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

Bezeichnung
Signstek Solar Panel Regler Laderegler 12V / 24V 240W/480W 30A PWM LCD Display mit Dual USB für...
Empfehlenswert
Steca PR3030 Solarladeregler mit LCD Display und Lastausgang für 12V Verbraucher bis 30A
Für kleine Anlagen ideal
MOHOO Solarladeregler Solarregler 30 A 12 V / 24 V LCD Solarladegerät Ladesteuergerät Stromanzeige...
Vorschaubild
Signstek Solar Panel Regler Laderegler 12V / 24V 240W/480W 30A PWM LCD Display mit Dual USB für...
Steca PR3030 Solarladeregler mit LCD Display und Lastausgang für 12V Verbraucher bis 30A
MOHOO Solarladeregler Solarregler 30 A 12 V / 24 V LCD Solarladegerät Ladesteuergerät Stromanzeige...
Maximale PV-Generatorleistung
240 Wp 12 V / 480 Wp 24 V
360 Wp 12 V / 720 Wp 24 V
360 Wp 12 V / 720 Wp 24 V
Maximale PV-Generatorspannung
40 Volt
47 Volt
50 Volt
Schließt den PV-Generator kurz
Unterstützte Batteriesystemspannungen
12 / 24 V
12 / 24 V
12 / 24 V
Geeignete Batterietypen
AGM, Blei-Säure, Bleigel
AGM, Blei-Säure, Bleigel
AGM, Blei-Säure, Bleigel
Mehrstufiges Ladeprogramm
Monatliche Ausgleichsladung
Temperaturkompensiertes Laden
Einstellbare Abschaltung des Lastausgangs
Spannungsgeführt
Spannungsgeführt oder nach gezählten Ah bzw SoC (Ladezustand)
Spannungsgeführt
Anschlussklemmengröße
6 mm²
16 mm²
6 mm²
Preis inkl. MwSt
25,59 EUR
107,41 EUR
16,27 EUR
Bezeichnung
Signstek Solar Panel Regler Laderegler 12V / 24V 240W/480W 30A PWM LCD Display mit Dual USB für...
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Signstek Solar Panel Regler Laderegler 12V / 24V 240W/480W 30A PWM LCD Display mit Dual USB für...
Maximale PV-Generatorleistung
240 Wp 12 V / 480 Wp 24 V
Maximale PV-Generatorspannung
40 Volt
Schließt den PV-Generator kurz
Unterstützte Batteriesystemspannungen
12 / 24 V
Geeignete Batterietypen
AGM, Blei-Säure, Bleigel
Mehrstufiges Ladeprogramm
Monatliche Ausgleichsladung
Temperaturkompensiertes Laden
Einstellbare Abschaltung des Lastausgangs
Spannungsgeführt
Anschlussklemmengröße
6 mm²
Preis inkl. MwSt
25,59 EUR
Empfehlenswert
Bezeichnung
Steca PR3030 Solarladeregler mit LCD Display und Lastausgang für 12V Verbraucher bis 30A
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Steca PR3030 Solarladeregler mit LCD Display und Lastausgang für 12V Verbraucher bis 30A
Maximale PV-Generatorleistung
360 Wp 12 V / 720 Wp 24 V
Maximale PV-Generatorspannung
47 Volt
Schließt den PV-Generator kurz
Unterstützte Batteriesystemspannungen
12 / 24 V
Geeignete Batterietypen
AGM, Blei-Säure, Bleigel
Mehrstufiges Ladeprogramm
Monatliche Ausgleichsladung
Temperaturkompensiertes Laden
Einstellbare Abschaltung des Lastausgangs
Spannungsgeführt oder nach gezählten Ah bzw SoC (Ladezustand)
Anschlussklemmengröße
16 mm²
Preis inkl. MwSt
107,41 EUR
Für kleine Anlagen ideal
Bezeichnung
MOHOO Solarladeregler Solarregler 30 A 12 V / 24 V LCD Solarladegerät Ladesteuergerät Stromanzeige...
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MOHOO Solarladeregler Solarregler 30 A 12 V / 24 V LCD Solarladegerät Ladesteuergerät Stromanzeige...
Maximale PV-Generatorleistung
360 Wp 12 V / 720 Wp 24 V
Maximale PV-Generatorspannung
50 Volt
Schließt den PV-Generator kurz
Unterstützte Batteriesystemspannungen
12 / 24 V
Geeignete Batterietypen
AGM, Blei-Säure, Bleigel
Mehrstufiges Ladeprogramm
Monatliche Ausgleichsladung
Temperaturkompensiertes Laden
Einstellbare Abschaltung des Lastausgangs
Spannungsgeführt
Anschlussklemmengröße
6 mm²
Preis inkl. MwSt
16,27 EUR

Letzte Aktualisierung am 15.12.2019 / Bilder von Amazon

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

Bezeichnung
Gute Alternaive
Qaurora 20A MPPT Solarladeregler Solarmodul Solarpanel TracerAN Serie mit 12 V/24 V DC automatisch...
Bringt alles mit
Victron SmartSolar MPPT Laderegler 100/30 12V / 24V Bluetooth Dongle integriert SCC110030210 30A...
Preis-, Leistungsverhältnis top
Solar Laderegler MPPT 40A 12V 24V automatische Erkennung Controller mit Display
Vorschaubild
Qaurora 20A MPPT Solarladeregler Solarmodul Solarpanel TracerAN Serie mit 12 V/24 V DC automatisch...
Victron SmartSolar MPPT Laderegler 100/30 12V / 24V Bluetooth Dongle integriert SCC110030210 30A...
Solar Laderegler MPPT 40A 12V 24V automatische Erkennung Controller mit Display
Maximale PV-Generatorleistung
480 Wp 12 V / 960 Wp 24 V
440 Wp 12 V / 880 Wp 24 V
550 Wp 12 V / 1100 Wp 24 V
Maximale PV-Generatorspannung
100 Volt
100 Volt
150 Volt
Schließt den PV-Generator kurz
Unterstützte Batteriesystemspannungen
12 / 24 V
12 / 24 V
12 / 24 V
Geeignete Batterietypen
AGM, Blei-Säure, Bleigel
AGM, Blei-Säure, Bleigel, Li-Ion, LiFePO4
AGM, Blei-Säure, Bleigel
Mehrstufiges Ladeprogramm
Monatliche Ausgleichsladung
Temperaturkompensiertes Laden
Einstellbare Abschaltung des Lastausgangs
Spannungsgeführt
Spannungsgeführt oder nach gezählten Ah
Spannungsgeführt
Anschlussklemmengröße
16 mm²
16 mm²
6 mm²
Wifi Dongle / App Support
Ext. Bluetooth-Dongle / App für Android und iOS
Bluetooth integriert / App für Android und iOS
-
Externes Display anschließbar / Optional erhältlich
Preis inkl. MwSt
95,98 EUR
226,90 EUR
129,90 EUR
Gute Alternaive
Bezeichnung
Qaurora 20A MPPT Solarladeregler Solarmodul Solarpanel TracerAN Serie mit 12 V/24 V DC automatisch...
Vorschaubild
Qaurora 20A MPPT Solarladeregler Solarmodul Solarpanel TracerAN Serie mit 12 V/24 V DC automatisch...
Maximale PV-Generatorleistung
480 Wp 12 V / 960 Wp 24 V
Maximale PV-Generatorspannung
100 Volt
Schließt den PV-Generator kurz
Unterstützte Batteriesystemspannungen
12 / 24 V
Geeignete Batterietypen
AGM, Blei-Säure, Bleigel
Mehrstufiges Ladeprogramm
Monatliche Ausgleichsladung
Temperaturkompensiertes Laden
Einstellbare Abschaltung des Lastausgangs
Spannungsgeführt
Anschlussklemmengröße
16 mm²
Wifi Dongle / App Support
Ext. Bluetooth-Dongle / App für Android und iOS
Externes Display anschließbar / Optional erhältlich
Preis inkl. MwSt
95,98 EUR
Bringt alles mit
Bezeichnung
Victron SmartSolar MPPT Laderegler 100/30 12V / 24V Bluetooth Dongle integriert SCC110030210 30A...
Vorschaubild
Victron SmartSolar MPPT Laderegler 100/30 12V / 24V Bluetooth Dongle integriert SCC110030210 30A...
Maximale PV-Generatorleistung
440 Wp 12 V / 880 Wp 24 V
Maximale PV-Generatorspannung
100 Volt
Schließt den PV-Generator kurz
Unterstützte Batteriesystemspannungen
12 / 24 V
Geeignete Batterietypen
AGM, Blei-Säure, Bleigel, Li-Ion, LiFePO4
Mehrstufiges Ladeprogramm
Monatliche Ausgleichsladung
Temperaturkompensiertes Laden
Einstellbare Abschaltung des Lastausgangs
Spannungsgeführt oder nach gezählten Ah
Anschlussklemmengröße
16 mm²
Wifi Dongle / App Support
Bluetooth integriert / App für Android und iOS
Externes Display anschließbar / Optional erhältlich
Preis inkl. MwSt
226,90 EUR
Preis-, Leistungsverhältnis top
Bezeichnung
Solar Laderegler MPPT 40A 12V 24V automatische Erkennung Controller mit Display
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Solar Laderegler MPPT 40A 12V 24V automatische Erkennung Controller mit Display
Maximale PV-Generatorleistung
550 Wp 12 V / 1100 Wp 24 V
Maximale PV-Generatorspannung
150 Volt
Schließt den PV-Generator kurz
Unterstützte Batteriesystemspannungen
12 / 24 V
Geeignete Batterietypen
AGM, Blei-Säure, Bleigel
Mehrstufiges Ladeprogramm
Monatliche Ausgleichsladung
Temperaturkompensiertes Laden
Einstellbare Abschaltung des Lastausgangs
Spannungsgeführt
Anschlussklemmengröße
6 mm²
Wifi Dongle / App Support
-
Externes Display anschließbar / Optional erhältlich
Preis inkl. MwSt
129,90 EUR

Letzte Aktualisierung am 15.12.2019 / Bilder von Amazon

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.

Kühlschrank mittels Zeitschaltuhr Ein- und Ausschalten

Betreibt man einen Kühlschrank an seiner Photovoltaikinselanlage, ist es wichtig effizient zu kühlen und wenn dabei die Batterien geschont werden können umso besser. Es muss gekühlt werden wenn es draußen warm wird, und das wird es wenn die Sonne scheint. Daher bietet es sich an eine Zeitschaltuhr für den *Kühlschrank zu verwenden.

Bei Sonnenaufgang, wenn die PV-Module beginnen el. Energie zu generieren, nimmt der Kühlschrank seinen Betrieb auf. Die Vorteile liegen klar auf der Hand:

  • Die Lade- und Entladezyklen der Batterien verringern sich
  • Die Batterien halten länger
  • Die Effizienz des Inselsystems steigt und damit sinkt die Wärmeentwicklung

Wichtig ist zu beachten, dass der Kühlschrank an einem möglichst kühlem, schattigen Ort steht. Ist dies nicht möglich, sollte zumindest ein Hitzestau vermieden werden. Ist der Kühlschrank ausreichend isoliert kann er einige Stunden außer Betrieb stehen ohne dass dabei  das Kühlgut sonderlich warm wird. Es empfiehlt sich einige PET-Flaschen, die mit einer Salzwasserlösung gefüllt sind, in den Kühl- und Gefrierraum aufzubewahren. Diese dienen als zuverlässiger Kältespeicher. Das Salz verhindertr außerdem die Algenbildung.

Ich selber nutze unten stehende digitale Zeitschaltuhr für meine Inselanlage und bin vollstens zufrieden damit.

18650 Li-Ion, NiMH, NiCd u.a. effizient an der PV Inselanlage laden

Mignonzellen
Bildquelle: www.pixabay.com

In jedem Haushalt finden sich kleine Zellen, die oft fälschlicherweise als Batterien bezeichnet werden, in einer Vielzahl von Geräten wie; z.B. Fernbedienungen, Taschenlampen, MP3-Playern, Spielzeug etc. Der Umwelt und auch dem Geldbeutel zuliebe wechselten und wechseln die Mehrzahl der Verbraucher auf wiederaufladbare Typen, den Sekundärzellen (Akku’s). Die dominierende Anzahl stellen die sogenannten NiMH (Nickel-Metallhydrid) Zellen dar, gefolgt von den älteren und mittlerweile verbotenen NiCd (Nickel-Cadmium) Zellen. Am bekanntesten sind die Typen AA (20R6) und AAA (20R3). Beide Varianten werden in neuen Geräten immer öfter durch, auf Lithium basierende Zellen, wie die 18650, ausgetauscht.

Wie sollten Kleinstgerätezellen am effektivsten und mit den geringsten Verlusten geladen werden?

Strom ist bekanntlich rar in einer PV-Inselanlage und sollte deshalb am effektivsten genuttz werden. Da stören Verluste durch einen Wechselrichter nur. Daher empfiehlt es sich direkt die Gleichspannung der Inselanlage zu nutzen. Hierbei spielt es auch keine Rolle ob es sich um ein 12, 24 oder 48 Volt System handelt. Wichtig ist nur, dass eine stabile Spannung von 5 Volt bereitgestellt werden. Das lässt sich mit fertigen *Wandlern aus dem KFZ Segment oder durch Eigenbau mittels *DC-Wandler realisieren.

Die Wahl des passenden Gleichspannungsladegerätes

Welches Gleichspannungs- oder Gleichstromladegerät für den jeweiligen Einsatzzweck passt hängt von mehreren Faktoren ab. Diese sollten umfasssen:

  • Die Art der Zellchemie (Ni-MH, Ni-Cd, Li-Ion)
  • Die Anzahl der zu ladenden Zellen
  • Die Häufigkeit der Ladung
  • Eine entsprechende Visualisierung über geladene mAh (milli Amperestunden), aktuelle Ladestromstärke und Ladespannung

Xtar VC4Ich selber nutze seit einigen Jahren ein Xtar VC4. Dieses Ladegerät wird mittels USB auf Hohlstecker Adapterkabel, welches zum Lieferumfang gehört, mit Energie versorgt. Es verfügt über 4 Ladestellen zum laden von Ni-MH, Ni-Cd und Li-Ion Zellen. Um welche Zellen es sich handelt erkennt das Ladegerät voll automatisch. Zudem werden die geladenen mAh angezeigt, was einen Rückschluss auf den Zustand der Zelle, insbesodere der Kapazität ermöglicht. Es kann die Zellen mit maximal 2 Ampere gesamt aufladen. Das bedeutet 4 mal 0,5 Ampere oder 2 mal 1 Ampere. Ni-MH und Ni-Cd werden immer mit 500 mA geladen, 1 oder 2 Li-Ion Zellen (14500, 18650, 24500 etc.) mit 1 Ampere, 4 dementsprechend auch jeweils mit 500 mA.

Fazit

Für Nutzer die täglich mehr als 4 Zellen laden möchten ist das Xtar VC4 natürlich nicht die erste Wahl. Diese sollten zu Geräten mit mehr als 4 Ladeplätzen greifen. Aber für den gelegentlichen Hausgebrauch reicht es allemal.

Verfügbar ist das Xtar VC4 bei *Amazon, Ebay, AliExpress, GearBest oder Banggood.

Fragen und Kommentare zu den einzelnen Beiträgen sind immer gern gesehen.

Ein kleines Resümee über meinen Tracer 4210a

Laderegler MPPT TracerSeit Juli 2016 ist nun der Tracer 4210a von Tingen in meiner Inselanlage verbaut. Bisher wurden über 745 kWh mit einem 770 Wp PV Generator, bestehend aus 36 Zellen (18 V Mpp) Modulen, und aufgrund einer ungünstigen Verschattungssituation sind alle Module parallel geschalten.

Der Tracer lädt meine Trojan TE35 mit den eingestellten Parametern laut Datenblatt des Herstellers zufriedenstellend voll. Die Säuredichte befindet sich bei Prüfung immer im Nennbereich von ~1,28 kG/l. Kleine Kritikpunkte sind:

  • Ein relativ langsames ermitteln des MPP
  • Starke Hitzeentwicklung am MInuspol des PV-Eingangs bei Betrieb mit Stromstärken ab 25 Ampere – Brandgefahr (siehe untere Bildergalerie)
  • Trennung des PV Generators für einige Sekunden und Neuermittelung des MPP bei stark sinkender Batteriespannung, z. B. durch zuschalten einer hohen Last

Die aufgeführten Kritikpunkte können einige MPPT Laderegler wie die Modelle von Victron² besser, sind aber auch um ein vielfaches teurer. Für die semiprofessionelle Anwendung in einer Gartenlaube. Garage oder kleiner Blockhütte genügt ein ausreichend dimensionierter Tracer Laderegler vollkommen.  Wichtig ist ihn nicht zu sehr überzubelegen, wie ich es getan habe, denn das quittiert der Tracer mit einer sehr starken Hitzeentwicklung bei einer relativ niedrigen PV Generatorspannung und hohen Stromstärken. Dem entgegenwirken kann man mit einem kleinen Lüfter der auf die Anschlussleiste bläst.

Aber man schafft sich ja auch im allgemeinen einen MPPT Laderegler an um mit höheren Spannungen des PV Generators arbeiten zu können. Um so Verluste zu minimieren und/oder Material wie Kabel sparen zu können.

Tracer Hitzeproblem 1

Bild 1 von 3

Durch die Hitzeentwicklung löst sich auch die Farbe an der Frontseite des Gerätes.

Für den professionellen Einsatz bei der die Redundanz eine Rolle spielt sollte man zu einem höherwertigen Gerät, wie genannte von Victron, greifen.

Erhältlich sind die Tracer Laderegler unter anderem bei *Amazon oder eBay. Empfehlenswert ist die Betrieb mit dem externen Temperatursensor.

Nachtrag: Das Hitzeproblem lag nicht an dem Tracer, sondern an einer Korrosion zwischen Kabel und gecrimptem Stiftkabelschuh.


²Link zu eBay

Meine Photovoltaik Inselanlage – PIP1212 Anschlussterminal reinigen

Ich habe die Beobachtung gemacht, dass mein PIP1212HS von MPP Solar mit der Zeit die Batteriespannung falsch misst, und zwar geringer als sie tatsächlich ist, und anzeigt. In Folge dessen kann es unter anderem zu einer verfrüheten Abschaltung des Wechselrichters, zum Schutz der Batterie, kommen. Nutzt man ebenfalls den internen Photovoltaik- oder Netzladeregler so wird die Batterie aufgrund der falschen Spannungsermittlung nicht korrekt geladen und erleidet damit einen Kapazitätsverlust bis hin zum totalen Defekt.

Ursache dieses „Phänomens“ ist das, aus Aluminium gefertigte, Anschlussterminal des PIP. Mit der Zeit bildet sich eine kleine Oxidationsschicht, vielleicht gibt es sogar auch eine Kontaktkorrosion, und lässt so einen Übergangswiderstand entstehen. Außer des zuvor genannten Spannungsabfalles wird natürlich auch diese Energie in Form von Wärme umgesetzt.

Um dieses Problem zu beseitigen, löse ich einmal im Jahr die Ringkabelschuhe an dem Anschlussterminal und reinige jeweils die Ringkabelschuhe sowie die Aluminium Profile mit einer kleinen Drahtbürste und *Isopropylalkohol bis beide Teile wieder „blank“ sind und schließe die Kabelschuhe wieder an. Hier sollte vorher der Wechselrichter von der Batterie getrennt werden. Vorzugsweise hat man einen Sicherungsautomaten, NH-Sicherung o.ä. zwischen der Batteriebank und dem Wechselrichter um so die Verbindung für den Fall einer Wartung, Tausch oder Reparatur zu trennen. 

Abschließend empfiehlt sich eine zukünftige Oxidation zu verhindern indem der Kontaktbereich mit, zum Beispiel *Polfett oder Polfettspray „versiegelt“ und so geschützt wird. Außerdem ist es ratsam die Anschlußschrauben regelmäßig auf festen Sitz zu überprüfen.

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Bild 1 von 4

Korrekt angezeigte Batteriespannung am Laderegler

Victron Batteriemonitor BMV-700 Grundeinstellungen vornehmen

Victron BMV 700Jeder Betreiber einer Photovoltaikinselanlage weiß, dass der Speicher bzw. die Batterie die teuerste Komponente in der ganzen Anlage ist. Um einen genauen Überblick zu haben was denn tatsächlich in die Batterie geladen und was entladen wird, empfiehlt sich die Installation eines sogenannten Batteriemonitors . 

Dieser Batteriemonitor ermittelt über einen Shunt die Stromstärke (Ampere) und kann daraus die Kapazität in Ah (Amperestunden) berechnen. Außerdem wird die verbleibende Kapazitätsangabe unter Berücksichtung des Peukerteffekts errechnet. Der in diesem Beispiel dienende BMV-700 von Victron verfügt über ein Relais, das bei einem voreingestellten Ladezustand schaltet. So lassen sich beipielsweise Verbraucher wie Wechselrichter o.ä. abschalten um einer Schädigung der Batterie vorzubeugen.

Wie wird der Batteriemonitor für eine Bleibatterie eingestellt bzw. konfiguriert?

 

Folgende Parameter gelten für eine Bleisäurebatterie:

01. Battery capacity (Batteriekapazität)

Hier empfiehlt es sich 95% der Batteriekapazität (C20) bei einer fabrikneuen Batterie in Amperestunden (Ah) anzugeben. Ab einem Alter von 4 Jahren ca. 85 -90% und ab 6 Jahren 80% der Nominalkapazität.

02. Charged Voltage (Voll-Ladungs-Spannung)

An dieser Stelle sollte die Ladeschlussspannung der jeweiligen batterie eingetragen werden, bei Bleisäurebatterien sind das in der Regel 2,4 Volt pro Zelle. Was 14,4 Volt bei 12 Volt Batterien, 28,8 Volt bei 24 Volt Batterien und 57,6 Volt bei einem 48 Voltsystem entspricht. Genaue Angaben zur Ladeschlussspannung findet man im Datenblatt zur jeweiligen Batterie.

03. Tail Current (Schweifstrom)

0,5% sind hier ein guter Wert. Das bedeutet, zum Beispiel bei einer 100 Ah Batterie, dass wenn noch 500 mA in die Batterie fließen um die Ladeschlußspannung zu halten, diese als voll „angesehen“ wird. Bei älteren Batterien kann dieser Wert höher ausfallen, durch eine längere Beobachtung kann dieser aber einfach ermittelt werden. In dem man am Batteriemonitor abliest wievele Ampere nach Vollladung nötig sind um die Ladeschlußspannung zu halten. 

04. Charged Detection Time (Zeit für Ladezustandserkennung)

05 – 10 Minuten sind hier ausreichend.

05. Peukert Exponent

Die meisten Batteriehersteller schweigen sich leider über den Peukertwert ihrer Batterien aus. Bei neuen Bleisäurebatterien gilt ein Wert von 1,20 – 1,30. 

06. Charge Efficiency Factor (Ladewirkungsgrad )

Unter optimalen Bedingungen liegt dieser bei ca. 95%, in der Praxis werden aber oft nur 92% erreicht. Bei Batterien ab einem Alter von 4 Jahren kann man mit 88% und weniger rechnen.

07. Current threshold (Schwellwert Strom)

Ein Wert von 0,02 – 0,03 Ampere (A) haben sich als bewährt herausgestellt, denn das entspricht in den meisten Fällen dem Energieverbrauch des PV-Ladereglers. 

08. Time-to-go averaging period (Durchschnittliche Restlaufzeit)

3 Minuten sind voreingestellt und auch bei relativ stark schwankenden Lasten (Entladestromstärke) vollkommen ausreichend.

09. Zero current calibration (Einstellung Nullstrom)

Diese Option ist wichtig, falls der BMV-700 einen ein- oder ausgehenden Stromfluss anzeigt obwohl kein Verbraucher angeschlossen bzw. in Betrieb ist, oder die Batterie nicht geladen wird. So kann hiermit der Batteriemonitor kalibriert und auf Null gesetzt werden.

10. Synchronize (Synchronisieren)

Diesen Schritt nur durchführen, wenn zu 99% sichergestellt werden kann, dass die Batterie vollständig geladen ist.


Damit ist die Grundeinstellung für die Batterie beendet. Die weiteren Einstellungen ab dem 11. Menüpunkt, die das integrierte Relais des Victron BMV-700 betreffen, werden in der Bedienungsanleitung ab Seite 147 sehr ausführlich behandelt und Bedarf damit keiner weiteren Erklärung.

Erhältlich ist der Victron BMV-700 bei Amazon, eBay und vielen weiteren Händlern.

Batterien richtig verschalten

Ich sehe mir desöfteren unter anderem Videos auf YouTube von Betreibern von Solarinselanlagen an und es fällt dann doch auf, dass sehr oft mehrere 12 Volt Batterien völlig falsch miteinander verkabelt werden.

Verschaltungsbeispiel unsymmetrische Ladung & Entladung

Als Beispiel werden alle 12 Volt Batterien parallel geschalten über einen Kabelstrang und dann mit dem Laderegler und Wechselrichter verbunden. Die fehlenden Sicherungen mal außer acht gelassen kommt es bei dieser Art der Verschaltung zu starken unsymmetrischen Belastungen. Beim Laden werden die Batterien an den Kabelenden nie richtig geladen und die Batterien am Anfang der Leitungen überladen. Selbiges gilt beim Entladen, die Batterien am Leitungsanfang werden sehr stark belastet. Wohingegen die Batterien am Ende der Leitungen nur minimal einer Belastung unterliegen.

Warum ist das so?

Das liegt ganz einfach an dem elektrischen Widerstand, der je länger die Leitung ist ansteigt.

Wie kann man das Problem beheben?

Verschaltungsbeispiel symmetrische Ladung & EntladungUm das Problem zu beheben oder gar von Anfang an zu vermeiden empfiehlt es sich die Batterien sternförmig zu verschalten. Das heißt alle Verbindungskabel sind gleich von gleicher Länge, beistzen denselben Kabelquerschnitt und sind von gleicher Güte. Diese werden dann auf einen Punkt zusammen geführt.

Bei der symmetrischen Verschaltung werden alle Batterien gleich geladen und entladen.

 

Wie lässt sich das realisieren?

Realisieren lässt sich diese Verschaltung mit sogenannten  Stromschienen oder mittels Bolzen (Maschinenschraube) an der dann die Kabel per Ringkabelschuh zusammen geführt werden.
Zu guter Letzt sollten natürlich auch die Sicherungen zwischen dem Laderegler, dem Wechselrichter und den Verbrauchern in der passenden Ausführung nicht fehlen.

Photovoltaikinselanlage „winterfest“ machen

Bild: wikimedia.org

Ab Anfang November werden die Tage zunehmend trüber und die Erträge gehen stark zurück. Um vor allem die Batterien seiner PV-Inselanlage zu schonen empfiehlt es sich den Inselwechselrichter abzuschalten und alle Verbraucher vom Verbundnetz speisen zu lassen. Einige Wechselrichter bieten einen 230 V Spannungseingang um bei Überlast Strom vom Netz zumischen zu können, wie es die Xtender – Modelle² von Studer  können. Oder bei Überlast auf Netz umschalten wie Multiplus – Modelle² von Victron oder die günstigen PIP – Geräte². Um nur einige Beispiele zu nennen. Alle Geräte haben zudem ein Netzladegerät integriert, je nach Ladezustand der Batterien empfiehlt es sich, diese bei Bedarf vom Netz zu laden.

Den Batterien eine Erholung gönnen

Obwohl die Erträge vom PV-Generator extrem schwinden ist die Übergangszeit vom Herbst zum Frühling bestens geeignet den Batterien eine Auffrischungskur zu verpassen. Besitzt die Inselanlage entsprechende Laderegler mit Ladeprogrammen (meist 3 stufig) und Temperaturkompensation braucht man nichts weiter zu tun. Arbeitet hingegen ein Laderegler mit Festspannung und ohne Temperaturkompensation empfiehlt es sich die Spannung auf Ladeerhaltung (Datenblatt zur Batterie zu entnehmen) einzustellen, das ist vor allem bei versiegelten Batterietypen (AGM, Gel) wichtig. Zu hohe dauerhafte Ladespannungen Beschleunigen die Korrosion an den positiven Platten. Bei Flüssigsäure- bzw. „offenen“ Säurebatterien ist darauf zu achten, dass alle Platten mit Elektrolyt bedeckt sind.

Neues Jahr – neues Glück

Vor Beginn des Zyklenbetriebes im Frühling des neuen Jahres unbedingt die Säuredichte messen und ggf. Wasserverlust des Elektrolytes nach der Vollladung ausgleichen. AGM- und Gelbatterien sollten auf aufgeblähte Gehäuse und Kristallbildung bzw- Flecken an den Anschlusspolen geprüft werden. Ein kurzer Belastungstest mit höheren Stromstärken kann einen ungefähren Anhaltspunkt über den Zustand geben.

 

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Säuredichte messen und bei Bedarf dest. Wasser nachfüllen

Vorwort

Da vermehrt Fragen aufgekommen sind, wie man die Säuredichte einer Nassbatterie misst habe ich dieses kleine How to verfasst. Kommentare, die Kritiken oder ein Lob beinhalten sind gern gesehen.

 

AchtungDer Schutz der eigenen Gesundheit hat natürlich oberste Priorität. Daher empfiehlt es sich eine Schutzbrille, säurefeste Handschuhe und am besten lange Kleidung zu tragen. Falls kleine Säurespritzer auf der Kleindung landen sollten, dann bilden sich Löcher, also nur alte Kleidung während der Prozedur tragen.

 

Vorbereitung

Die Batterien vom restlichen System trennen, das heißt Laderegler und Wechselrichter abschalten, sowie den PV-Generator vorher vom Laderegler trennen. Das Gehäuse der Batterien sollte vorher, nahe der Zellöffnungen, gereingt und dafür gesorgt werden, dass keine umliegenden kleinen Teile in die Zellen fallen können. Um eine relativ korrekte Messung durchführen zu können, die Batterien voll laden und die Zellen eine Weile gasen lassen um das Elektrolyt gut zu durchmischen und um einer Säureschichtung vorzubeugen bzw. entgegenzuwirken.

Säuredichte messen

Hydrovolt spülenZuerst werden die Verschlüsse der Zellen geöffnet. Dann nimmt man einen Säureheber zur Hand. In diesem Beispiel wird ein Hydrovolt verwendet. Ich spüle vor der Benutzung den Säureheber, indem destilliertes Wasser angesaugt und wieder ausgelassen wird, nochmals aus.

 

Hydrovolt Säuredichte gemessenDen Schlauch des Hydrovolts in die Batteriezelle einführen, den Gummiballen des Hydrovolt’s zusammen drücken und wieder los lassen bis die „Messkammer“ komplett gefüllt ist. Danach wird das Elektrolyt wieder durch mehrmaliges drücken des Ballens ausgeblasen. Hier äußerst behutsam und mit Vorsicht vorgehen. Es dürfen keine Fremdpartikel in die Zellen gelangen, denn das führt zur Kapazitätsreduzierung und im schlimmsten Fall zum Zellschluss und defekt der Batterie.

Dieser Vorgang wird für jede einzelne Zelle wieder holt bis die Säuredichte aller Zellen ermittelt worden ist. Im obigen Bild ist eine Säuredichte von 1,285 kg/dm³ zu erkennen, was für eine Banner Energy Bull ein perfekter Wert ist. Die Säuredichtewerte findet man im Datenblatt der jeweiligen Batterie. Nach dem Messen können die Zellen, falls der Elektrolytstand stimmt und kein dest. Wasser nachgefüllt werden muss, wieder verschlossen werden. Der Hydrovolt-Säureheber sollte vor Staub und anderen Verunreinigungen geschützt verstaut werden.


Elektrolytstand mittels destilliertem Wasser auf Soll-Wert bringen

Trichter in ZelleEntmineralisiertes oder destilliertes Wasser nur nachfüllen wenn die Batterie vollständig geladen ist, also die Nennsäuredichte erreicht wurde. Zum Ausgleichen des Wasserverlustes bietet sich die Nutzung eines Trichters, der vor der Verwendung auch kurz gespült werden sollte, an. Die meisten Batterien besitzen in den Zellen einen kleinen Steg, der als Markierung für den maximalen Elektrolytstand dient. Fehlt diese Markierung besitzen die Batterien meist ein transparentes Gehäuse und der Elektrolytstand lässt sich am Gehäuse ablesen. Nachdem erfolgreichen befüllen können die Zellen der Batterie wieder verschlossen werden. Zur Protokollierung der Säuredichte und des Elektrolytstandes in regelmäßigen Abständen empfiehlt sich eine Tabelle.

Anschließend kann der Laderegler wieder in Betrieb genommen werden. Es empfiehlt sich die Batterie mindestens 2 Stunden in der Ausgleichsladephas zu laden um das Elektrolyt umzuwälzen.

 

Der hier im Beispiel genannte Hydrovolt-Säureheber ist bei *Amazon und eBay erhältlich.

Eine Vorlage für eine Batterieprüf- bzw. Wartungsliste kann hier(*.xls Datei) gedownloaded werden.

Tracer Mppt Laderegler ins Heimnetz per Wlan einbinden

Diese Anleitung ermöglicht es auf die Tracer Mppt Laderegler mittels der Software „Solarstation Monitor“ drahtlos über das Heimnetzwerk oder das Internet zuzugreifen.

Was wird benötigt:

Zu Beginn wird das Wlan Modul (ESP01) nach unten genanntem Schaltschema mit dem FTDI USB zu TTL Adapter verbunden. Der FTDI USB Adapter wird nur für den Zweck des Beschreibens des Wlan Moduls benötigt. Natürlich kann dieser Adapter auch für andere Sachen, wie Modellbau genutzt werden.

Wlan Modul ESP01 an FTDI USB Schaltplan

Wichtig ist den Jumper des FTDI USB Adapters auf 3,3 Volt zu setzen, da bei 5 Volt das Wlan Modul zerstört wird. Es empfiehlt sich das Wlan Modul und den FTDI USB Adapter mittels Buchsenstecker(Beispiellink zu ebay) für Stiftleisten zu verbinden. Temporär kann auch eine Lötverbindung geschaffen werden.

Nachdem nun die Verbindung zwischen dem Wlan Modul und dem FTDI USB Adapter nach obigem Schaltplan hergestellt ist, wird der USB FTDI Adapter (inkl. Wlan Modul) mit eurem PC verbunden, ab Windows 7 installieren sich die Treiber für den FTDI Adapter selbst und in der Computerverwaltung ist unter Anschlüsse (COM & LPT) ein USB Serial Port inklusive Adresse (COM7) zu finden. Jetzt gehts ans Beschreiben des Wlan Moduls. Das Programm zum flashen findet man in dem heruntergeladenen und entpackten Softwarepaket im Ordner “ \Tracer Wlan Connection\esp_8266_flash\nodemcu-flasher-master\Win32/64\Release“. Die Datei „ESP8266Flasher.exe“ am besten mit Administratorrechten ausführen. Es öffnet sich folgendes Fenster:

ESP8266 Flashtool1

Dann gehen wir auf Config klicken auf das obere Zahnrad und wählen im anschließenden sich öffnenden Explorerfenster die Datei „boot_v1.5.bin“ aus dem Ordner „\Tracer Wlan Connection\esp_8266_flash\esp-link-v2.2.3“ und wählen in der Spalte nach dem Zahnrad die Adresse 0x00000 aus. Selbes vorgehen in der Zeile darunter und wählen die Datei „user1.bin“ aus dem Ordner „\Tracer Wlan Connection\esp_8266_flash\esp-link-v2.2.3“. In der Spalte hinter dem Zahnrad wird diesmal die Adresse 0x01000 eingestellt. Bei beiden Zeilen sollte ein X erkennbar sein.

ESP8266 Flashtool2

Danach wird auf Operation und anschließend auf Flash geklickt. Nach einigen Sekunden sind dann beide Dateien das auf Modul geschrieben worden. Sollte hier etwas nicht geklappt haben, einfach die vorherigen Schritte jeweils für beide Dateien einzeln wiederholen.

ESP8266 Flashtool3

Jetzt kann das Flashtoolprogramm geschlossen werden. Die verbindungen zwischen dem USB FTDI Adapter und dem Wlan Modul werden bis auf die Stromversorgung(VCC und GND) getrennt und dann wieder mit der USB Schnittstelle eures PC’s oder einer anderen Quelle verbunden.



Das Wlan Modul bootet jetzt, baut ein unverschlüsseltes Wlan unter der Bezeichnung(SSID) ESP-XXXX(X=Zahlen) auf und läuft im Accesspoint(AP) Mode, das heißt ihr könnt euch mit einem Wlan fähigen Gerät, wie Notebook, Netbook, Smartphone oder Tablet mit dem Modul verbinden. Jetzt wird der Browser geöffent und die Adresse „192.168.4.1“ eingegeben. Es erscheint nun das WebInterface des Wlan Moduls. Als erstes wird unter „Pin assignment“ esp-01 ausgewählt und auf Change geklickt.

Wlan Modul WebInterface 1

Danach im linken Menu „Wifi Station“ auswählen und unter „Wifi State“ auf Switch to „STA + AP mode“ klicken. Das bewirkt, dass das Modul nun als Klient mit einem bereits vorhandenen Wlan Netz eine Verbindung aufbauen kann und falls diese Verbindung nicht zustande kommen kann selber ein Wlan Netz aufbaut, um es zum Beispiel wieder konfigurieren zu können.

Wlan Modul WebInterface2

Das Wlan Modul beginnt dann selbstständig nach verfügbaren Wlan Netzen zu scannen. Wenn euer Wlan gefunden wurde könnt ihr euch damit unter Eingabe des Wifi Passwords verbinden. Standardmäßig ist das Wlan modul auf DHCP gestellt, man kann ihm jedoch auch eine statische IP zuweisen.

Wlan Modul WebInterface3

Das Modul ist nun fertig konfiguriert, kann vom USB FTDI Adapter getrennt und auf die mitgelieferte Adapterplatine gesteckt werden. Diese Platine wird jetzt mit dem UART TTL zu RS485 Converter Modul und dieses wiederum mit einem Lan Kabel verbunden. Begonnen wird mit dem Lan Kabel. Beim Tracer sind die Pins der RJ45 Buchse wie folgt belegt.

RJ45 RS485 Belegung

Die Pins 1 und 2 snd meistens Orange und Orange/Weiß, Pin 3 und 4 Grün/Weiß und Blau, Pin 5 und 6 Blau/Weiß und Grün, Pin 7 und 8 Braun und Braun/Weiß. An Pin 1 und 2 liegen +5 Volt an und an Pin 7 und 8 Minus, das ist also die Stromversorgung. Pin 3 und 4 sowie Pin 5 und 6 dienen der Datenübertragung. Diese Leitungen können jeweils gebündelt an die Module gelötet werden.

Wlan Modul mit RS485 Converter und Lan Kabel verbunden

Pin 3 und 4 sowie Pin 5 und 6 kommen jeweils an A+ und B+ am RS485 Convertermodul. Das Lötauge daneben mit chinesischer Schrift bezeichnet wird mit Masse/Minus verbunden, welche noch mit dem Ausgang des RS485 Convertermoduls(GND) und dem Wlan Adaptermodul(GND) verbunden wird. Die Spannungsversorgung, welche an Pin 1 und 2 liegt, wird mit dem Ausgang des RS485 Convertermoduls(VCC) und des Wlan Adaptermoduls(VCC) verbunden. Zum Schluss dann noch jeweils RXD mit RX und TXD mit TX verbinden. Die Lötarbeiten sind damit beendet und die Schaltung kann mit dem Tracer verbunden werden.

COM2TCP Einstellungen

Der letzte Schritt beinhaltet die Installation einer virtuellen Comportsoftware, welche im entpackten Softwarepaket unter „\Tracer Wlan Connection\esp_8266_flash\virtueller_com_port\“ zu finden ist. Dort die Datei namens „COM2TCPInstall_1_4_6.exe“ als Administrator ausführen und den Rechner neu starten. Nach dem erfolgten Neustart COM2TCP ausführen und die IP des Wlan Moduls sowie den Port 23 und den gewünschten Com Port eingeben, dann auf Connect klicken. In meinem Beispiel ist jetzt der Tracer Mppt Laderegler mittels Software unter dem Com Port 10 zu erreichen. Beim Öffnen der Software SolarStationMonitor wird der Regler automatisch gefunden und kann konfiguriert oder die Daten abgelesen werden.

Die Elektronik könnte man noch in einem Gehäuse oder einer Abzweigdose(Beispiellink zu ebay) mittels Epoxidharz oder Heißkleber fixieren und so neben dem Tracer befestigen.

Viel Spaß beim Nachbauen und Fragen dazu gern in die Kommentarbox stellen.

Abb. 1

Für die nicht so handwerklich und technisch Begabten gibt es eine fertige WiFi Lösung(siehe Abb. 1) auf Bluetoothbasis mit Smartphone App. Link zur Wifi Box auf *Amazon, ebay.