Was Sie über Solarladeregler wissen müssen

Laderegler oder Laderegler sind grundsätzlich Spannungs- und/oder Stromregler, die eine Überladung von Batterien verhindern. Bei den meisten 12-Volt-Modulen werden Spannung und Strom von den Solarmodulen zur Batterie reguliert. Wenn also keine Regulierung erfolgt, werden die Batterien durch Überladung beschädigt. Um eine Batterie vollständig aufzuladen, werden 14 bis 14,5 Volt benötigt.

Es ist nicht immer notwendig, einen Laderegler mit kleinen Wartungspanels oder Erhaltungsladepanels, beispielsweise mit 1 bis 5 Watt, zu verwenden. Als grobe Faustregel gilt, dass Sie keinen benötigen, wenn das Panel pro 50 Amperestunden Batteriestrom 2 Watt oder weniger verbraucht.

Beispielsweise hat eine standardmäßige, überflutete Golfautobatterie etwa 210 Amperestunden. Wenn Sie zur Wartung oder Lagerung ein Paar 12-Volt-Batterien bereithalten möchten, ist ein 4,2-Watt-Panel genau das Richtige. Bei der Wartung von AGM-Deep-Cycle-Batterien wie dem Concorde Sun Xtender kann ein 2- bis 2-Watt-Panel verwendet werden. 5-Watt-Panels sind nahe genug, ohne dass ein Controller erforderlich ist.

Die natürliche Frage, die sich stellt, lautet: „Warum nicht Solarmodule so konstruieren, dass sie genau 12 Volt erzeugen?“ Der Grund dafür liegt in praktischen Erwägungen. Wären die Module auf eine Ausgangsspannung von nur 12 Volt ausgelegt, würden sie effektiv nur unter optimalen Bedingungen Strom erzeugen – wenn es kühl ist, bei perfektem Sonnenlicht und in der vollen Sonne. Allerdings sind solche Bedingungen an den meisten Standorten nicht durchgängig gewährleistet.

Um Schwankungen wie niedrigem Sonnenstand, starkem Dunst, Wolkendecke oder hohen Temperaturen Rechnung zu tragen, sind Solarmodule so konzipiert, dass sie zusätzliche Spannung liefern. Dadurch wird sichergestellt, dass das Panel auch in nicht idealen Szenarien, beispielsweise wenn die Sonne tief am Himmel steht oder die atmosphärischen Bedingungen ungünstiger sind, noch eine gewisse Leistung erzeugen kann. Es ist zu beachten, dass eine voll geladene „12-Volt“-Batterie im Ruhezustand typischerweise etwa 12,7 Volt misst (ungefähr 13,6 bis 14,4 Volt unter Ladebedingungen). Daher muss das Panel auch unter widrigen Bedingungen mindestens diese Spannung erzeugen.

Hier kommt die Rolle des Ladereglers ins Spiel, der die Ausgangsspannung des Panels, die zwischen 16 und 20 Volt liegt, an den unmittelbaren Bedarf der Batterie anpasst. Diese Spannungsanpassung kann zwischen etwa 10,5 und 14,6 Volt variieren, abhängig von Faktoren wie dem Ladezustand der Batterie, dem Batterietyp, dem Betriebsmodus des Controllers und der Umgebungstemperatur. Der Laderegler sorgt dafür, dass die Leistung des Solarpanels an die dynamischen Anforderungen des Batteriesystems angepasst wird.

Konsequenzen der Verwendung eines Standardcontrollers

Standardregler, mit Ausnahme der Typen mit Maximum Power Point Tracking (MPPT), können mit Hochspannungspanels funktionieren, solange die maximale Eingangsspannung des Ladereglers nicht überschritten wird. Ein bemerkenswerter Nachteil ist jedoch der erhebliche Leistungsverlust, der zwischen 20 und 60 % der Nennleistung des Panels liegt. Standard-Laderegler leiten Strom an die Batterie weiter, bis diese die volle Ladung erreicht, normalerweise etwa 13,6 bis 14,4 Volt. Da die Anzahl der Ampere, die ein Panel ausgeben kann, begrenzt ist, führt die Verringerung der Spannung bei Beibehaltung der Nennstromstärke zu einer verringerten Leistungsübertragung. Beispielsweise liefert ein 175-Watt-Panel mit einer Nennspannung von 23 Volt/7,6 Ampere möglicherweise nur etwa 7,6 Ampere bei 12 Volt an die Batterie. Nach dem Ohmschen Gesetz (Watt = Volt x Ampere) würde das 175-Watt-Panel etwa 90 Watt zur Batterie beitragen.

Optimierung von Hochspannungspanels mit einem MPPT-Controller

Um das volle Leistungspotenzial von netzgebundenen Hochspannungs-Solarmodulen auszuschöpfen, ist ein MPPT-Regler unverzichtbar. MPPT-Controller, die im obigen Link beschrieben sind, können Hochspannungseingänge verarbeiten, oft bis zu 150 Volt Gleichstrom (einige sogar noch höher, bis zu 600 V Gleichstrom). Dadurch besteht die Möglichkeit, zwei oder mehr Hochspannungspaneele in Reihe zu schalten, was die Kabelverluste reduziert und die Verwendung kleinerer Kabelquerschnitte ermöglicht. Nehmen wir zum Beispiel das zuvor erwähnte 175-Watt-Panel und würden zwei in Reihe geschaltet, so würden 46 Volt bei 7,6 Ampere in den MPPT-Controller eingespeist. Der Controller wandelt diese dann in etwa 29 Ampere bei 12 Volt um und optimiert so die Effizienz der Energieübertragung.

Laderegler sind in verschiedenen Größen, Formen, Funktionen und Preisklassen erhältlich und decken die spezifischen Anforderungen von Solarstromanlagen ab. Das Spektrum reicht von kompakten 4,5-Ampere-Steuerungen wie dem Sunguard bis hin zu fortschrittlichen programmierbaren MPPT-Steuerungen mit 60 bis 80 Ampere, die mit Computerschnittstellen ausgestattet sind. In Fällen, in denen die Ströme 60 Ampere überschreiten, ist es üblich, zwei oder mehr 40- bis 80-Ampere-Geräte parallel zu verdrahten. Die am häufigsten verwendeten Laderegler in batteriebasierten Systemen liegen jedoch typischerweise im Bereich von 4 bis 60 Ampere.

Diese Controller können grob in drei Typen eingeteilt werden, die jeweils unterschiedliche Zwecke mit einem gewissen Grad an Überschneidungen erfüllen:

1.Einfache 1- oder 2-stufige Steuerung

Diese auf Relais oder Shunt-Transistoren basierenden Steuerungen verwalten die Spannung in ein oder zwei Schritten. Obwohl sie als veraltet gelten, sind sie in älteren Systemen immer noch vorhanden, und online verfügbare Budgetoptionen verfügen möglicherweise über diese einfachen Steuerelemente. Ihr Hauptvorteil liegt in ihrer Zuverlässigkeit, die auf ihre minimalen Komponenten zurückzuführen ist.

2,3-Stufen- und/oder PWM-Steuerung

Dreistufige und/oder Pulsweitenmodulations-Steuerungen (PWM) gelten als Industriestandard und haben sich durchgesetzt. Sie ersetzen die älteren Shunt-/Relais-Typen, die gelegentlich in kostengünstigen Systemen von Discountern und Massenvermarktern anzutreffen sind.

3. MPPT-Controller (Maximum Power Point Tracking).

Obwohl MPPT-Regler teurer sind, stellen sie die Spitze der Reglertechnologie dar und bieten Wirkungsgrade im beeindruckenden Bereich von 94 % bis 98 %. Sie bieten erhebliche Kosteneinsparungen bei größeren Systemen und liefern 10 bis 30 % mehr Leistung für die Batterie.

Wie der Name schon sagt, zielt der Ausgleich darauf ab, die Ladung aller Zellen in einer Batterie oder Batteriebank auszugleichen. Im Wesentlichen handelt es sich um eine absichtliche Überladung über einen Zeitraum, typischerweise im Bereich von 15 bis 15,5 Volt. Wenn bestimmte Zellen innerhalb des Batteriestrangs eine geringere Ladung aufweisen als andere, werden sie durch den Ausgleich alle auf die volle Kapazität gebracht. In gefluteten Batterien erfüllt dieser Prozess auch die lebenswichtige Funktion, die Flüssigkeit durch die Erzeugung von Gasblasen zu bewegen. Während dies in sich ständig bewegenden Umgebungen wie Wohnmobilen oder Booten möglicherweise keine nennenswerten Auswirkungen hat, ist es von Vorteil, wenn das Fahrzeug über einen längeren Zeitraum geparkt wird, und verhindert so eine ungleichmäßige Aufladung. In Inselnetzsystemen können auch Generatoren mit Ladegeräten zum Batterieausgleich eingesetzt werden.

Viele Laderegler bieten einen „PWM“-Modus, was für Pulsweitenmodulation steht. PWM wird häufig als Methode zum Erhaltungsladen eingesetzt. Anstatt eine konstante Leistung zu liefern, sendet der Controller eine Reihe kurzer Ladeimpulse an die Batterie – ein schneller „Ein-Aus“-Schalter. Der Controller beurteilt kontinuierlich den Zustand der Batterie, um die Impulsfrequenz und -dauer zu bestimmen. Bei einer vollständig geladenen Batterie ohne Last können die Impulse alle paar Sekunden mit kurzer Dauer auftreten. Bei einer entladenen Batterie können die Impulse länger und nahezu kontinuierlich sein, oder der Controller wechselt möglicherweise in den „Voll-Ein“-Modus. Obwohl PWM effektiv ist, kann es aufgrund der scharfen Impulse, die es erzeugt, Störungen in Radios und Fernsehgeräten verursachen.