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Einführung, - Strombedarf, Stromversorgung, Stromspeicherung, Wechselrichter

Diese Seite befasst sich mit der Stromversorgung im Wohnmobil. Die Beschreibung ist für die allgemeine Verständlichkeit vereinfacht dargestellt. Mehr zu diesem "spannenden" Thema finden Sie in meinem Buch "Strom und Spannung im Wohnmobil", in dem die einzelnen Themen ausführlicher erklärt sind.
PS Eine Aktualisierung auf den neuesten Stand der Technik erfolgte mit einer 2. Auflage zum Beginn der Wohnmobilsaison 2018.

Bitte beachten Sie, dass bei Arbeiten an der 12V und 230V Anlage die notwendigen Fachkenntnisse vorhanden sind. Im Zweifelsfall wenden Sie sich bitte an einen ausgewiesenen Elektroinstallateur.

Strombedarfsermittlung,  Sommer/Winter

Stromversorgung durch Lichtmaschine, B2B Booster, Ladegerät, Solaranlage

Bordnetz und Batterieladung mit Motor, Landstrom und B2B-Lader

Solarpanels, Temperaturverhalten, Parallel oder Serienschaltung, Abschattungseffekte

Batterien, Stromspeicherung

Wechselrichter, Sinus, modifizierter Sinus


Strombedarfsermittlung:
Er ist eine wichtige Bemessungsgrundlage für die Auslegung des gesamten elektrischen Bordnetzes. Er ist immer individuell und hängt außerdem von der Jahreszeit ab. Große Stromverbraucher sind u.a.: Kompressorkühlschrank, Klimaanlage für den Aufbau, Fön, Mikrowelle, Toaster oder Kaffeemaschine und auch das Gebläse der Gasheizung bzw. die Wasserumwälzung in der Warmwasserheizung. Kleinere Stromverbraucher sind: Licht, Radio, TV, Sat-Anlage und Wasserpumpen.

Hat man eine externe 230V-Versorgung kann einem der Stromverbrauch relativ egal sein. Steht man aber irgendwo autark und nimmt das Bordnetz in Anspruch, wird das Thema richtig interessant.
Gehen Sie als Beispiel mal davon aus, dass Ihre Aufbau-Batterie mit einer Kapazität von 100Ah zu 90% geladen ist (mit serienmäßigem Laderegler während der Fahrt) und dass Sie diese aus Gründen der Lebensdauer höchstens auf 40% der Nennkapazität, keinesfalls aber unter 10,5V entladen können, dann stehen Ihnen ca. 50Ah netto zur Verfügung.

Hier einmal ein Rechenbeispiel an zwei Situationen:
Sommer, hell von 6 - 22 Uhr, keine Heizung, Radio oder Fernsehsehen ca. 2h,
Hier ist der Verbrauch gering, ein bisschen Wasserpumpe, Fernseh/Sat-Receiver, ergibt ca. 10 Ah Verbrauch bei einer Einschaltdauer von 2 Stunden. Ohne Ladung ist eine Standzeit von 5 Tagen möglich.

Winter, hell von 9 - 17 Uhr, Heizungsgebläse, Radio/Fernseher ca. 3h, Leselicht ca. 4h
Und, nicht zu vergessen, die Batteriekapazität schwächelt eh bei Kälte!
Hier schlägt der Verbrauchsteufel richtig zu: Heizungsgebläse 24h x 0,5Ah = 12Ah Fernseher/Sat Receiver ca. 12Ah, Licht über 4h, 4 Halogenleuchten à 10W = 13Ah ergibt ca. 35Ah Kapazitätsverbrauch. Ohne Ladung ist eine Standzeit von 1 - 2 Tagen möglich.

In diesen Beispielrechnungen ist weder der Verbrauch eines normalen Laptop mit ca. 14Ah  bei dreistündiger Nutzung oder der Verbrauch eines Kompressorkühlschranks mit ca. 36Ah  bei 24h Betrieb noch der Mehrverbrauch einer dieselbetriebenen Heizung eingerechnet!!
Für die „230V-Großverbraucher“ benötigen Sie einen Wechselrichter, der Ihnen die Wechselstromleistung zur Verfügung stellt.
Als Beispiel: Die allseits so beliebte Senseo Kaffeemaschine hat eine Anschlussleistung von ca. 1500W. Schlägt man auf diese Leistung noch 15% Verlust im Wechselrichter auf, so werden aus der Batterie rund 144A entnommen. Brüht die Kaffeemaschine 3 Tassen in ca. 3 Min, so benötigt sie dafür ca. 7,2Ah. Die Nettokapazität der Beispielbatterie reicht also für ca. 20 Tassen Kaffee, mit Licht und TV müssen Sie dann aber schon sparsam umgehen.

Anhand der obigen, groben Beispielberechnungen können Sie sehen wie wichtig es ist den individuellen Bedarf zu ermitteln, um dann davon ausgehend die Stromerzeugung und Stromspeicherung zu planen oder auszubauen.
Sie können natürlich auch Ihren persönlichen Bedarf einschränken, auf eine Batterieerweiterung verzichten und das Kaffeewasser wieder wie in alten Zeiten auf der Gasflamme erhitzen, den alten Melitta-Filter hervorkramen und den Kaffee nach althergebrachter Weise aufbrühen. Auch mit einer Umrüstung auf LED-Leuchten lässt sich einiges einsparen, der Stromverbrauch eines Espresso-Automaten oder eines kräftigen Föns lässt sich damit jedoch nicht ausgleichen.

Aber Achtung:
Außer Sommer- oder Winterbetrieb gibt es auch noch den Betriebsmodus "Winterpause". Darin spielt die Nespresso-Maschine keine Rolle. Hier sind es die kleinen Helferlein, die stillen Verbraucher, die geduldig aber kontinuierlich die Batterien leeren.
Unsere Bequemlichkeit und die tollen Apps für Smartphone verleiten uns dazu jederzeit den Status der aktuellen Batterieladung, Solarladung, Füllgrad der Gasflaschen oder der Innentemperatur aus der Ferne abzufragen oder gar zu steuern. Das kostet Strom, denn die Abfragesysteme müssen eingeschaltet sein. Auch die modernen Busverbundsysteme von EBL, Controlpanel und Verteilerhubs werden mit dem "Aus"-Schalter nicht komplett abgeschaltet und warten auf Befehle zum "Wake-Up".
Hier ein paar dieser "SmartControl"-Möglichkeiten mit Ihrem Strombedarf, hochgerechnet auf zwei Monate Ruhepause.

Batterie Computer            0,002A x 2 Mon. =   3 Ah
Blue Solar/VE direkt          0,002A x 2 Mon. =   3 Ah
Busgesteuerte Strom-       0,02A x 2 Mon. = 28 Ah
versorgung mit Bluetooth
Truma iNet Box                0,04A   x 2 Mon. = 58 Ah

Man muss bei all diesen Geräten auch anmerken, dass der Ruhestromverbrauch auch vom Stand der Software abhängt. Es ist halt ein gewaltiger Unterschied, ob die aktualisierten Werte alle 15 Sec. oder alle 15 Min. an das Smartphone übertragen werden. Beim busgesteuerten Schaudt EBL630/LT231 mit den Modulen KM630/TM630/AM630/PM630 z.B. beträgt der Ruhestrom pro Modul entweder 0,006A (SW 3.x) oder 0,020A (SW 1.x). Erkennen kann man den alten SW-Stand übrigens am LED-Blinken der Anschlussmodule/Hubs. Merke: auch LEDs brauchen Strom.
Diese stillen Verbraucher verrichten ihre Aufgaben im Hintergrund, was leider halt nicht heißt, dass sie es umsonst tun. Eine ständig eingeschaltete Truma iNet Box zusammen mit einer busgesteuerten 12V-Versorgung können eine 100Ah Batterie in zwei Monaten tiefentladen. Sie sollten also auch darüber nachdenken, ob sie diese Informationen benötigen und ob das Ladegerät, dessen Hubs und die iNet-Box mit dem 12V-Ausschalter am Controlpanel auch tatsächlich ausgeschaltet werden!

Ich habe für eine solche Bedarfsberechnung eine Excel-Tabelle erstellt, in der Sie ihren Bedarf, Ihre Batteriekapazität und Ihre zusätzliche Energieerzeugung eintragen können und sehen wiel ange Sie (strom)autark stehen können. Aus Gründen der Virensicherheit ist die gezeigte Tabelle aber von dieser Seite aus nicht ausführbar. Wenn Sie Interesse haben können Sie mir eine Mail schicken.

zur Beispieltabelle

Eine weitere Aufstellung gibt Ihnen einen Überblick über die Stromaufnahme verschiedener Geräte bei einer 230V-Landstromversorgung oder bei einer 12V-Versorgung aus der Batterie. Die Betriebsdauer ist eine Annahme und soll als Richtwert für die Berechnung der benötigten Batteriekapazität dienen.

Mit diesen Hilfen haben Sie jetzt einen Überblick wie viel Amperestunden (Ah) Sie benötigen, deshalb schauen wir uns nun einmal an, wie Sie diese elektrische Leistung erzeugen könnten.


Stromversorgung:
Die Stromversorgung im Wohnmobil erfolgt auf mehrere Arten, über deren Vorteile und Nachteile man stundenlang diskutieren kann. Über eines braucht man allerdings nicht zu diskutieren und das ist die Notwendigkeit.

Zuerst einmal die technischen Möglichkeiten:
Im Fahrbetrieb versorgt die Lichtmaschine des Basisfahrzeuges die Bordelektronik mit ca. 13 - 14,1V-Spannung und lädt sowohl die Starterbatterie als auch die Aufbaubatterie(n). Wird der Motor abgeschaltet, trennt ein Trennrelais die Aufbaubatterie(n) vom Bordnetz des Chassis, um eine Entladung der Starterbatterie durch die Aufbauelektrik zu verhindern.
Im folgenden Diagramm habe ich die Lichtmaschinenspannung während einer 4-stündigen Urlaubsfahrt aufgezeichnet.
Achtung: Alle Messwerte beziehen sich auf mein Fahrzeug und sind nicht so ohne weiteres auf andere Chassishersteller zu übertragen.

Das Diagramm zeigt erstens die Spannungsschwankungen im Bordnetz zwischen 11,7V und 14,36V. Bei der gelieferten Maximalspannung von 14,36V werden die Batterien zu ca. 85%ihrer Kapazität aufgeladen. Je nach Batterietyp wären für eine 100% Ladung eine Spannung bis 14.8V und eine zeitgesteuerte Ladung (I/UoU Kennlinie) notwendig, welche ein Lichtmaschinenregler aber nicht leisten kann und soll.
Wenn der Motor läuft und damit die Lichtmaschine dreht wird bei älteren Fahrzeugen von der LiMa nicht nur Strom sondern auch ein Steuersignal D+ (Kl 61, Motor dreht) erzeugt. Damit wird die "Batterieladewarnleuchte" im Armaturenbrett gesteuert. Für den Wohnmobilaufbau wird das alte D+ Signal gerne zur Steuerung von Aufbaugeräten verwendet (Trenn-/Koppelrelais Batterien, 12V-Betrieb, Kühlschrank, ausfahrbare Treppe, Sat-Antenne, etc). Das alte D+ Steuersignal wird aber von den neuen Multifunktionsreglern nicht mehr originär geliefert, es muss von der Motorsteuerung bzw. einem D+ Simulator erzeugt werden.

Bei modernen Kompakt-Drehstromlichtmaschinen wird mit Hilfe von Multifunktionsreglern (MFR) die Lichtmaschinenregelung in Verbindung mit dem elektronischen Motormanagement verbessert. Die Lichtmaschine gibt dazu mit dem DFM-Signal ihren Auslastungsgrad an die Motorsteuerung ECM bzw. Bodycomputer, um z.B. bei steigender Belastung die Motordrehzahl und damit auch die Ladeleistung zu erhöhen.
Die neueste Technologie, ab 2015 eingesetzt z.B. bei Sprinter/Crafter EU6, beim Ducato EU6 150 PS EcoJet und bei Fiat/Cit/Peu EU6 mit Start Stopp Automatik ist ein „intelligentes Generatormanagement“ in Zusammenarbeit mit einem Batteriesensor. Dieser ist direkt an der Starterbatterie installiert und gibt Batteriespannung, Temperatur und Lade-/Entladeströme an das elektronische Lastmanagement. Dieses Konzept bezieht die Smart-Charge-Regelung eines Multifunktionsreglers zwar mit ein, geht aber mit der Lichtmaschinensteuerung erheblich weiter. Die Lichtmaschine wird hier dynamisch an der Stromerzeugung beteiligt, und lädt die Batterie bevorzugt beim Bremsen und im Schubbetrieb, also bei Motorentlastung.
Zitat MB: „Beim Beschleunigen und bei Konstantfahrt wird die Leistungserzeugung der Lichtmaschine eingeschränkt, d.h. dem Antrieb steht die volle Motorleistung zur Verfügung“. So kann man es natürlich auch ausdrücken um die Verringerung der Lichtmaschinenleistung positiv darzustellen.
In diesem Fall ist ein angepasster Ladebooster (B2B-Regler) erforderlich. Er erhöht die Ladespannung mit Hilfe einer batterieabhängigen I/UoU Kennlinie auf bis zu 14,6V und optimiert damit die Batterieladung. Dabei sollte der "Aufbau-Ladebooster" so angeschlossen werden, dass der Chassis-Batteriemonitor  die Stromentnahme mitzählt und der Motorsteuerung mitteilt.

Dazu aber ein paar grundsätzliche Dinge:
Leider wird das Thema Lichtmaschine, B2B-Ladebooster und Ladung der Aufbaubatterie oft sehr einseitig betrachtet. Ich gehe jetzt einmal von einem Standart-Chassis für Womos aus, einem Fiat Duc X250 Multijet und möchte hier einmal ein beispielhaftes Szenario erstellen. 

Der erste Punkt, die Lichtmaschinen-Leistung:
Der X250 hat serienmäßig eine 120A LiMa. Diese versorgt das Chassis mit Motorsteuerung, Klimaanlage, Fensterheber, Licht, etc. und lädt die 70Ah Startbatterie. Eine 150A LiMa lässt sich bei der Bestellung ordern, das tun aber die wenigsten Kunden bzw. Aufbauhersteller.       
Damit kommen wir zum zweiten Punkt, der Reserveleistung einer Lichtmaschine:        
Von den 120A Nennleistung bei 20°C bleiben, je nach Betriebszustand und Temperatur, ca. 20-30% als Reserve übrig. Die Hersteller bauen bei der heutigen Treibstoff/Emissionsdiskussion keine Reserve von 100% ein, die das Chassis nicht benötigt. Die Reserve beträgt also ca. 30A und die stehen zur Ladung der Aufbaubatterie zur Verfügung.

Das dritte Thema, die Überlastregelung einer Lichtmaschine:         
Möchte bei dieser Konfiguration eine große, leere Aufbaubatterie aber 50A, muss die LiMa überlastet werden. Sie wird wärmer und der LiMa-Temperaturfühler regelt die Spannung (und damit die Leistung) zum Schutz gegen thermische Überlast zurück und schwups sind nur noch 15-20A als Reserve zur Verfügung. Die Spannungskurven in Abhängigkeit zur Temperatur der LiMa stehen im Netz jederzeit zur Verfügung. Ford Transit und Fiat X250 regeln direkt auf die Motorraumtemperatur. Bei Kälte (0°C) beträgt die Lima-Spannung ca. 14,2V, im Sommer bei wenig Kühlung durch Luft (60°C) beträgt die Spannung vielleicht nur noch 12,5V.

Das vierte Thema ist die zu ladende Batterie:        
Nicht die Lichtmaschine oder ein Ladebooster regelt den Strom, der in eine Batterie fließt. Beide begrenzen ihn höchstens nach oben. Die Batterie regelt den einfließenden Strom durch ihren Innenwiderstand und ihre, durch die Ladung ständig steigende, Quellenspannung (früher EMK). Deshalb fließt ein hoher Anfangsstrom, der sich aber an der Leistungsgrenze der LiMa orientiert. Sagen wir also 30A. Nach fünf Minuten sind es aber keine 30A mehr sondern nur noch 28A, die Batterie wird ja voller. Das Spiel geht bei einer Limaspannung von 13,8V vielleicht noch 2-3 Stunden weiter, zum Ende hin mit vielleicht 5A, dann ist die Batterie zu 80% gefüllt. Hängt die Lima aber an ihrer Leistungsgrenze von 120A (alle Verbraucher/Batterien zusammen) sinkt die Ladespannung auf ca. 13V bis herunter auf 12,5V. Bei diesen Spannungen fließen aber keine 30A in die Batterie, sondern vielleicht nur 15A.

Wenn man nun alle vier Themen gemeinsam betrachtet und nicht nur die Amperzahl einer LiMa kann man erkennen, dass eine 120A LiMa langfristig (1-2h) niemals im Sommer einen Strom von 45A zur Verfügung stellen kann. Schaltet man einen
B2B-Ladebooster dazwischen kann dieser zwar die LiMa-Spannung anheben, von der Lima kommen aber trotzdem nur eine Leistung von 13V x 30A, also 390 W. Mehr Leistung kann der Booster nur dann der Aufbaubatterie zur Verfügung stellen wenn er
1. Die Ladespannung auf 14,2V (Nass/Gel/AGM1) oder 14,7V (AGM2/Calcium) erhöht und
2. den zusätzlich benötigten Strom von 20A aus der Startbatterie entnimmt.
Dann sieht die Rechung folgendermaßen aus: 14,2V x 50A = 710W. Das ist aber leider ein Teufelskreis, denn dann will die Startbatterie auch wieder geladen werden, was die LiMa dann auch an die physikalische Grenze ihrer Stromproduktion bringt.

Fazit: Die Lichtmaschine, bzw. deren unbekannte Reserveleistung ist die Engstelle des Ganzen. Bei serienmäßiger Lichtmaschine ist ein 25A Ladebooster sicherlich in einigen Fällen (Euro6 Regelung, dünne Kabel und/oder lange Kabel zur Aufbaubatterie) sinnvoll, das muss man halt anhand der LiMa/Start/Aufbaubatterie-Konfiguration ausmessen.
Ein 45A Booster oder mehr, lädt die Batterie auch nicht schneller voll als ein 25A Booster, es sei denn die LiMa wurde verstärkt und die Startbatterie liefert die fehlende Lima-Leistung nach. Bei manchen Batterietypen, wie z.B. einer Gel-Batterie sind "Schnellladung" sogar der Lebensdauer abträglich. Ein lebensdauererhaltender Ladestrom sollte bei ca. 15 bis maximal 20% der Batteriekapazität liegen.

Im Standbetrieb gibt es für die Versorgung mehrere Möglichkeiten:
Externen 230V-Anschluss
. Über einen FI/RCD Schutzschalter wird das Ladegerät des Aufbaus an "Landstrom" (230V) angeschlossen, das über seinen 12V Ausgang die    anderen Verbraucher des Aufbaus versorgt und die Aufbaubatterie lädt. Ein modernes Ladegerät, auch EBL oder EVS genannt, richtet die 230V Wechselspannung gleich und gewinnt daraus typspezifisch ca. 13,8 -14,6V Ladespannung mit ca. 12 - 20A Ladestrom für die Aufbaubatterien. Eine eingebaute Elektronik regelt die Ladespannung für die Batterie nach einer, an den Batterietyp angepassten, I/UoU Kennlinie. Die übrigen Verbraucher sind über Sicherungen an die Batterie angeschlossen. Fällt die 230V Versorgung aus oder wird diese ausgeschaltet werden die Verbraucher mit der in der Batterie gespeicherten Stromkapazität versorgt.
Noch ein kleiner Hinweis: Die wenigsten Ladegeräte laden zusätzlich die Startbatterien. Sollte es dennoch der Fall sein, handelt es sich nicht um eine Vollladung sondern nur um eine Erhaltungsladung (0,7-2A) mit den Ladeparametern der Aufbaubatterie.

Im folgenden Diagramm möchte ich darstellen, wie sich die 12V Spannung an der Batterie während des Ein- oder Abschaltens von Verbrauchern, dem Anschluss von "Landstrom" und dem Zuschalten einer Solaranlage verhält.

Wichtig ist, dass die Batteriespannung frühestens 1 Stunde nach Beendigung der Lade/Entladephase gemessen wird. Solange braucht eine Batterie mindestens bis sich die chem. Prozesse beruhigt haben. Interessant ist, dass der verwendete Solarregler eine Ladespannung bis 14,8V liefert und damit eine Vollladung der Batterie erreicht wird.

Eine Solaranlage, die Strom aus Sonnenlicht gewinnt und diesen in das 12V-Netz des Aufbaus einspeist.
Zuerst eine grundsätzliche Anmerkung: Fast alle Aussagen und Werte zu Solaranlagen und deren Regler leiten sich aus Solarstrom- Netzeinspeisungsanlagen für Gebäude ab, die in Größenordungen von Kilo- bzw. Megawatt arbeiten. Die Ableitung daraus auf Wohnmobil- Solaranlagen mit 100-200Wp, meist flacher Montage und ohne Wechselrichter ist mit Vorsicht zu genießen.

Achtung: Alle Messwerte beziehen sich auf meine Konfiguration und sind nicht so ohne weiteres auf andere Solarmodulhersteller zu übertragen.


Und nun zu ein paar Zahlen, die eine Leistungsabschätzung ermöglichen:
Ein gebräuchlicher Begriff bei der Bewertung eines Solarmoduls ist die „Tagesleistung“. Naturgemäß ist diese im Sommer am Äquator bedeutend höher als an einem Wintertag am Nordkap. Die ØTagesleistung ist also ein Mittelwert, der sich auf einen Ort und einen gemittelten Erfassungszeitraum bezieht.
An meinem Wohnort Leinfelden ist z.B., bei einer Panelfläche von 1m2 und einer horizontalen Ausrichtung im Monat Mai bei 204 Sonnenstunden, mit einer Tagesleistung von ca. 220Wh/m2 d (pro Tag), bzw. 17Ah, zu rechnen. 

Eine marketingtechnisch bevorzugte Betrachtungsweise ist die Angabe der „Spitzenleistung in Watt (Wp)", oft auch als Nennleistung angeführt.
Ein Solarpanel mit einem Modul-Wirkungsgrad von ca.18% erzeugt bei Standard-Testbedingungen (STC = Einstrahlungsleistung 1000W/m2, 25°C, Lichtspektrum AM 1,5, 90 Grad Einstrahlwinkel) eine theoretisch erreichbare Spitzenleistung von grob 150Wp/m2. Bei 6,5h Einstrahlung ergäben sich damit ca. 76Ah. Diese Leistung erhält man natürlich nicht, denn Wp ist ein, von allen leistungsmindernden Einflüssen befreiter, Spitzenwert.
Von den WP-Leistungsangaben des Solarpanels müssen Sie dann noch die Leistungseinbuße durch Neigungsfehlstellung (10-20%), den aufheizungsbedingten Verlust (ca. 10-20%), Kabel-, Anpassungs- (Solarregler) und Umwandlungsverluste (Batterie) (10%) abziehen. Grob über den Daumen gepeilt ergibt sich daraus ein Verlust von ca. 30-50%

Praktisch gesehen sollte man aber ganz einfach den Nennstrom x Batteriespannung nehmen (z.B. 4,3A x 13V, dann erhält man die tatsächliche erzielbare Leistung (z.B. ca. 56W bei einem 85Wp Modul).

Die größten Variablen für den Ertrag sind der Montagewinkel, die Modultemperatur und mögliche Teilabschattungen.
Den besten Ertrag erreicht man mit einem Aufstellwinkel von 30° und einer Ausrichtung der Solarfläche zur Sonne. Beide Bedingungen sind bei einem Wohnmobil in der Praxis kaum umsetzbar.
Ein weiterer Punkt ist die Temperatur des Solarmoduls. Das Halbleitermaterial Silizium ist  temperaturabhängig, je kälter desto größer der Ausgangsstrom.
Teilabschattungen des Solarpanel werden durch ungünstigen Montageort (hinter aufgestellter Sat-Antenne, hinter Alkoven) und/oder durch einen ungünstigen Standplatz (Bäume, Gebäude) hervorgerufen.
Im Folgenden ist der Effekt der Teilabdeckung/Teilabschattung anhand der Stromkurve dargestellt. Es wurden jeweils 25% der 36 Solarzellen abgedeckt bzw. abgeschattet. Die Abdeckung/Abschattung erfolgte längs als auch quer an verschiedenen Positionen des Solarpanel.

Man sieht dass der Ertrag von 4,5A auf 11% der Leistung, nämlich 0,48A absinkt, wenn 25% der Panelfläche abgedeckt/abgeschattet sind. Die Messung erfolgte mit einer direkten Abdeckung der Zellen als auch mit einer Abschattung durch einen Karton in 1m Höhe. Das Ergebnis wurde dadurch nicht beeinflusst und es zeigt, dass die Ertragsminderung nicht proportional zu Abschattung ist sondern weitaus höher.

Ein externer 230V-Generator (Moppel), der über einen Verbrennungsmotor angetrieben wird und eine Spannung von 230V~ erzeugt, die über den externen 230V Eingang eingespeist wird. Hier sollte man des lieben Friedens willen dringend zwei Dinge beachten, nämlich den Geräuschpegel des Motors (vor allem nachts) und die Belästigung durch die Abgase.

Die Bereitstellung einer 12V-Versorgung durch die neue Technologie der Brennstoffzellen. Hier wird mit Hilfe eines Brennstoffes (meistens Methanol) geräusch- und abgasfrei eine 12V Spannung zur Ladung der Aufbaubatterien zur Verfügung gestellt.

Seit neuestem gibt es auch so genannte Hybridanlagen, bei denen Solarpanel und Brennstoffzelle über einen Laderegler miteinander kombiniert werden und so ihre Vorteile vereinigen.

Was man braucht oder für notwendig hält, ist eine sehr individuelle Entscheidung. Als kleine Hilfe zur Entscheidungsfindung kurz ein paar Punkte zu Hochleistungsladeregler, Solaranlage und Stromgenerator:

Wer viel fährt und wenig steht, ist mit einem Hochleistungsladeregler gut beraten, denn man hat schon nach relativ kurzer Fahrt die Batterien voll und steht ja nicht lange.

Wer im Sommer lange autark (in der Sonne!!) steht, ist mit einer Solaranlage bestimmt besser bedient, denn die Batterien werden im Stand geladen. Steht das Wohnmobil auch in der Winterpause im Freien, braucht man sich über Entladung der Start/Aufbaubatterien keine Sorgen zu machen, solange das Solarmodul nicht anhaltend mit Schnee bedeckt ist.
Wer im Winter lange (mehr als 2 – 3 Tage) steht und nicht fährt, wird einen Stromgenerator bzw. eine Brennstoffzelle schätzen, da hier weder der Hochleistungsregler noch die Solaranlage viel zur positiven Energiebilanz beitragen. Sowohl beim Hochleistungsladeregler als auch bei der Solaranlage nutzt aber die zusätzliche Stromerzeugung gar nichts, wenn der erzeugte Strom nicht gespeichert werden kann und das bedeutet ausreichend Batteriekapazität. Diese wiederum hängt von den höchst individuellen Lebensgewohnheiten und dem elektrischen Zubehör ab. Eine Beispielrechnung finden Sie unter dem Thema Stromverbrauch.


Bordnetz und Batterieladung im Wohnmobil
Diese Blockschaltbilder sollen die Batterieladung durch verschiedene Ladequellen aufzeigen.

Motor aus & Landstrom/Solarstrom liegt an:
Das eingebaute Ladegerät /EBL wird über die Außensteckdose und über den FI- Schutzschalter mit 230V aus dem Netz oder dem Notstromgenerator versorgt.
Da der Motor nicht läuft wird kein Signal auf der Steuerleitung D+ erzeugt, das Trennrelais für den Aufbau ist deshalb geöffnet. Damit wird verhindert, dass Wohnraum- und Starterbatterie zusammengeschaltet sind und die Starterbatterie entladen werden kann.
Das Ladegerät/EBL lädt die Wohnraum-/Zusatzbatterie mit einer I/UoU-Kennlinie die sicherstellt dass die Batterien schonend vollgeladen werden.

Bei einigen Ladegeräten/EBL wird über eine separate Ladeleitung auch die Starterbatterie im Modus „Erhaltungsladung“ geladen.
Entfällt die 230V Außeneinspeisung, so übernimmt die Solaranlage oder eine Brennstoffzelle mit ihren Laderegler die schonende Ladung der Batterien nach einer I/UoU-Kennlinie.


Motor läuft:
Der serienmäßige Chassis-Laderegler steuert die Spannung der Lichtmaschine zwischen 13,8V und 14,1V und lädt damit unter anderem die Starterbatterie.
Gleichzeitig wird auf der Leitung D+ ein Steuersignal erzeugt, das das Trennrelais Aufbau schließt. Damit ist auch die Wohnraumbatterie an die Lichtmaschine angeschlossen. Ein zweites Relais versorgt den Kühlschrank für einen 12V Betrieb.
Da ein Chassis-Laderegler nur eine LiMa-Spannung von max. 14,1V zum Schutz vor einer „Batteriegasung“ zulässt, werden die angeschlossenen Batterien maximal zu 80% geladen.

Die Landstromeinspeisung ist (hoffentlich) abgetrennt, eventuell gibt es bei Sonneneinstrahlung noch eine zusätzliche Ladung aus dem Solarpanel.

Motor läuft und ein B2B Lader ist installiert:
Der Laderegler steuert die Spannung der Lichtmaschine zwischen 13,8V und 14,1V und lädt damit die Starterbatterie. Der B2B-Lader erhöht diese Spannung auf bis zu 14,8V und erzeugt damit eine I/UoU kennlinienkonforme Ladespannung für die Aufbaubatterie(n). Die Startbatterie wird weiterhin mit 13,8V - 14,1V geladen.
Da die Ladespannung jetzt bis 14,8V geht wird die Batterie zu 100% geladen. Damit die Regelung des B2B-Laders nicht durch die Ladespannung des Solarreglers irritiert wird, wird dieser mit Hilfe eines Trennrelais von den Batterien getrennt wenn der Motor läuft.


Solarpanel, Temperaturverhalten, Verschaltung, Abschattungseffekte
Ich habe hier einmal versucht, das Verhalten von Solarpanels am Modell zu untersuchen und darzustellen um daraus das Verhalten großer Solarpanels abzuleiten und zu erklären.

Die Temperatur habe ich während der Messungen mit Kältespray bei 25° Celsius gehalten. Dieser Temperatur liegen auch die Leistungsangaben normaler Solarpanels zugrunde. Die Beleuchtung erfolgte mit einer 20 W Halogenlampe mit Reflektor. Die Einstrahlung erfolgte senkrecht mit ca. 12 cm Abstand. Das Lichtvolumen lag bei mittlerer Farbtemperatur (ca. 3100 K) bei ca. 320 Lumen. Das entspricht ungefähr einer Einstrahlleistung von 340-380 mW. Das ist sicherlich keine Standard-Test-Condition (STD), aber sie ist zumindest für alle Messungen gleich. Da ich außerdem nicht mit der niedrigeren Vmpp sondern mit der Voc gearbeitet habe ist die Leistungsangabe leicht überhöht, für das Aufzeigen der Unterschiede spielt das aber keine Rolle.

Zuerst habe ich die Unterschiede von polikristallinen (vorne montiert) und monokristallinen (hinten montiert) Modulen gemessen. Gemessen wurden immer die Klemmenspannung Voc und der Kurzschlussstrom Icc am Modulausgang ohne Solarregler oder Last.
Die nutzbare Spannung Vmpp liegt ca. 10% unter der Spannung Voc.

Polikristallines Modul Monokristallines Modul
Abmessungen 30x55mm Abmessungen 30x55mm
verschaltet 2x a 3 Zellen verschaltet 2x a 3 Zellen
Vmpp 1,67 mV Voc 1,71 mV
Icc 27,5 mA Icc 59 mA mA
Ptod 0,05 W Ptod 0,10 W

Diese Leistungsverhältnis lässt sich aber so nicht 1 zu 1 auf heutige Solarpanelfertigung übertragen! 

Jetzt habe ich die beiden unterschiedlichen Module einmal parallel geschaltet und einmal seriell z.B. Nachrüstung). In beiden Fällen habe dann das hintere Modul zu 100% abgeschattet. Ich habe damit simuliert, dass das Wohnmobil mit dem Heck im Baumschatten steht. Bypassdioden wurden keine verwendet, dazu ist die Modellmodulspannung zu klein.

Parallelschaltung Abschattung Panel hinten
Voc 1,61 V Voc 1,36 V (= 84%)
Icc 76 mA Icc 27 mA (= 36%)
Ptod 0,12 W Ptod 0,05 W (= 33 %)
Serienschaltung Abschattung Panel hinten
Voc 3,35 V V Voc 2,68 V (= 80%)
Icc 32 mA Icc 1,8 mA (= 05,6%)
Ptod 0,11 W Ptod 0,005 W (= 95%)

Man sieht hier deutlich, dass bei einer Serienschaltung und Abschattung eines Moduls praktisch der gesamte Ertrag auf Null geht, da das abgeschattete Modul den Stromfluss des anderen blockiert! 

Danach habe ich das Temperaturverhalten des monokristallinen Moduls gemessen.

Temperatur Monokristallines Modul
0° C Voc 1,93 V (= +6%)
25° C Voc 1,81 V
75° C Voc 1,5 V (= -17%)
0° C Icc 93 mA
25° C Icc 95 mA
75° C Icc 98 mA
0° C Ptod 0,179 W
25° C Ptod 0,171 W
75° C Ptod 0,147 W

Hier sieht man deutlich den Einfluss der Temperatur auf die Leistung. Je kälter, desto höher die Spannung und damit der Leistung! 

Eigentlich wollte ich auch den Unterschied von über dem Dach gegenüber geklebter Panels  und den Einfluss einer Hinterlüftung untersuchen. Dies war aber aufgrund der Größe meiner Minimodule nicht möglich.
Alle gemessenen Werte sind natürlich alle wesentlich kleiner als bei einem 100 Wp Panel, lassen sich aber über die Prozentzahlen leicht vergleichen.

Fazit der gemessenen Werte:
Die Ausbeute meiner Modellmodule lag bei 28% bei monokristallinen und ca. 14% bei polikristallinen Zellen. Die entspricht, im Rahmen meiner "sonnengestalterischen" Möglichkeiten, in etwa der Realität.

Schaltet man zwei Module parallel und schattet ein Modul zu 100% ab, bricht die Gesamtleistung um ca. 60% ein.
Schaltet man zwei Module in Reihe und schattet ein Modul zu 100% ab, bricht die Gesamtleistung um ca. 95% ein.

Erhöht man die Temperatur von 25°C (STC) auf 75°C (Sommertag, mittags 14 Uhr) so sinkt die Leistung um 15% ab.

Diese Werte zeigen, dass man bei der Planung einer Solaranlage sorgsam überlegen sollte, welche Modultechnologie (poli-/monokristallin), welche Montage (Hinterlüftung/geklebt) und welche Art der Verschaltung (wenn mehr als ein Modul) man planen sollte.
Ein Module mit mehr als 40 Zellen (20 Vmpp), also z.B. mit 72 Zellen (36 Vmpp) in Verbindung mit einem MPP-Regler nutzt die Solarenergie wesentlich besser aus und der Einbruch durch hohe Paneltemperatur ist nicht so gravierend wie bei einem 36 Zellen-Modul (18 Vmpp). Hier ist der Regelbereich in Bezug auf die zu erbringende Ladespannung von bis zu 14,6V einfach zu gering, da über den Regler selbst ja auch noch zwischen 0,5 und 1V Spannung abfallen.
Ein Mpp-Solarregler wird in den Angeboten aber oft effektiver dargestellt als ein PW-Regler. Seinen Vorteil kann der Mpp-Regler aber nur ausspielen wenn die Modulspannung Vmpp  erheblich (>20V) über der Batterieladespannung (ca. 14,2V) liegt und das ist nur in Verbindung mit einem "mehr als 40 Zellen-Panel" möglich.


Batterien, Stromspeicher

Energie haben wir jetzt erzeugt, wenden wir uns also der Energiespeicherung zu.
Batterien, eigentlich Akkumulatoren sind eines der zentralen Teile eines Wohnmobils, sie starten den Motor und versorgen den Aufbau mit der notwendigen elektrischen Energie. Batterien speichern die elektrische Energie durch einen chemischen Prozess und geben diese dann im Bedarfsfall durch die Rückwandlung wieder an die Verbraucher ab, sie entladen sich damit. Herkömmliche Autobatterien bestehen aus sechs zusammen geschalteten Blei-Säure-Zellen, speichern je nach Größe zwischen 80 bis 120Ah und liefern eine Nennspannung von ca. 12V.

Batterien können gleichzeitig durch verschiedene Stromquellen geladen werden. Ob der Strom von der Lichtmaschine, der Startbatterie, dem 230V-Ladegerät, der Solaranlage, der Brennstoffzelle oder mehreren Quellen gleichzeitig kommt, interessieren weder Batterie noch Erzeuger. Wenn die Batterie leer ist, nimmt sie den Strom woher sie ihn am besten, also mit der größten Spannung bzw. dem niedrigsten Widerstand, bekommt.
Aufgrund der Bezeichnungen "Lima-Regler, Solarregler etc" glauben viele, dass diese Regler den Ladestrom einer Batterie regeln. Das ist falsch! Diese Quellen stellen lediglich den Strom, begrenzt oder unbegrenzt, zur Verfügung. Die Batterie bestimmt aufgrund ihrer EMK bzw. ihres Ladestandes SoC und ihres Innenwiderstandes wie viel Strom sie zum Start der Ladung aufnehmen kann. Mit jedem geflossenen Ampere steigt ihre Quellenspannung (EMK) an. Diese Quellenspannung aber steht der Ladespannung entgegen. Mit zunehmender Ladung (W oder I Kennlinie) wird die Differenz zwischen Ladespannung und Quellenspannung kleiner, der Ladestrom nimmt deshalb ab. Dieses Spiel geht solange bis die Batterie voll ist und Quellenspannung (Blei nass 12,65V) und Hauptladespannung (Blei nass 12,65V) annähernd gleich sind. Der erreichte Ladezustand (SoC) kann über Messen der Batteriespannung alleine nur sehr ungenau, viel genauer schon über die Säuredichte (nur bei Nassbatterien) und relativ genau über einen so genannte Batteriecomputer ermittelt werden.

Die normale Entladung erfolgt dann über den Stromverbrauch der im Wohnmobil eingebauten aktiven elektrischen Verbraucher wie Beleuchtung, TV, Heizung, Wasserpumpen und ggf. Kühlschrank. Beachten sollte man hier auch die stillen Verbraucher wie Radio, Displays, Zentralverriegelung mit Funköffnung und Steuerrelais!
Leider reduziert sich die gespeicherte Ladung aber auch durch Selbstentladung. Diese liegt bei einer Temperatur von 20°Celsius um die 1% pro Monat bei LiFePo4, zwischen 2 bis 3% bei AGM und Gel und um die 10% bei Nassbatterien.
Zusätzlich sinkt die Kapazität einer Bleibatterie im Laufe der Zeit aufgrund innerer chemischer Vorgänge (Sulfatierung und Dendritenbildung). Eine weitere Beeinträchtigung der Kapazität bei Nassbatterien erfolgt durch Säureschichtung bei längerem Stehen.
 

Eine der wichtigsten Angaben bei Batterien ist der C-Wert. Der C-Wert ist ein Zeit- oder Stromwert für den Lade- und Entladestrom und ist die Basis für die aufgeführten technischen Daten einer Batterie wie z.B. Nennkapazität und Anzahl der möglichen Zyklen. Dieser C-Wert muss für die Verwendung als Parameter in einem Batteriecomputer in den Peukert-Faktor (Exponent) umgerechnet werden. Für die Angabe des C-Wertes gibt es zwei verschiedene Angabeformen mit verschiedener Bedeutung: C20 oder z.B. 3C. Steht die Zahl nach dem C gibt sie die Belastungsfähigkeit durch die Zeit an. Steht die Zahl vor dem C gibt sie die Belastung durch die Stromstärke an. Eine Angabe von C20 oder K20 bedeutet also, dass die in der Batterie gespeicherte Energie über die Zeit von zwanzig Stunden kontinuierlich entnommen werden sollte, um die angegebene Kapazität von 100 Ah auch zu erhalten. Dies entspricht dann einer Stromentnahme von 5A pro Stunde. Nur bei dieser Stromentnahme von 5A ist die Kapazität der C20-Batterie auch 100 Ah.
Nur in Zusammenhang mit dem C-Wert lassen sich Batterien oder Batterietechnologien vergleichen. Wenn nicht anders ausgewiesen, basieren die Händlerangaben für handelsübliche Versorgerbatterien meist auf dem C-Wert C20! Für die Anwendung und für den Preisvergleich sollten grundsätzlich nur Batterien mit gleichem Kapazitäts- und C-Wert verglichen werden.

Eine weitere wichtige Angabe ist deshalb die Entladungstiefe oder DoD (Depth of Discharge). Die Entladungstiefe beschreibt das Verhältnis der entnommenen Energiemenge zur Kapazität und setzt dies ins Verhältnis zur Lebensdauer (Anzahl Zyklen), also z.B. 600 Zyklen bei 50% Entladungstiefe DoD. 

Die Lebensdauer und Qualität einer Batterie lässt sich gut über die Anzahl der möglichen Zyklen bzw. deren Entladungstiefe definieren. Seriöse Hersteller messen die angegebenen Zyklen nach IEC 896-2, was Folgendes bedeutet: 1 Zyklus entspricht einer 60%-iger Entladung bei 20°C und einem Entladestrom der einer 10-stündiger Entladung (also C10) entspricht.

Als Faustformel für die mögliche Anzahl von Zyklen gilt:
·        Nass: ca. 150x bei 100%, 300x bei 50% und 700x bei 30% Entl.Tiefe
·       
Gel: ca. 300x bei 100%, 600x bei 50% und 1300x bei 30% Entl.Tiefe
·       
AGM: ca. 200x bei 100%, 400x bei 50% und 900x bei 30% Entl.Tiefe
·        Bleikristall-Batterie, ca. 700x bei 100%, 2900x bei 50% Entl.Tiefe
·        LiFeYPO4: ca. 8000 bei 90-95% Entl. Tiefe (DoD)

Im Klartext heißt das: Werden aus einer Batterie mit 100 Ah Kapazität und C20 regelmäßig nur etwa 33Ah über 20 Stunden entnommen bzw. geladen, hält sie theoretisch die doppelte Zyklenzahl durch, als wenn jedes Mal 50 Ah über 20 Stunden hinweg entnommen/geladen werden!

Und nun zu den begrifflichen und technologischen Unterschieden:
Man unterscheidet Batterien sowohl nach ihrer Anwendung (Starterbatterie, Traktionsbatterie, Versorgungsbatterie oder Notstrombatterie, (die Grenzen sind allerdings schwimmend) als auch nach ihrer Technologie (Nassbatterie, EFB, AGM, Gelbatterie, Panzerplattenbatterie oder LiFeYPO4).
Aus der Bezeichnung einer Batterie kann man schon einiges herauslesen. „Gel 12V 100Ah, C20“ bedeutet, dass es sich um eine Gel-Batterie mit 12V Nennspannung und einer Kapazität von 100Ah handelt. Die Kapazität von 100Ah ist aber vom Entladestrom abhängig und in diesem Fall nur gegeben, wenn die Entladung kontinuierlich über den Zeitraum von 20 Stunden (=C20, 20C) erfolgt, wobei der Entladestrom dann folglich 5A beträgt. Es sollten deshalb nur Batterien mit gleichem Kapazitäts- und C-Wert verglichen werden.
Durch die Angabe des C-Wertes weiss man, dass es sich um eine zyklenfeste Versorger- bzw. Traktionsbatterie handelt. Diese hat dickere Platten, ist tiefentladungsfähiger und verkraftet mehr Lade- / Entladezyklen. Eine Batterie, die als Starter-Batterie mit der Angabe Kältestartstrom (CCA) wie z.B. 12V 88Ah (CCA 450A). konzipiert wurde hat dünnere Platten und ist deshalb für eine kurze, aber hohe Stromentnahme (Anlasser, 150-300A für ca. 4 sec.) geeignet. Sie wird ja nach dem Start eigentlich nur noch als Energiepuffer verwendet, die Leistung liefert ja die Lichtmaschine. Sie braucht deshalb in dieser Anwendung einen niedrigen Innenwiderstand und hat deshalb dünnere Platten mit geringerem Abstand zueinander.
Ein Kompromiss beider Konzeptionen ist die Start/Stop Batterie, die jetzt vermehrt in Kfzs mit Start/Stop Automatik eingesetzt wird.
Bei Bleibatterien gibt es nicht nur in der Anwendung (Start- oder Versorgerbatterie) oder als Nass/trocken (Nass/Gel/AGM) Unterschiede sondern auch in der Chemie der Bleiplatten. Die Minuspolplatten sind meist aus reinem Blei (Pb), die Pluspolplatten können aus einer Bleilegierung bestehen, der z.B. Antimon (Sb), Silber (Ag) oder Calcium (Ca) beigefügt sind. Dem entsprechend stehen in den Datenblättern dann die Begriffe Reinblei, Pb/Sb, Pb/Ag oder Pb/Ca. Es gibt auch Batterien, bei denen beide Platten legiert sind, das sind z.B. die Calcium-Batterien Ca/Ca. Abhängig von der Plattenlegierung ist dann die Ladeschlussspannung! Sie liegt zwischen 14,2V für eine einfache Nassbatterie und bis zu 15V für eine Bleikristallbatterie.

Nassbatterie(auch Wet): Dabei handelt es sich z.B. um Blei/Antimon/Säurebatterien (Pb/Sb). Dies sind Batterien, die mit Batteriesäure (Schwefelsäure mit destilliertem Wasser auf 30 bis 38%Vol verdünnt, Säuredichte: voll 1,26, leer 1,05) gefüllt sind. Ihr Leistungsgewicht liegt bei ca. 30-40 Wh/kg.
Nassbatterien haben eine Ladeschlussspannung von ca. 14,2V, Ab dieser Spannunghöhe beginnt die Batteriegasung. Durch zersetzt sich der Wasseranteil der Batteriesäure in eine explosive Mischung von Wasserstoff- und Sauerstoffgas (Knallgas), das deshalb über einen Entlüftungsschlauch nach außen abgeführt werden muss. Das zersetzte Wasser muss dann nachgefüllt werden sonst verringert sich die Batteriekapazität.
Eine weitere Entwicklung der Bleilegierungen sind Blei/Silber/Calcium Batterien (Pb/Ag/Ca). Auch sie benötigen Batteriewasser und eine Entlüftung, sind aber resistenter gegen Tiefentladungen. Die Ladespannung/Nach-ladespannung liegt hier allerdings höher. Eine dritte Variante ist die EFB-Batterie (Enhanced Flooded Batterie), die sich mit ihren Werten und ihrer Zyklenfestigkeit schon stark einer AGM-Batterie nähert. Sie werden oft auch mit dem Kürzel SMF (Sealed Mantenance Free) angeboten.
Als vierte Variante kommt die Calcium+/Calcium- (Ca/Ca) Batterie ins Spiel. Bei dieser Batterie sind sowohl die positiven als auch die negativen Platten aus einer Blei/Calcium-Legierung. Sie hat weniger Wasserverluste, weniger Selbstentladung und eine höhere Ladeschlussspannung von 14,7V.
Nassbatterien benötigen von Zeit zu Zeit eine Wartung bei der das Batteriewasser kontrolliert bzw. nachgefüllt wird. Die notwendige Batteriewasser-Kontrolle ist allerdings bei den heutigen Basisfahrzeugen leider nicht mehr ganz so einfach.

Eine Entwicklung in eine andere Richtung sind die Gelbatterien (Dry-fit). Sie sind aus Reinblei (Pb) gefertigt, mit einem Säure/ Wasser-Gel gefüllt und werden als zyklenfeste Versorgungsbatterie für den Aufbau verwendet. Durch eine Gasrekombination GRT (Gas Recombinant Technology) wird entstehendes Gas in kleinen Mengen wieder in Wasser zurückgewandelt. Bei größerer Gasung, z.B. durch zu hohe Ladespannung (>14,3V), wird das Batteriegas durch ein Überdruckventil VRLA (Valve Regulated Lead Acid) nach außen abgeleitet und reduziert dadurch den Wasseranteil. Die Ladedauer ist aufgrund der trägeren elektrochemischen Reaktion des Gels länger als bei Nassbatterien. Genau aus diesem Grund sollte man auf Verbraucher mit kurzer, aber hoher Strombelastung wie z.B. starke Wechselrichter (> 800W) oder Aufbauklimaanlage verzichten, da man vor allem bei kleinen Batteriekapazitäten schnell in den Bereich von Entladeströmen kommt die über dem empfohlenen C-Wert liegen und damit die Lebensdauer schmälert. Dafür verkraftet eine Gel-Batterie eine Tiefentladung auf 20% Restkapazität wesentlich besser als eine Nassbatterie. 

Der Gel-Technologie nahe steht die AGM Vliesbatterie. Auch dieser wartungsfreie Reinblei-Batterie (Pb) ist eine zyklenfeste Versorgerbatterie, bei der kein Wasser nachgefüllt werden kann, da das Säure-Wassergemisch (Elektrolyt) hier in einem Mikrovlies gebunden ist. Auch hier wird durch die Gasrekombination (GRT) entstehendes Gas in kleinen Mengen in Wasser zurückgewandelt oder durch ein Überdruckventil (VRLA) abgeblasen. Deshalb kann sich auch hier der Wasseranteil mit der Zeit verringern und die Kapazität schmälern. Die Ladeschlussspannung liegt für AGM1 bei 14,3V und für AGM2 bei 14,6V.
Eine andere Bauform der AGM-Plattenbatterie ist die Optima-Batterie. Hier sind die Reinblei-Elektroden als Bleibänder zusammen mit einem AGM-Vlies rollenförmig aufgewickelt. Die sechs einzelne Rundzellen werden dann zu einem Batteriepack zusammenge-schaltet. Durch den engen Abstand der Elektroden liefert die Batterie einen hohen Strom bei kurzen Ladezeiten. Aufgrund ihres höheren Innenwiderstandes sind Gel- und AGM Batterien (mit Ausnahme der Optima-Batterie) nicht unbedingt für kurzfristige hohe Stromentnahme geeignet also eher keine Starterbatterien, aber die Grenzen sind fließend. Beide Typen sind durch die Einlagerung der Säure in ein Vlies bzw. Gel gasdicht, lageunabhängig, absolut wartungsfrei und resistenter gegen Tiefentladung als eine Nassbatterie.

Eine Mischform zwischen Nass- und AGM-Batterie ist die Blei/Silizium (Pb/Si) Batterie, auch Blei-Kristall-Batterie genannt. Auch hier werden die Platten durch ein Vlies getrennt, zusätzlich wird dem flüssigen Elektrolyt Siliziumoxyd beigemischt. Nach den ersten Ladungen verbindet sich das Batteriewasser mit dem Siliziumoxyd zu einem nichtflüssigen Elektrolyten. Eine 100 Ah Bleikristall-Batterie (C10) ist tiefentladungsfähig und hält, verglichen mit einer Nassbatterie, bei einer Entladungstiefe von 80% die fünffache Zyklenzahl. Die Ladeschlussspannung liegt ladestromabhängig bei 14,4V bis 14,7V.

Bei den Bleibatterien wird typabhängig ab ca. 10,5V die Schwelle der Tiefentladung erreicht, jetzt muss dringend für Nachladung gesorgt werden, sonst nimmt die Batterie Schaden. Die nicht nutzbare Restkapazität einer Bleibatterie, bei welcher die Tiefentladung beginnt, liegt für Nassbatterien bei ca. 25-30% und für AGM- bzw. Gelbatterien bei ca. 20% und bei der Bleikristallbatterie bei ca. 10% der Nennkapazität. Trotz Vollladung kann man also leider nie die volle Kapazität einer Bleibatterie nutzen. Wirklich nutzbar ist maximal nur ca. 60-70% der Nennkapazität. Die relativ hohe Selbstentladung, die hohe Tiefentladungsgrenze die Sulfatierung, die Gasungsgefahr und die Abhängigkeit von Batteriewasserstand und Säureschichtung machen die Bleibatterie leider nicht zum idealen Stromspeichermedium.

Eine ganz andere Technologie, nämlich die Lithium-Eisen-Yttrium-Eisenphosphat Batterie, (LiFeYPO4) oder auch LiFePO4 kommen langsam auf den Wohnmobilmarkt. Die gängigsten Lithium-Ionen-Batterien verwenden ein Metalloxid für die Kathode und ein Kohlenstoffmaterial (Graphit) für die Anode. Die Elektrolyt-Lösung basiert auf einem Lithium-Salz in einer organischen Lösung. Durch den Zusatz von Yttrium (Y) im Kathodenmaterial verbessert sich der Akku im Kälteverhalten unter 0°C.
Der Akkublock besteht aus vier ausgesuchten und dann in Reihe geschalteten Einzelzellen mit je 3,3V Zellspannung und hat im Gegensatz zur Bleibatterie bis zur Tiefentladungsschwelle von ca. 90% der Gesamtkapazität eine relativ konstante Spannung von 13V. Das Leistungsgewicht liegt bei ca. 90-110 Wh/kg. Der Akkublock hat damit eine höhere Energiedichte und ist damit bei gleicher Kapazität wesentlich kleiner und um die Hälfte leichter als eine Bleibatterie. Er ist für starke Lade/Entladeströme konzipiert, ohne dass sich bei hohem Entladestrom die Kapazität verringert. Für eine 100 Ah Batterie (C3) bedeutet dies, dass fast 90 Ah bei einem Entladestrom von 30 A ca. 3 Stunden lang zur Verfügung stehen. Die Ladeschlussspannung liegt bei 14,6V, eine spezielle Ladekennlinie (z.B. I/U bzw. CC/CV) ist nicht unbedingt notwendig. Die Selbstentladung liegt bei ca. 3% pro Monat. Diese Batterie ist absolut wartungsfrei und bedingt lageunabhängig einbaubar.
Lithium-Ionen-Batterien reagieren sehr empfindlich auf Überladung, Kurzschlüsse oder zu tiefe Entladung. Sie benötigen deshalb für Ladung und Entladung ein automatisch reagierendes Batterie-Management-System, kurz BMS genannt. Dieses besteht aus einem Cell-Balancing und einem Überwachungssystem mit einer Abschalttechnik, das bei Tief- oder Überladung (LVP, OVP) einer Zelle, die entsprechende Zelle oder den ganzen Block abschaltet. Diese Schutztechnik ist auch die Schwachstelle des ganzen Systems, denn je nach Umfang wird zusätzliche Elektronik notwendig.
Der große Vorteil ist das geringere Gewicht und die hohe Stromentnahme für einen Wechselrichterbetrieb. Ein echtes "Rund-um-Sorglos-Paket" zum einfachen 1:1 Austausch der Bleibatterien durch den Laien, mit Einbindung von Lichtmaschine, Solar und Brennstoffzelle, gibt es aber leider noch nicht.

Zum Schluß darüber eine Zusammenfassung:

Startbatterie:

dünnere Platten, engere Packdichte, deshalb mechanisch nicht so stabil und anfälliger gegen Bleischlammbildung. Nicht zyklenfest aber kurzfristig höhere Strombelastung, größere Selbstentladung.
Versorgerbatterie, Traktionsbatterie: 
dickere Platten, mechanisch stabiler, Zyklenfest, aber mit geringeren Stoßstrombelastungen, geringere Selbstentladung.

Nassbatterie (Wet):
Günstig in der Anschaffung (0,8 - 1 € pro Ah), Konzipiert als Start- oder Versorgerbatterie, nicht wartungsfrei, lageabhängig, unempfindlicher gegen höhere Ladespannung, nur mit Entlüftung im Wohnraum verbaubar, hohes Gewicht (0,3 kg pro Ah), Tiefentladungsgrenze bei 30% Restkapazität.
Nassbatterie (Wet) Blei/Antimon/Säure, mit Wartung, Starterbatterie, ca. 300 Zyklen bei 50% Entladetiefe (DoD), lageabhängig, Ladeschlussspannung 14,1V, Quellenspannung bei 100% Ladung 12,65V
Nassbatterie Blei/Silber/Calcium/Säure
, mit Wartung, Starterbatterie, ca. 300 Zyklen bei 50% Entladetiefe (DoD), lageabhängig, tiefentladungsempfindlich, Ladeschlussspannung 14,8V, Quellenspannung bei 100% Ladung 12,7V
Nassbatterie Blei/Calcium/Säure für beide Platten
, wartungsfrei, tiefentladungsempfindlich, ca. 300 Zyklen bei 50% Entladetiefe (DoD), Ladeschlussspannung 14,8V, Quellenspannung bei 100% Ladung 12,8V

Gel, AGM Batterie:
Zyklenfeste Versorgerbatterie, größere Entladungstiefe, wartungsfrei, bedingt lageunabhängig einbaubar, geringe Selbstentladung, Speicherkosten (1,8 - 2 € pro Ah), hohes Gewicht (0,3 kg pro Ah), Tiefentladungsgrenze bei 20% Restkapazität.
Gel-Batterie
, Reinblei/Säure/Gel, wartungsfrei, Versorgerbatterie, zyklenfest, ca. 600 Zyklen bei 50% Entladetiefe (DoD), lageunabhängig, tiefentladungsfester, Ladeschlussspannung 14,3V, Quellenspannung bei 100% Ladung 12,75V
AGM-Vlies-Batterie
, Reinblei/Säure/Vlies, wartungsfrei, Versorgerbatterie, zyklenfest, ca. 400 Zyklen bei 50% Entladetiefe (DoD), lageunabhängig, tiefentladungsfester, Ladeschlussspannung: US AGM 1 = 14,4V, Europa AGM 2 = 14,7V, Quellenspannung bei 100% Ladung 12,78V

Bleikristallbatterie:           
Zyklenfeste Versorgerbatterie, größere Entladungstiefe, wartungsfrei, lageunabhängig einbaubar, geringe Selbstentladung, Speicherkosten (3 € pro Ah), hohes Gewicht (0,3 kg pro Ah), Tiefentladungsgrenze bei 10% Restkapazität.
Blei-Kristall-Batterie
, Blei/Säure/Silizium/Vlies, wartungsfrei, Versorgerbatterie, zyklenfest, ca. 2.900 Zyklen bei 50% Entladetiefe (DoD), lageunabhängig, tiefentladungsfest, Ladeschlussspannung 14,4 (ladezeitabhängig) Quellenspannung bei 100% Ladung 13,2V

LiFeYPO4-Batterie:
Hohe Strombelastung, große Entladetiefe, geringste Selbstentladung, wartungsfrei, bedingt lageunabhängig einbaubar, bestes Gewicht/Kapazitäts Verhältnis (0,17 kg pro Ah), größte Nutzkapazität, empfindlich gegenüber höherer Ladespannung und Tiefentladung, teuer in der Anschaffung (21 € pro Ah bei Plug n Play), Tiefentladungsgrenze bei 10% Restkapazität.
LiFeYPO4-Batterie, Lithium/Eisen/Yttrium/Phosphat oder auch LiFePO4, wartungsfrei, Start oder Versorgungsbatterie, ca. 2.000 bis 3.000 Zyklen bei 80% Entladungstiefe (DoD), bedingt lageunabhängig, Zellen empfindlich gegen Überladung/ Tiefentladung/ Ladung bei Minustemperaturen, Ladeschlussspannung 14,4V, Quellenspannung bei 100% Ladung 13,2V.


Wechselrichter 12V Gleichstrom auf 230V Wechselstrom
dient der Umformung von 12V= (Bordnetz) auf 230V~ und ist manchmal unumgänglich. Man sollte aber nicht zu viel erwarten. Die erzeugte Spannung ist bei den kostengünstigen Lösungen keine saubere Sinusspannung sondern ein so genannter „modifizierter Sinus“ (trapez oder rechteckförmig) und manches getaktetes Netzteil hat mit dieser Spannungs- bzw. Frequenzqualität (Oberwellen, Flankensteilheit) seine liebe Not. Aber für den Anschluss von Wasserkocher, Fön, Lampen, Lötkolben oder Elektrowerkzeugen ist er durchaus geeignet.

Für die Versorgung von Notebooks, LCD-TV / SAT-Anlagen oder aller Art von „getakteten Netzteilen“ wie Ladegeräte für Elektrofahrräder oder zum Anschluss programmierbarer Kaffeeautomaten (Senseo, Saeco etc.) sollte es ein echter Sinuswandler sein. Nur dessen saubere Sinus-Wellenform sichert einen störungsfreien Betrieb dieser Geräte. 

Wechselrichter, die eine saubere Sinus-Wellenform liefern, benötigen zum Betrieb eine bestimmte Ausgangslast. Trotzdem sind bei Laständerungen Spannungsschwankungen zwischen 290V und 170V in der Einschwingphase immer möglich.

Eine saubere Sinuskurve sollte wie die ganz linke Kurve (Sinus 230V) aussehen. Leider haben die "modifizierten Sinusspannungen" am Ausgang vieler Wechselrichter aber damit nur noch eine entfernte Ähnlichkeit.


Oder im direkten Vergleich:

Dass mit diesen Wellenformen etliche Verbraucher ihre Probleme bekommen braucht niemanden zu wundern.
Modifizierter Sinus hat eine der obigen Kurvenformen mit extremer Flankensteilheit. Nicht jedes Gerät kommt damit zurecht. Phasenanschnittssteuerungen (Dimmer, manche E-Werkzeuge) können mit Rechteckflanken nicht vernünftig geregelt werden. Die produzierten Oberwellen können z. B. bei induktiv ladenden Zahnbürsten zu Überlastungen führen. Aber für den Anschluss von Wasserkocher, Fön, Lampen, Lötkolben oder Elektrowerkzeugen sind die modifizierten Sinusformen durchaus geeignet.
Für die Versorgung von CPAP-Atemgeräten, Notebooks, LCD-TV/SAT-Anlagen und alle Arten von getakteten Netzteilen (ohne Trafo, mit Thyristoren-Phasenanschnittsteuerung), für induktive Ladegeräte für Elektrozahnbürsten, Ladegeräte für Akkus oder für einige Komfort-Kaffee- oder Espresso-Maschinen (Senseo, Saeco, Nespresso) sollte es ein echter Sinuswandler sein. Nur dessen saubere Sinus-Wellenform sichert einen störungsfreien Betrieb dieser Geräte.

Beim Anschluss über eine 12V Normdose beträgt die maximale Anschlussleistung ca. 150/180 Watt. Die Zigarettenanzünderdosen sind für einen WR ungeeignet, da sie den Stecker nicht fixieren!!.
Festangeschlossene Geräte gibt es für den Bereich von 200 bis 2000 W.
Aber Achtung, bei einer Ausgangsleistung von 1500 W fließt bereits ein Batteriestrom von ca. 144 A (falls Wirkungsgrad 85%). Der WR muss deshalb direkt, mit kürzester Verbindung und genügend dickem Kabel an die Batterien angeschlossen werden. Außerdem sollte man batterieseitig einen Trennschalter (Natoknochen) vorsehen. Auch die Batterienkapazität sollte, entspechend den gestiegenen Anforderungen, aufrüstet werden wobei man die Gel-Technik meiden sollte. Die Batterielebensdauer verkürzt sich enorm, wenn bei einer C10-Batterie mit einer Kapazität von 200 Ah mal schnell 144 A gezogen werden

Bitte beachten Sie auch, dass selbst gute Wechselrichter nur einen Wirkungsgrad von max. ca. 90% haben (best case Angabe), d.h. wenn sie 1500 W Leistung für den 230V-Verbraucher benötigen, müssen Sie der Batterie ca. 1650 W entnehmen. Die Differenz wärmt ihr Wohnmobil. Der Wirkungsgrad ist außerdem stark abhängig von der abgeforderten Leistung, auf gut deutsch kann bei einem 1500W Wechselrichter und einer entnommenen Leistung von nur 200 W, der Wirkungsgrad produktspezifisch auf nur 60% sinken. Der beste Wirkungsgrad wird im Betrieb bei ca. 70-80% der Dauernennleistung erreicht. Genaueres muss man typspezifisch den Geräte-Kennlinien entnehmen.
PS: Es ist wie beim Automotor und „dem besten Drehmoment“, also eine Frage des optimalen Arbeitspunktes auf der Kennlinie

Achtung: Der 230V-Ausgang eines Wechselrichters (WR) darf nicht mit auf das 230V-Landstromnetzes geschaltet werden. Möchte man die im Wohnmobil installierten 230V Steckdosen für Landstrom und WR benutzen, benötigt man zum WR einen „Netzvorrangschalter mit zwangsgeführten Kontakten“, der bei Anschluss von Landstrom den WR komplett abschaltet. Tut man das nicht, kann man mit ziemlicher Sicherheit den Wechselrichter als Totalschaden abschreiben.
Zusätzlich muss auch die bestehende Verkabelung geändert werden. Der 230V-Anschluss des Kühlschrankes, ggf. der 230V-Heizpatrone der Truma/Alde Heizung, des Batterieladegerätes und der FI/RCD Schutzschalter müssen getrennt von der Ausgangsseite des WR liegen.
Ansonsten würde die AES Automatik den Kühli mit 230V WR-Strom anstatt Gas betreiben und auch die Batterieladung würde sich im Kreis drehen indem die Batterie den WR versorgt, der dann wiederum das Ladegerät mit 230V versorgt damit dieses die Batterie lädt. Ist der 230V Ausgang galvanisch vom Eingang getrennt, muss auch in diesem 230V Strang ein FI/RCD-Schutzschalter Typ B verbaut werden.

Möchten Sie mehr oder tiefergehende Information zur Stromerzeugung und Speicherung, zur Solaranlage oder auch zur neuerdings eingebauten Bus-Technologie möchte ich Ihnen folgendes Buch empfehlen:
Strom und Spannung im Wohnmobil


 Stand 4.12.2018

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