Erklärungen und Empfehlungen zu Ladereglern

Der Laderegler ist eine der wichtigsten Komponenten in einer Photovoltaikinselanlage. Er kümmert sich darum, dass die wertvollen Batterien voll geladen und im besten Fall gepflegt werden. Daher ist die Auswahl des Ladereglers ein wichtiger Faktor, der über die Lebensdauer der Batterie entscheidet und damit die Umwelt und ihren Geldbeutel schont.

Dieser Beitrag enthält folgende Themengebiete:

  • Unterschied zwischen PWM- und MPPT-Ladereglern
  • Vergleich der verschiedensten Modelle
  • Kaufempfehlung

Unterschied zwischen PWM- und MPPT-Laderegler

Der PWM-Laderegler

Der PWM-Laderegler bedient sich, wie der Name verrät, der Puls Weiten Modulation. Dies bedeutet, dass der el. Strom vom PV-Generator in Impulsen an die Batterie weitergegeben wird. Das erhöht die Effizienz beim Ladevorgang spürbar. Ein PWM-Laderegler schaltet die Spannung des PV-Generators unberührt auf die Batterien. Um dies zu verdeutlichen folgt nun ein Rechenbeispiel:

Rahmenbedingungen: 12 Volt System, 100 Wp Modul mit 36 Zellen und folgenden Leistungsdaten im Maximum Power Point (MPP) Spannung 17,6 Volt und 5,68 Ampere. Die Batterie ist halb geladen und die Ladespannung beträgt 13 Volt.

13 Volt * 5,68 Ampere = 73,84 Watt

Das bedeutet, dass der PWM-Laderegler 73,84 Watt von den möglichen 100 Watt nutzen kann um die Batterie zu laden.

Vorteile:  

  • Sehr preiswert in der Anschaffung
  • Einfacher Aufbau, leicht selbst zu reparieren

Nachteile:

  • Begrenzte Modulauswahl, meist 36 oder 72 Zellen Module
  • Niedrigere Ausbeute als bei MPPT-Ladereglern

Der MPPT-Laderegler

Ein MPPT-Laderegler beherrscht ebenfalls die Pulsweiten Modulation zur effektiven Ladung der Batterie und hält den PV-Generator im sogenannten Maximum Power Point. Das bedeutet der Laderegler misst und erkennt den optimalen Punkt, bei dem der PV-Generator die höchste Spannung und höchste Stromstärke liefert. Durch Temperaturschwankungen verschiebt sich dieser Punkt täglich mehrmals. So dass der Ertraggewinn gegenüber einem PWM-Laderegler gut mit 30% zu Buche schlägt. Möglich wird das durch eine Besonderheit. Und zwar kann ein MPPT-Laderegler erhöhte Spannung und geringe Stromstärke in eine geringere Spannung und höherer Stromstärke als eingangsseitig umwandeln. Um das anzuschaulich darzustellen folgt nun ein weiteres Rechenbeispiel:

Beispielbild zur Veranschaulichung der Wandlung eines MPPT-Ladereglers
Beispielbild zur Veranschaulichung der Wandlung eines MPPT-Ladereglers

Die Rahmenbedingungen sind wieder identisch: 12 Volt System, 100 Wp Modul mit 36 Zellen und folgenden Leistungsdaten im Maximum Power Point (MPP) Spannung 17,6 Volt und 5,68 Ampere. Die Batterie ist halb geladen und die Ladespannung beträgt 13 Volt. Der MPPT-Laderegler wandelt die 5,68 Ampere auf 6,9 Ampere bei 13 Volt und 95% Wirkungsgrad.

13 Volt * 6,9 Ampere = 95 Watt

Vorteile:

  • Höhere Ausbeute als mit PWM-Laderegler
  • Größerere Flexibilität bei der Modulauswahl

Nachteile:

  • Relativ teuer in der Anschaffung
  • Komplex aufgebaut, Reparatur nur von versierten Nutzern durchführbar

Deutlich zu erkennen ist die höhere Ausbeute von über 20 Watt im Vergleich zu einem PWM-Laderegler. Daher macht ein MPPT-Laderegler besonders dort Sinn wo Platzmangel für die PV-Module herrscht, wie z.B. auf Wohnmobilen, kleinen Gartenhütten und vielen mobilen Einsatzbereichen. Der MPPT-Laderegler holt das Letzte an Energie aus dem PV-Generator heraus.

Welche Kriterien sollte der Laderegler erfüllen um ein langes Batterieleben zu gewährleisten?

Unterscheiden wir 2 Punkte, das Laden und das Entladen.

Wichtige Eigenschaften beim Laden:

  • Temperaturkompensiertes Laden – Temperatursensoranschlußmöglichkeit
  • Mehrstufiges Ladeprogramm – Boost, Equalize und Float (Stark laden, Ausgleichsladen und Erhaltungsladen)
  • Separates Ausgleichsladen einmal im Monat für Blei-Säure Batterien einstellbar bis 2,8 V pro Zelle

Wichtige Eigenschaften beim Entladen:

  • Abschaltung bei Entnahme einer definierten Kapazität (Ah) oder beim Erreichen einer definierten Spannung
  • Unterspannungsabschaltung – Schutz vor einer Tiefentladung (>1,8 V pro Zelle)

PWM-Laderegler im direkten Vergleich

Die Vergleichstabelle konnte nicht ausgegeben werden.

Der Einsatzort und Anwedungsfall sollten die maßgeblichen Kriterien für die Auswahl des Ladereglers darstellen. Den Steca PR kann man unbeaufsichtigt seine Arbeit verrichten lassen. Bei den anderen beiden Modellen sollte regelmäßig nachgesehen werden. Insbesondere bei dem Modell von „MOHOO“ sollte auch nur eine Blei-Säure Batterie zum Einsatz kommen. Da diese auch mal eine falsche Einstellung verzeiht und das Elektrolyt, durch auffüllen von dest. Wasser, wieder auf Sollwert und Stand gebracht werden kann. AGM oder Bleigel Batterien verzeihen keine Fehler beim Laden.

Ein PWM-Laderegler zieht die Spannung des PV-Generators bzw. der PV-Module auf die der Batterie herunter, daher ist die Angabe der Leistung des PV-Generators in Wattpeak nicht bindend. Wichtig ist, dass die maximale PV-Eingangsspannung und die Stromstärke nicht überschritten werden. Besonders wichtig ist dies bei PWM-Ladereglern von Steca da diese den PV-Generator getaktet kurzschließen und der Regler bei einer Überbelegung Schaden nehmen könnte.

MPPT-Laderegler im direkten Vergleich

Die Vergleichstabelle konnte nicht ausgegeben werden.

Bei den Tracern der A-Serie ist zu beachten, dass ohne BT-Dongle oder externem Display keinerlei Einstellungen vorgenommen werden können. Eingestellt sind ab Werk die klassischen Spannungen für Bleibatterien – Bulk (Starkladen) 14,4 V / 28,8 V, Equalize (Ausgleichsladen) 14,8 V / 29,6 V und Float (Erhaltungsladen) 13,8 V / 27,6 V.

Fesweiteren unbedingt die maxile Spannung des PV-Generators einhalten. Ebenfalls sollte bedacht werden, dass die Spannung bei kühleren Temperaturen steigt, hierzu das Datenblatt der Module beachten – Stichwort Temperaturkoeffizient.