt, als die Dauerleistung während des Betriebes. Nicht jeder Wechselrichter ist für derart hohe Einschaltströme ausgelegt.



Betriebsdauer der Verbraucher festlegen

Ebenso wichtig wie die Leistungsaufnahme der Verbraucher ist natürlich auch deren Betriebszeit. Denn es spielt eine große Rolle, ob ein Verbraucher 30 Minuten oder 3 Stunden mit Strom versorgt werden muss. Besonders dann, wenn der Verbraucher viel Strom benötigt. Die Angaben zur Betriebsdauer fließen mit in die Berechnung des erforderlichen Energiebedarfs (siehe nachfolgenden Absatz) ein.



Energiebedarf berechnen

Wenn die Leistung und die Betriebszeiten feststehen, kann der tatsächliche Energiebedarf berechnet werden.
Bei unterschiedlichen Verbrauchern und/oder unterschiedlichen Betriebszeiten, muss der Wert für den Energiebedarf separat berechnet und anschließend addiert werden.

Beispiel: 

In unserem Rechenbeispiel gehen wir davon aus, dass am Abend 2 Lampen mit je 6 W für zwei Stunden leuchten sollen und 1 Lampe mit 10 W soll für 30 Minuten in Betrieb sein. Hinzu kommt ein 12 V Fernseher mit 30 W, der eine Stunde versorgt werden muss.

2 x 6 W = 12 W x 2 h = 24 Wh
1 x 10 W = 10 W x 0,5 h = 5 Wh
1 x 30 W = 30 W x 1 h = 30 Wh

Die benötigte elektrische Arbeit für alle Verbraucher beträgt demzufolge 59 Wh (Wattstunden). Weitere Verbraucher werden bei Bedarf nach demselben Schema ermittelt und das Ergebnis zu den 59 Wh addiert.

Ebenso wichtig wie die Leistungsaufnahme der Verbraucher ist natürlich auch deren Betriebszeit. Denn es spielt eine große Rolle, ob ein Verbraucher 30 Minuten oder 3 Stunden mit Strom versorgt werden muss. Besonders dann, wenn der Verbraucher viel Strom benötigt.



Akkukapazität ermitteln

Bei einer Solaranlage mit einem 12 V Solarakku entspricht der Energiebedarf von 59 Wh einer Akkukapazität von 59 Wh : 12 V = 4,92 Ah(Amperestunden). Das bedeutet: Um alle Verbraucher über den vorgegebenen Zeitraum versorgen zu können, muss der Stromspeicher eine Kapazität von 4,92 Ah zur Verfügung stellen. Damit der Akku nicht zu tief entladen wird und damit in den Zyklenbetrieb(ständiges Entladen und wieder Aufladen) fällt, sollte die entnommene Kapazität max. 20% der Akkukapazität betragen. In diesem Fall muss der Solarakku eine Kapazität von mindestens 24,6 Ah aufweisen.



5. Modulgrösse ermitteln

Die Hersteller geben bei den Solarmodulen immer die maximale Spitzenleistung (Wp = Watt Peak) in den technischen Daten mit an. Allerdings wird dieser Wert nur dann erreicht, wenn die Sonne mit voller Kraft im 90°-Winkel auf das Modul scheint. Sobald die Einstrahlung oder der Winkel nicht passen, fällt die Modulleistung. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass ein Solarmodul an einem durchschnittlichen sonnigen Sommertag über einen Zeitraum von 8 Stunden ca. 45% seiner Spitzenleistung liefert. Um den aus dem Rechenbeispiel benötigten Energiebedarf wieder in den Akku einzuladen, muss das Solarmodul wie folgt berechnet werden:

(59 Wh : 8h) : 0,45 = 16,39 W

Das Solarmodul muss also eine Spitzenleistung von 16,39 Wp oder mehr aufweisen.

Das Solarmodul muss optimal zur Sonne ausgerichet werden.

Unser Praxistipp: Platzierung je nach Sonnenstand

Aufgrund des Sonnenstandes muss ein Solarmodul im Frühling und im Herbst steiler stehen, als im Hochsommer. Aus diesem Grund bietet sich eine verstellbare Halterung für das Solarmodul an. Sollte dies nicht möglich sein, dann sollte das Modul lieber steiler stehen, damit im Frühling und Herbst die optimalste Ausbeute (Ernte) erzielt wird. Im Hochsommer wird der zu steile Winkel durch die längere Sonnenscheindauer kompensiert.

Unser Praxistipp:

Aufgrund des Sonnenstandes muss ein Solarmodul im Frühling und im Herbst steiler stehen, als im Hochsommer. Aus diesem Grund bietet sich eine verstellbare Halterung für das Solarmodul an. Sollte dies nicht möglich sein, dann sollte das Modul lieber steiler stehen, damit im Frühling und Herbst die optimalste Ausbeute (Ernte) erzielt wird. Im Hochsommer wird der zu steile Winkel durch die längere Sonnenscheindauer kompensiert.



Laderegler ermitteln

Bei der Auswahl des Ladereglers ist der Modulstrom das wichtigste Auswahlkriterium

Das elektronische Herzstück einer Photovoltaikanlage

Bei der Auswahl des Ladereglers ist der Modulstrom das wichtigste Auswahlkriterium. Denn wenn der Solarakku voll aufgeladen ist, wird das Solarmodul vom Akku getrennt und über den Regler kurzgeschlossen. Dadurch wird vermieden, dass die vom Solarmodul erzeugte Spannung zu hoch wird und das Solarmodul Schaden nimmt.

Der Modulstrom des Ladereglers muss demzufolge gleichgroß oder höher sein, als der Kurzschlussstrom des verwendeten Solarmoduls. Wenn in einer PV-Anlage mehrer Solarmodule parallelgeschaltet werden, ist die Summe der Kurzschlussströme aller Module maßgebend. Zum Teil übernehmen die Laderegler auch die Verbraucherüberwachung. Sollte während einer Regenperiode ein Verbraucher den Solarakku zu tief entladen, trennt der Regler den Verbraucher rechtzeitig vom Akku.

Unser Praxistipp: Wahl des Ladereglers

Falls Sie planen Ihre PV-Anlage später auszubauen, sollen Sie beim Laderegler nicht sparen und lieber ein Exemplar mit höherem Modulstrom wählen. So können Sie später ein weiteres Solarmodul oder einen zusätzlichen Stromspeicher anschließen ohne den Laderegler wechseln zu müssen. Bei der Verkabelung des Ladereglers sollte ein Kabel mit möglichst großem Querschnitt gewählt werden. Dadurch können die Leitungsverluste für den Solarstrom so gering wie möglich gehalten werden. Bei Bedarf kann in den technischen Daten des Ladereglers nachgelesen werden, für welche Kabelquerschnitte die Anschlussklemmen ausgelegt sind.

Unser Praxistipp:

Falls Sie planen Ihre PV-Anlage später auszubauen, sollen Sie beim Laderegler nicht sparen und lieber ein Exemplar mit höherem Modulstrom wählen. So können Sie später ein weiteres Solarmodul oder einen zusätzlichen Stromspeicher anschließen ohne den Laderegler wechseln zu müssen.



Résumé

Eine Photovoltaik-Anlage zu berechnen bzw. eine Solarberechnung durchzuführen ist im Prinzip recht einfach. Man muss sich nur an die zuvor beschriebenen Schritte halten. Ebenso einfach sind auch der Aufbau und die Inbetriebnahme einer Photovoltaikanlage. Danach ist für Sie das Thema Stromkosten nicht mehr relevant. Denn der solar erzeugte Strom ist kostenlos und laufende Betriebskosten fallen bei Ihrer Photovoltaikanlage auch nicht mehr an. Das sind doch wirklich gute Gründe, sich für Solarstrom zu entscheiden.