Sinn und Unsinn von 12 V DC-Inselanlagen

(erstmals erstellt 2001, zuletzt aktualisiert Februar 2022)

Bei den meisten Gleichstrom-Anwendungen denkt man an eine Spannung von 12V.

Das kennt man noch vom Physik-Unterricht, dem normalen Auto, genauso wie beim Wohnmobil oder Boot. Und auch die meisten kleinen Solarstrom-Inselanlagen, egal ob mobil oder ortsfest, werden so aufgebaut. Solange man sich im wirklich kleinen, überschaubaren Bereich bewegt (Tagesverbrauch bis ca. 500 Wh/d, bzw. ca. 200 Wp Solar-Leistung), ist das auch gut und vernünftig. Für "ein bisschen Licht oder Musik" aus einer Solarbatterie bedarf es meist keiner höheren Spannung oder Wechselstrom. Hierfür gibt es auch eine große Auswahl an passenden, sparsamen DC-Verbrauchern (siehe Freizeitzubehör) und günstige Regelungs- und Schutzvorrichtungen.
 

Vor allem bei ortsfesten Systemen geht der Trend heute aber zu immer größeren Anlagen.

Es wird auch immer häufiger eine Ganzjahres-Nutzung gewünscht. Sowohl im Kleingarten, Ferienhaus oder normalen Wohnhaus setzt man auf Solarstrom, evtl. kombiniert mit einem Windrad. Wenn dann ein Kühlschrank angeschafft werden soll, nehmen dann Viele, wegen der leider bereits vorliegenden 12 V-Spannung, entweder die völlig sinnfreien Absorber- oder auch teure Kompressor-Geräte aus dem Camping-Bereich. Für viel Geld und noch mehr Stromverbrauch, geht die Batterie jede Nacht in die Knie. Wird dann nach und nach ergänzt, kommen oft höchst fragwürdige 12 V-Systeme mit 1000 Wp und mehr Solargenerator-Leistung heraus, die dann nicht nur unterm Strich viel teurer ausfallen, sondern auch weniger Ertrag bringen und unsicherer sind - als wenn man es gleich richtig gemacht hätte...
 

Meist bedarf es dann mehrerer Solarladeregler, da einer alleine Ströme um 80 A nicht verarbeiten kann, bzw. unbezahlbar wäre. 

Parallel geschaltete Solarmodule reduzieren zwar Verschattungsverluste, aber durch die meist viel zu dünnen, heiß werdenden, Kabel geht ganzjährig viel Energie verloren und auch die Brandgefahr nimmt zu. Außerdem arbeiten die meisten Regler dann nicht vernetzt, sondern jeder für sich = uneffektiver. 

Weiterhin bleiben Einsteiger dieser Systeme dann oft bei den reinen, kleinen 12 V-Modulen und zahlen im Verhältnis viel mehr, als bei den heute gängigen Großmodulen. Andere nehmen dann zwar ein großes 300 Wp-Modul, schauen aber nicht auf die Spannungs-Daten und betreiben es sehr verlustreich am Billig-Regler mit 12 V, der manchmal mehr als 50% der möglichen Energie verschenkt.

Kommt dann doch irgendwann ein Wechselrichter dazu, haben wir auf der 12 V-Seite dann wieder riesige Ströme, die, die sowieso schon strapazierten, parallel verschalteten, Batterien und Wechselrichter stärker belasten. Meist liegen auch die Preise für große 12V-Wechselrichtern höher - bei geringerer Lebensdauer und schlechterem Wirkungsgrad, als wenn sie auf 24 oder 48 V laufen. 

Auch bei Solarladereglern, Schaltern und Sicherungen sorgen die anteilig höheren Ströme für stärkere, teuere Modelle und u.U. schnellere Abnutzung. Große Ströme sind für viele Batterie-Typen nicht nur grundsätzlich schädlicher, sondern sie sorgen auch immer für eine überproportional schnellere Entladung (Peukert-Effekt).
Zum Verständnis: 1000 W geteilt durch 12 V = über 80 A = Hochstrom! Das Gleiche auf 48 V wären nur noch ca. 20 A = relativ "normale" Stromstärke.

Vermeintlich Clevere kaufen dann in der Bucht oder bei Alibaba irgendwelchen China-Ramsch der mit riesigen Strom-Leistungen beworben wird und dennoch kaum mehr kosten will, als die übl(ich)en Mini-Geräte. Irgendetwas bleibt dann dabei auf der Strecke. Neben Arbeitern und Umwelt ist es dann entweder die Sicherheit, die Effizienz oder die Haltbarkeit. Mit ein wenig Pech kommt alles zusammen... 
 

Wird, für schlechte Tage, mit Notstromer gearbeitet, hat das 12V-System weitere Nachteile.

Der Ladeausgang eines Benzingenerators (egal ob nur 1 oder gar 5 kW) hat in der Regel max. 8 A = ca. 100 W. Das heißt, die flüssige Energie wird zwar verbrannt, bleibt aber weitgehend ungenutzt - auch wenn Inverter-Modelle ihre Drehzahl ein bisschen der benötigten Leistung anpassen. Sinnvollerweise hat man ein gutes (Netz-)Ladegerät, das dazwischen geschaltet wird, um den Ladestrom zu erhöhen und das Aggregat besser auszunutzen. 12V-Geräte mit 30 A sind aber schon recht teuer. Wir setzen dann eher Kombi-Wechselrichter ein, die schon ein starkes Ladegerät beinhalten und bei 24 oder gar 48 V, kommen wir dann schnell auf effiziente Ladeleistungen um 1000 W und mehr! Die Batterie freut sich darüber, der Anlagenbetreiber erst recht und die Umwelt sowieso.

Mancher, in windigen Gegenden, möchte statt eines Verbrenners lieber mit Windkraft seine Insel-Anlage in dunklen Zeiten unterstützen. Das ist grundsätzlich recht clever. Hat man sich aber für das 12V-System entschieden - eher nicht. Da ein Windrad auf dem Hausdach nichts verloren hat, ist es wichtig das Ganze möglichst weit entfernt, auf einem hohen Mast, zu montieren. Dann kommen aber schnell zig Meter Kabel zusammen. Möchte man, dass von der Ladespannung und Leistung auch noch etwas in der Batterie ankommt, bracht man starke Kabel, die dann teuer werden. Handelt es sich, wie so häufig, um eine recht kleine Batterie, macht der Regler, beim Hochfahren des Windrades, wenn´s mal richtig stürmt, aber auch schnell "zu".

Auch nicht alle DC-Verbraucher (z.B. LED!), für die man das 12V-Insel-System aufbaut, vertragen die abweichenden Spannungen (11,5 - 15 V), die je nach Ladezustand der Batterie im System vorliegen können. Meistens sind sie auch teurer, aber weniger hochwertig, weil aus dem billigen Freizeit-Segement.

Zusätzlich stellt sich dann gelegentlich noch ein kaum zu durchschauendes Kabel-Wirrwarr ein. Aber man wollte ja unbedingt einmal ein, vom laienhaften Freund (oder dem tüchtigen, aber ahnungslosen Verkäufer) empfohlenes, vermeintlich einfaches 12 V-System oder sich von den angeschafften Produkten nicht trennen. Daraus wird dann nie etwas wirklich Vernünftiges!... Besser wäre dann gleich die richtige, nachhaltige Planung!
 

Mittlerweile geht man auch in anderen Bereich auf höhere Spannungen über - weil eben viel verlustärmer.

Nachdem eine gewisse Zeit auf 36, bzw. 42 V gearbeitet wurde, nehmen seit 2014 die Pläne zu, künftig im Auto 48 V einzusetzen. Gerade weil es immer mehr elektrische Verbraucher gibt oder teilweise sogar mit Strom gefahren wird, ist eine bessere Effizienz unbedingt notwendig. Warum also nicht auch in der autarken Solarstrom-Inselanlage?

Bei kleinen Akku-Werkzeugen kannte man in den Neunzigern 6, 9 oder 12 V. Aber heute ist man eher bei 18, 24 oder 36 V. Pedelecs begannen mit 24 V, 36 V sind heute normal, doch innovative Anbieter setzen nun bei Motoren und Batterien auch 48 V. 

Auch größere Gartengeräte und Werkzeuge haben immer öfters 36, 48, 60 und manchmal 72 oder sogar 96 V! Nicht ohne Grund!
Im parallel laufenden Trend, netzgekoppelte Solarstrom-Anlagen mit Strom-Speichern zu erweitern, geht man mittlerweile sogar in den DC-Hochvoltbereich von bis zu 500 V! Elektro-Autos haben meist eine 400 V-Batterie, neue Große gar 800 V!
Warum? Weil es, wie oben ausführlich dargestellt, grundsätzlich viel effizienter und günstiger ist...

Viele Gründe, erweiterbare Anlagen "weitsichtig" zu planen.
 

Fazit:

kleine sommerliche Solar-Spielereien und reine DC-Systeme, bis ca. 200 Wp sind in 12 V gut auszuführen, Bastler und Freaks haben ihren Spaß daran. 
Soll das aber eine ganzjährige, zuverlässige, evtl. auch ökologisch/ökonomische Anwendung werden, sind andere Maßstäbe anzulegen und das Ganze vernünftig aufzubauen = höhere Spannungen im System und Wechselstrom bei den Verbrauchern!

24V nehmen wir darüber und wenn, neben AC-Verbrauchern, auch viel mit DC-Geräten gearbeitet wird. Aber spätetsten bei 1 kWp sollte Schluss sein. Wir nehmen meist ab 600 Wp Modulleistung 48 V - abhängig von den Details.
 

Warnung:

man findet im Netz schöne, selbstgemachte Homepages von Menschen, die ganz genau das Gegenteil behaupten und den Eindruck hinterlassen, damit glücklich zu sein. Sinnigerweise wird dann auch noch mit Strom geheizt und man hat kein Problem damit, Menschen oder gar (Solar-)Firmen um Spenden für ihre teils spinnerten Ideen anzuhauen. In einigen Situationen kennen wir weitere Hintergründe, die das angeblich so Tolle dann ganz anders erscheinen lassen, als auf der fröhlich-bunten Homepage dargestellt. In anderen Fällen wurden die Projekte mittlerweile stillschweigend abgebrochen. Auch im hippen Tiny-House hat ein "easy" 12 V DC-System eigentlich nichts verloren - es sei denn, man verzichtet auf Kühlschrank & Co!

Klingt komisch, ist aber so.

Wir haben 1988 (!) auch einmal so begonnen - und seitdem sehr viel dazu gelernt...
Hatten 1999 die meisten unserer Insel-Anlagen gerade mal 100 Wp Leistung und 2009 dann vielleicht 500 Wp, kommen unsere ganzjährigen, autarken Anlagen heute sehr häufig auf 2 oder 3 kWp. Und manchmal auch noch viel mehr... 
Alle gemeinsam haben sie, dass sie gründlich geplant wurden und somit Jahrzehnte genutzt werden können. Nicht Wenige laufen heute, nach über 20 Jahren, immer noch einwandfrei. Dafür gibt es gute Gründe.

Wir liefern auf Wunsch Produkte auch für solche, weniger sinnvollen Anwendungen mit kleiner Spannung (Solarstrom-Komponenten und Verbraucher). Planungen dazu führen wir aber nicht mehr durch. Das kostet viel zu viel Zeit, Energie und manchmal Nerven, die wir sinnvoller nutzen müssen.