Mobil mit der Kraft der Sonne!

Netzstrom ist nicht wirklich die Lösung für die Elektromobilität! Schon heute könne die Elektromobilität sehr viel effektiver und ökologischer sein, wenn wir sie nicht ausschließlich aus der Steckdose nachladen müssten. Denn konventionelle Stromanbieter arbeiten meist mit einem sehr schlechtem Wirkungsgrad für die Umwelt. Es wird bei der Stromerzeugung oft so viel Abwärme produziert, dass unterm Strich, von der eingesetzten Energiemenge, vielleicht bestens noch 50% übrig bleiben.

Aber auch jeder noch so ökologische Öko-Stromanbieter ist auf das öffentliche Strom- und Versorgungsnetz angewiesen, bei dem bekanntlich durch die weiten Transportwege und Umspannwerke auch sehr große Verluste (bis zu 35%) einfach in Kauf genommen werden. Eine dezentrale Lösung ist auch hier wieder mal gefragt.

Solarstrom in Insel-Anlagen ist hier leider auch nicht effektiv genug

Das Ganze geht natürlich auch mit einer Solaranlage inkl. Pufferspeicher und einem 230V-Spannungswandler in dem wir dann unser Lithium-Ladegerät einstecken können. Leider sieht es auch in Insel-Solar-Anlagen mit der Effektivität nicht viel besser aus. Hier wird üblicherweise mit dem Solarstrom erst einmal die 12V oder 24V Pufferbatterie aufgeladen, dann auf 230V hochtransformiert, nur um durch das Lithium-Ladegerät wieder auf die jeweilige Akkuspannung runter transformiert zu werden. Umständlicher geht’s wohl leider kaum, und jedesmal gibt es dabei viele unnötige Verluste.

Eine Bleibatterie hat beim Aufladen nur einen Wirkungsgrad von max. 80%. Selbst ein noch so guter Sinuswandler schafft reell höchstens 90%. Rechteckwandler oft nur um die 70%. Zuletzt noch mal das Ladegerät mit ca. 75% Wirkungsgrad, weil es ja meist sogar noch durch einen Lüfter gekühlt werden muss. Also verlieren wir am Ende auch fasst die Hälfte des Solarstroms durch all diese Prozeduren.

Aber so geht’s: Lithium-Batterien mit Solarpanelen direkt aufladen

Die Lithium-Batterien direkt von der Sonne wieder nachzuladen, ist natürlich am effektivsten, weil es hierbei keine Transport- oder Umwandlungsverluste gibt. Vor Jahren hatte ich schon mal in Bayern ein E-Bike bei einer guten Freundin gesehen, das sie mit Solarzellen wieder aufladen konnte.

Solarpanele zum Direktaufladen
© Solarmichel
Es ist doch wirklich kaum zu glauben, wieso macht das denn nicht jeder? Denn jetzt wo die Sache hier nach fast 2 Jahren Entwicklungszeit endlich wunderbar läuft ist klar geworden, dass es im Grunde wirklich ganz ganz einfach ist. Außer einer kleinen Firma in der Schweiz, die wegen viel zu geringer Nachfrage leider überaus teuer ist, hatte sich tatsächlich wohl noch niemand an die passende Regeltechnik gewagt.

Jahrelang haben wir immer nur die schwarzen Kisten aus China an unsere Akkus rangelassen und uns keine weiteren Gedanken dazu gemacht. Wo sind nur all die Erfinder abgeblieben? Wir Deutschen waren doch einst die größten Erfinder der Welt. Doch zur Zeit verpennen wir eine zukunftsweisende Technologie nach der anderen. Die gesamte LiFePo4-Fertigung weltweit befindet sich noch immer komplett in China! Selbst der hochgepriesene deutsche E-Bike-Mittelmotor von BOSCH hat einen Motor „Made in China“ eingebaut.

Wenn die hiesige Industrie noch weiter verpennt, heißt es um so mehr für uns kleinen Leute die gute Sache weiter voranzubringen, denn die dazu benötigte Regeltechnik ist jetzt selbst für Elektronik-Anfänger ganz einfach nachzubauen.

Um E-Bike-Akkus zu laden brauchen wir mehrere Solarpanele in Reihe

Solarpanele mit E-Bike
Mobiles Laden mit ausgeklappten Panelen © Solarmichel

2 Panele (40V) für einen 24V Akku, 3 Panele (60V) für einen 36V Akku, und 4 Panele (80V) für einen 48V Akku. Bitte darauf achten, dass die verwendeten Solarpanele alle etwa die gleiche Leistung haben und beim Laden nichts abgeschattet werden kann.

Der Ladestrom der Module sollte für den zu ladenden Akku angemessen sein. Für kleine Akkus bis 7Ah besser nur 50W Panele verwenden. Ladestrom ist dann etwa 2,5A. 90W Panele taugen für größere Akkus bis 20Ah, die dann mit ca. 4,5A laden.

E-Bike beim aufladen mit Solarstrom
Mobiles Laden mit Koffer © Solarmichel

Aber auch ein kleines transportables und zusammenfaltbares Solar-Ladesystem mit 4x 20W Solarmodulen in Reihenschaltung kann manchmal sehr praktisch sein. Es kann einen 48V/10Ah-LiFePo4-Akku mit 16 Zellen an nur einem guten Sonnentag wieder ganz voll laden.

Regler-Kiste mit 12V Ladegerät
© Solarmichel

Dieses System hier auf dem Bild ist auch ganz einfach umschaltbar und dann als 12V Ladegerät z.B für Werkzeugakkus mit 4 Zellen zu verwenden. Auf der Rückseite der Module befindet sich dazu eine Regler-Kiste mit den Umschaltern zwischen 12V und 48V, zwei 2-Stufen-Reglern mit den dazu passenden Hochlastwiderständen. Auch ein Set aus 4 selbstbau Balancern zum Laden für 12V Akkus. Alles findet hinter dem Plexiglas bequem seinen Platz.

Für eine detaillierte Bau-Anleitung mit Schaltplänen siehe meine Blogs unter: solar-direkt-laden.blogspot.com.es und lithium-balancer.blogspot.com.es

Elektro-Autos könnten Einspeise-Solaranlagen nutzen

Wer ein Elektro-Auto direkt aufladen möchte braucht schon eine sehr große Solar- Anlage mit großen Spannungen die dann auch nicht mehr ganz so ungefährlich sind. Eine Solar-Anlage im Kilowatt-Bereich ist auch immer eine sehr große Investition, die rentabel sein muss und auch nicht nur ausschließlich zum Auto-Aufladen genutzt werden sollte. Nur für die Zeit des Auto-Ladens, könnten wir dafür passende Strings mit 120V (für 72V-Akkus) oder 160V (für 96V-Akkus) aus einer solchen großen Einspeise Anlage abkoppeln. Als Faustregel benötigen wir pro LiFePo4 Zelle etwa 5V Modulspannung. Die Ladezeiten richten sich je nach Modulgröße und dem Abgabestrom. Für die, die es eilig haben können auch zwei oder gar mehrere Strings parallel geschaltet werden.

Doch Achtung! Bei diesen großen Spannungen ist hier auch große Vorsicht geboten. Die Strings dürfen niemals unter Last abgetrennt werden!, da sonst ein Lichtbogen die Stecker und Kontakte verbrennen würde. Aber eine praktikable Lösung mit elektronischen Hochlast-Relais sollte hier für gute Solar-Installateure kein wirklich großes Problem darstellen.

Solar-Strings

Doch ohne eine gute Regel-Elektronik geht’s leider nicht

Wer die empfindlichen Lithium-Akkus beim Solar-Direktladen durch versehentliches überladen nicht schwer beschädigen will, der muss einen Regler haben, der beim Erreichen der maximalen Ladespannung die Solarpanele vom Akku trennt. Doch damit ist noch nicht genug. Damit die Balancer, die ja meistens im Akku eingebaut sind, zuverlässig arbeiten können, muss der Ladestrom etwa 1V vor Erreichen dieser Lade-End-Spannung zusätzlich auf ca. 0,5A begrenzt werden. Eine Zwangsabschaltung des gesamten Ladestroms bei überschreiten der Maximal-Ladespannung von nur einer einzelnen Zelle wäre, zumindest für Elektro-Autos noch wünschenswert. Doch für die meisten ist dieser Aufwand etwas zu kompliziert und im Normalfall auch nicht wirklich praktikabel genug. Es bietet nur dann eine weitere Sicherheit, wenn eine oder mehrere Zellen eh schon am Absterben sind. Doch wenn alle Zellen halbwegs gesund sind, reicht die Abschaltung über die Gesamtspannung durchaus aus.

2-Stufen-Regler für 48V-LiFePo4 Akkus
© Solarmichel

Die von uns entwickelten Schaltungen (hier auf dem Bild ein 2-Stufen-Regler für 48V-LiFePo4- Akkus, mit 16 integrierten Balancern und einfachen selbstbau Volt und Ampere-Meter zur übersichtlichen Ladekontrolle) ist speziell für den einfachen Nachbau konzipiert worden.

Es wurde dabei absichtlich auf all zu komplizierte Elektronik verzichtet, aber ohne dabei die ausreichende Genauigkeit in Frage zu stellen. Die verwendeten Bauteile lassen sich für wenig Geld beschaffen, oder können manchmal sogar aus altem Elektronik-Schrott recycelt werden. Die Schaltung arbeitet mit ±0,05V super genau, ist aber sehr empfindlich gegen Staub und Feuchtigkeit, also immer in einem Gehäuse unterbringen. Wegen den verwendeten Zehner Dioden können große Temperaturschwankungen in der Umgebung die Schalt-Spannungen leicht verändern. Was aber mit einer Voreinstellung von etwa einem halben Volt Sicherheitsabstand zur Maximal-Nennspannung niemals gefährlich werden sollte. Siehe dazu die detailierte Bauanleitung in meinem Blog.

Solar-Direktladen für ein noch reineres Umweltgewissen

Für mich hat sich der Fahrspass mit meinen E-Mobilen dadurch nochmal deutlich erhöht. Die Energie zum Fahren effektiv und selber zu erzeugen empfinde ich als einen unbeschreiblichen Luxus. Es ist auch ein schönes Gefühl ganz ohne den Elektrosmog des 230V Systems und ohne den nervigen Lüfterlärm des Ladegeräts laden zu können.

Ich wünsche euch viel Spaß beim Nachbauen und fröhliches Fahren mit der puren Energie der Sonne! Bei weiteren Fragen wendet euch gerne an mich: solarmichel(at)hotmail.com

Einfälle statt Abfälle: Solarstrom in 12V Anlagen
Solarstrom in 12 Volt Anlagen von Michel Daniek Preis: 5.00 EUR
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Solarmichel
Autor Michel Daniek alias Solarmichel ist Solarexperte, Allesreparierer und Bewusstseinsforscher. Sein Lebenswerk ist es, in vielen Bereichen eine ökologisch nachhaltigere Lebensform zu finden. Er arbeitet seit Jahren in einem alternativen Netzwerk in Südspanien. Er ist Jahrgang 1964, verheiratet, hat 2 Töchter. Er publizierte seit 1998 verschiedene Bücher und Artikel in England, Spanien und in Deutschland. Sein bekanntestes Werk ist ein kleines Einsteiger-Heft über „Solarstrom in 12Volt Anlagen“, das in Deutschland bei „Einfälle statt Abfälle“ erschienen ist. Es wurde ins Englische und Spanische übersetzt und ist auch dort bei bekannten Verlegern publiziert worden. Es befasst sich mit Möglichkeiten ganz unabhängig von den Stromkonzernen zu werden und mit Insel-Solaranlagen Lernfelder für ein neues Energie-Bewusstsein zu schaffen. Das deutsche Heft ist erhältlich bei: Einfälle statt Abfälle und Amazon. Mehr über Michel Daniek und seiner Geschichte gibt es auf michelgeschichten.

5 Kommentare

  1. Hallo,
    nach langem Suchen bin ich auf deine Seite gestoßen.

    Ich besitze ein Velomobil, dass mit einem Elektromotor und einem 48 V 20 A Akku ausgestattet ist.

    Bei Pearl gibt es Solar-Powerbanks mit 24 V 20 A mit einem Entnahmestrom von 4A. Meine Überlegung ist, diese zur Verlängerung der Fahrzeit auf das Velo zu packen und in Reihe zu schalten. Da wären dann 72 V

    Könnte das klappen oder zerstöre ich damit irgend etwas?

    Liebe Grüße

    Lothar

  2. Hallo Lothar,

    wie schon im Artikel hier erwähnt benötigt man eine Ladeelektronik welche an Deinen Akku angepasst ist, um diesen zu laden. Zum anderen werden leistungsstarke Solar-Panels benötigt. Somit ist eine Mindestgrösse der PV-Fläche notwendig damit es auch brauchbare Ergebnisse liefern kann. Ein mögliche Lösung ist der SRE-1 Ebike-Anhänger. Er hat die Elektronik an Bord, welche nicht nur das autarke Laden der Ebike-Akkus ermöglicht, sondern auch die Reichweite deutlich vergrössert. An sonnenreichen Tagen liefert das System 1000 Wh/Tag (wärend der Fahrt), was 2 grossen Bosch Akkus entspricht. Hiermit sind Touren über 200 km/Tag möglich. Der Anhänger besitzt ein leicht zu entfernendes Solarpanel, so dass er im Stadtverkehr sehr kompakt gefahren werden kann, z.B. für Einkäufe oder sonstige Transporte. Das Auto kann öffter in der Garage stehen bleiben. Der Ebike-Akku hält übrigens deutlich länger, da die Ladezyklen duch die zusätzliche Energie im Betrieb stark heruntergesetzt werden. Details gibt es aus: http://www.facebook.com/SolarRangeExtender

    MfG. Dipl.-Ing. M.Premuzak

  3. Hallo, soetwas dachte ich mir schon lange. Das unnötige Konvertiere in den Bereich. In unserem Fall ist die Überlegung an eine Standard PV Paneele, sind bestimmt 300 Watt die wir noch haben. Direkt 2x 12Volt Blei Akkus zu laden. Aber über einen Stecker mit 3 Kontakten. Wie auf diesem Bild. eet-kessler-shop.de/WebRoot/Store14/Shops/63673095/51B8/352C/7EE8/729F/51F9/C0A8/29B9/BE9F/Automatik_Ladegeraet_fuer_E-Mobil_24V_5A-005.jpg
    Das Kabel habe ich von einem Defekten 24 Volt 8A Ladegerät entfernt. Am Ende sind nur ein Schwarzes und weißes Kabel. Vermutlich wird im Stecker das schwarze Kabel welches der Plus sein wird geteilt. Somit müssten eigentlich 24 Volt durchlaufen. Glaube nicht das es 12 Volt sind und dann geteilt werden. Wenn ich direkt an der Ladebuchse am Elektro Gerät die beiden Parallelen Eingänge Messe liegen bei voller Ladung ca. 24-26 Volt an. Ich denke es wäre Sinnvoll direkt über diese Buchse zu laden. Ansonsten müsste ich vom Laderegler aus extra Anschlüsse und Kabel zu den Batterien legen. Aber das muss doch machbar sein. Und effektiver als das hin und her Umgewandel mit Stromverlusst. Eine Batterie haben wir momentan aber nicht als Speicher. Wenn müsste die ja bestimmt 120Ah haben bei 2 12 v Batterien mit 55ah. Der Laderegler den ich damals zum Modul gekauft habe hat denke ich auch 24 Volt Ausgang. Wenn ich damit Geräte bedienen kann oder irgendwelche Batterien mit 24 Volt die evtl. In Reihe geschaltet wurden,müsste das doch auch so gehen. Das ist bestimmt einfacher Möglich als Lithium Akkus zu laden. Vorher wo die Paneele im Garten war wurden so ja auch 12 Volt Batterien geladen. Wäre das wirklich so einfach möglich? Ist doch wirklich Unsinn den Inselsolarumwandler zwischen zu schalten. Dann müsste ich eine Extra Batterie kaufen. Vielen Dank im Voraus.

  4. Genial einfach und je mehr man darüber nachdenkt, umso mehr Sinn macht diese simple Ladeschaltung – die Elektronen so wie sie daher kommen vom Solarpanel in den Akku schütten – die Panelspannung bricht von selbst auf das Niveau des Akkus zusammen. Vielleicht nicht unbedingt für Anwendungen, wo man während des Ladens noch Verbraucher betreiben will bzw. bei einem defekten Relais nicht die 18V Panel direkt auf den Geräten haben möchte… aber für’s Standalone laden des eBike Akku… scheint mir die perfekt simple Lösung für das Laden eines 2. Akku in meinem angedachten “Fahrrad-Wohnwagen mit Solarpanel” zu sein.
    Hat jemand Erfahrungen, wenn der zu ladende Akku eine BMS mit Überspannungsschutz hat? Der wäre ja durchaus wünschenswert, um eine zusätzliche Sicherheitsstufe z.B. bei defektem Relais zu haben und das Zerstören des Akkus durch Überladung wirksam zu verhindern, aber wäre das BMS beim Andocken an die Ladeschaltung vielleicht nicht etwas nervös und würde zu schnell auslösen?
    Weiters: Würde es weiters Sinn machen, einen Schalter vorzusehen, mit dem man die Relais (“Ladgerät”) erst aktiviert, nachdem der Akku angesteckt wurde? Würde das die Steckkontakte des Akkus signifikant schonen oder gehen wir davon aus, dass das bei z.B. 4.5A Ladestrom eh keine Rolle spielt?
    Und eine Überlegung zum Schluss: wieso die LI-Akkus immer auf 100% aufladen wollen? Ich könnte mir vorstellen, mich mit einer einzigen Instanz der Ladeschaltung (1 Relais, keine “Volladung” mit Last-Vorwiderstand) und somit einer Ladeschlussspannung zufrieden zu geben, die vielleicht 85-90% der Volladung entspricht – wir haben ja hier keinen Blei-Akku, der sich darüber besonders freut und wir vermeiden das besonders gefährliche Überladen von vornherein und betreiben den Akku im lebensdauerschonendsten Bereich – siehe auch entsprechende Ideen auf Amumot und die cleveren Lade-Optionen bei Lenovo-Notebooks (Akku-Schonprogramm, bei welchem immer nur auf 90-95% aufgeladen wird). Wenn man sich dann noch den Luxus erlauben kann, dank 2. Akku oder 3. Akku nur auf je 20-30% der Kapazität zu entladen, dürfte man mit der höchstmöglichen Lebensdauer rechnen können. Die Balancer tun doch schon vorher ihr Werk in vernünftigem Umfang und bei nur 90% Ladung tun Zellenunterschiede 88-92% nicht so weh wie nach der Volladung mit 98-102% und die stärkste Zelle stirbt – Meinungen dazu?

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