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TECHNIK & AUSRÜSTUNG TECHNIK & AUSRÜSTUNG Wenn das Modul (hier Enecom) zu weiten Teilen etwa durch den Großbaum abgeschattet wird, bricht der Ladestrom deutlich ein Auch ohne Schatten gibt es zwischen den verschiedenen Bestrahlungsbedingungen (hier Cleversolar) sehr große Unterschiede 76 www.segelnmagazin.de 9/2011 Am „HF 70“/Enecom stehen die Kontakte an den Zellübergängen zum Teil deutlich hoch: eine potenziellle Bruch- und Scheuerstelle men vollflexible und sogar rollbare Solarmatten für den Einsatz an Bord infrage, die sich quasi „fliegend“ bei Bedarf ausbringen lassen. Den Biegeradius sollte man aber nicht zu eng wählen, da die Zellen sonst brechen und das Panel irreversibel zerstört ist. Sie können beispielsweise mit Gummistropps an der Reling oder um das zusammengelegte Tuch auf dem Großbaum befestigt werden. Die Leistungsausbeute dieser Modelle ist auch bei großen Flächen relativ gering (siehe Kasten). Unterschiede der Module Die Hauptunterschiede der Zellen liegen zum einen in der Herstellung und somit im Preis, zum anderen in der Leistungsausbeute bzw. dem Wirkungsgrad. Am aufwendigsten herzustellen, aber auch am leistungsfähigsten sind monokristalline Zellen. Hierfür wird Silizium bei sehr hohen Temperaturen zu einem langen Zylinder verschmolzen und langgezogen, der quasi aus einem einzigen Kristall besteht. Die Gleichförmigkeit der Struktur bewirkt die hohe Leistungsfähigkeit. Hiervon werden hauchfeine Scheiben abgeschnitten, die nach entsprechenderOberflächenbearbeitung das Grundmaterial für die Panels liefern. Die Zellen sehen tiefschwarz aus, der Wirkungsgrad kann bis zu 19 Prozent betragen. Weit weniger gleichförmig und damit auch weniger leistungsfähig sind polykristalline Zellen. Hier wird das flüssige Silizium in eine Blockform gegossen und später passend zurecht gesägt. Die Kristalle sind weit weniger gleichförmig ausgerichtet, dies hat eine recht hohe Reflexion der Sonnenstrahlen an der Oberfläche zur Folge. Solche Zellen funkeln blau, die unregelmäßige Struktur ist erkennbar. Hier liegt der Wirkungsgrad nur bei maximal 16 Prozent. Die dritte verbreitete Variante sind amorphe Zellen, wie sie in vollflexiblen Modulen zur Anwendung kommen. Flüssiges, heißes Silizium wird auf ein Trägermaterial aufgedampft, es entstehen sehr geringe Schichtdicken. Die haben allerdings auch mit etwa sieben bis zehn Prozent den niedrigsten Wirkungsgrad von allen. Der Hauptvorteil liegt darin, dass sie gerollt oder sogar gefaltet werden können. Die Oberfläche erscheint gleichmäßig braun. Wirkungsgrad Das Verhältnis von zugeführter Leistung zu abgegebener Leistung nennt sich Wirkungs- ➤ Fotos: Gerald Sinschek Testausrüstung: Eine leere Batterie mit Verbrauchern, ein Solarregler und Messwiderstände mit PC-Anschluss So haben wir gemessen… im Labor Bei Hersteller Sunware haben wir Werte wie Leerlaufspannung (UoC) und Kurzschlussstrom (IsC) gemessen. Die Umgebungsdaten haben nicht den Bedingungen der Standard-Testbedingungen (STC) entspro- LIMITIERTES ANGEBOT chen, die 1.000 Watt pro Quadratmeter lagen aber exakt an. Ein sogenannter Flasher kam dabei nicht zum Einsatz, das Licht wurde von Halogenlampen erzeugt. Um eine Erwärmung der Panels zu vermeiden, haben wir die Lampen jeweils nur für zwei Sekunden eingeschaltet. Außerdem haben wir mit einem Stück Tau Abschattung nachgestellt. Die Unterschiede der Messungen im Vergleich zu den Herstellerangaben der Panels waren überschaubar – auf eine Bewertung haben wir deshalb verzichtet. Interessanter war die gemessene Spannung bei gleichmäßigen Schwachlichtbedingungen: Je mehr Spannung hier anlag, desto schneller „springt“ das Panel in natura an und liefert Strom. So haben wir getestet… im Freien Ende Juli haben wir zusammen mit dem Elektrik- Experten Jörg Winkel (www.yachtbatterie.de) einen Versuchsaufbau erstellt, mit dem wir die tatsächliche Leistungsabgabe unter natürlichen Bedingungen ermittelt haben. Alle Panels haben wir nacheinander über den selben Laderegler (Fox 350) an eine fast leere Batterie mit einer Restspannung von knapp 12 Volt angeschlossen. Hieran angeschlossene Verbraucher haben eine Ladung durch die Panels verhindert, sodass die batterie-seitigen Bedingungen für alle Module gleich waren. Über Messhunts (von www. philippi-online. de) haben wir den Ladestrom aufgezeichnet. Die Module wurden für jeweils fünf Minuten sowohl plan auf dem Boden vermessen als auch perfekt ausgerichtet in einem immer gleichen Winkel zur Sonne. Im Laufe der Testreihe konnten wir außerdem verschiedene Abschattungsversuche mit einem breiten Gegenstand durchführen, der den Großbaum simulieren sollte. 1.000 Watt aus einer großen Lampenfläche strahlten auf die Panels Leistungsmessung der Module plan und im Winkel (oben: Phillipi-Batteriemonitor) SECURITY FIRST Das Angebot ist nur gültig vom 1.– 31. August 2011 PREIS-HIT AWN Rettungsweste Security L 150 N 5999 € 69,99 nur € integrierter Lifebelt robuste Schutzhülle Zugelassen nach DIN EN ISO 12402 Ihr Boots- und Yachtausrüster seit 1745 • www.awn.de www.awn. www.awn.de de A.W.Niemeyer • Holstenkamp 58 • 22525 Hamburg • Telefon 0180/525 97 97* Hamburg • Kiel • Lübeck • Bremen • 2x Berlin • Dormagen • Bochum • Mannheim • Taufkirchen • Wiener Neustadt 150 *0,14 €/Min. aus aus dem Festnetz, Mobilfunk max. 0,42 €/Min. 9/2011 www.segelnmagazin.de 77 awn_110728_AZ_segeln_90x124.indd 1 28.07.2011 12:07:20
TECHNIK & AUSRÜSTUNG Auf einer Ecke des „WZ-4000“ von DC-Energy ist eine kleine blaue LED eingebaut, die die korrekte Funktion des Panels anzeigen soll. Der Rahmen ist übrigens aerodynamisch gestaltet grad. Wird im hochsommerlichen Ideal- oder Laborfall eine Panelfläche mit der Seitenlänge 100 x 50 Zentimeter (0,5 qm) mit 1.000 Watt pro Quadratmeter bestrahlt und stellt dieses Panel dann dem Verbraucher eine Leistung von 50 Watt zur Verfügung, liegt der Wirkungsgrad bei recht mageren zehn Prozent. Liefert ein hochwertiges Panel gleicher Größe laut Hersteller hingegen 70 Watt, liegt der Wirkungsgrad schon Vollflexible Module 78 www.segelnmagazin.de 9/2011 bei 14 Prozent. Testumfeld Für unseren Labor- und Freilandtest haben wir aus jeder der drei Gruppen die gängigen Modelle aus den Yachtausrüster- Katalogen zusammengestellt. Sechs starre, vier halbflexible und zwei mehr oder weniger vollflexible Panels haben wir geordert. Bei der Leistungsklasse der starren und semiflexiblen Panels haben wir uns für 55 bis 70 Watt entschieden. Kleinere Versionen liefern bei gleicher Modulanzahl so wenig Strom, dass sich eine Festmontage kaum lohnt. Alle Module haben wir auf dem Prüfstand eines namhaften deutschen Herstellers unter die Lampen gelegt (Kasten „So haben wir gemessen – in Labor) und auch vergleichende Freilandversuche unternommen, die uns unter wechselnden Wetterbedingungen aufschlussreiche Wenn das Panel gewölbt montiert ist, werden die Zellen nicht mehr im idealen Winkel zur Sonne ausgerichtet. Die ohnehin geringe Leistung sinkt noch einmal deutlich Die Idee ist einfach und genial: Ein vollflexibler und sogar aufrollbarer Stromerzeuger, der nicht dauerhaft verklebt oder verschraubt werden muss und nur bei Bedarf in die Sonne gehängt wird. Leider muss diese Flexibilität mit einer vergleichsweise geringen Stromausbeute trotz großer Abmessungen erkauft werden, was in den technischen Eigenschaften der Dünnschichtzellen begründet liegt. Doch gerade diese Flexibilität bedeutet Bewegung, die auf lange Sicht Anschlüsse, Kontakte und Material schädigen kann. Außerdem müssen auch diese Module immer möglichst plan zur Sonne ausgerichtet werden. Oft gesehene Darstellungen von Befestigungsmöglichkeiten an Deck, wie etwa mit Gummistropps am Großbaum oder am zusammengelegten Großsegel, haben oft zur Folge, dass die Panels gewölbt angebracht werden. Dann wiederum sinken die abgegebene Spannung und der Ladestrom signifikant, wie wir auf dem Prüfstand festgestellt haben. Werte zur Leistung bei bewölktem Himmel lieferten. Testergebnisse Von der auf dem Karton versprochenen Leistung ist im Freilandversuch nicht viel zu sehen. Selbst bei strahlend blauem Himmel um die Mittagszeit reichen perfekt ausgerichtete Solarmodule nicht ansatzweise an die theoretischen Herstellerangaben heran. Idealbedingungen gab es beispielsweise bei dem „WZ- 4000“ von DC-Energy: Hier konnten wir 3,4 A Ladestrom mitloggen, der an die Batterien weitergegeben wurde, also rund 40 Watt. Bis zu der maximalen Nennleistung von 60 Watt, die der Hersteller in das Datenblatt geschrieben hat, klafft eine ordentliche Lücke. Interessanterweise konnten wir bei diesem Panel auch den Unterschied zwischen einem ideal ausgerichteten Modul mit einem Sonneneinstrahlwinkel von 90 Grad und einem flach ausgerichteten messen. Als das Sonnenlicht im Winkel auftraf, sank der Ladestrom auf 2,7 Ampere. Ebenfalls unter Idealbedingungen haben wir das „HF 70“ Enecom-Modul gemessen. Hier war der Unterschied mit 3,89 A (plan) und 4,1 A (schräg) zwar nicht so gravierend, aber immer noch erkennbar. Dünne Schleierwolken haben den Ladestrom um bis zu 40 Prozent reduziert, Panels, die nach den Standard-Testbedingungen bis zu 70 Watt (5,8A) erzeugen sollen (z.B. Büttner), haben nur noch 1,7 A geliefert. Dieser Rückgang ist nicht modellspezifisch, sondern ließ sich bei allen Probanden beobachten. Bei bewölktem oder sogar bedecktem Himmel hingegen kommt kaum noch Ladestrom in den Batterien an. Maximal ein Ampere konnten das „S200M“ von Solara oder das „LA 75“ von Plastimo bei Bewölkung noch liefern. Bedeckter Himmel ließ den Strom bei dem Fotos und Grafik: Gerald Sinschek, Jan Bindseil „S200M“ und dem „SPM50- 12“ von Victron auf 0,5 A bzw. 0,45 A absinken. Gravierende Auswirkungen hatte auch der Abschattungsversuch, der sich ausgerechnet bei ungetrübtem Sonnenschein besonders bemerkbar macht: Um mehr als 60 Prozent sinkt der Ladestrom, wenn der Schatten des Großbaumes auf das Panel fällt. Bei bewölktem Himmel und diffusem Licht ist diese Differenz deutlich geringer. Herstellerangaben Die im Zusammenhang mit der Panel-Leistung gebrauchte Angabe „Watt Peak“ (Wp) oder einfach Watt bezeichnet die abgegebene elektrische Leistung unter sogenannten Standard- Testbedingungen (STC). Hierbei ist die maximale Zellentemperatur mit 25°C vorgegeben, die Bestrahlungsstärke liegt bei exakt 1.000 Watt pro Quadratmeter und das verwendete Lichtspektrum liegt bei einer Luftmasse (Air Mass) von genau 1,5. Die Luftmasse ist ein Maß für die Länge des Weges, den das wellige Licht von der Sonne durch die Atmosphäre bis zur Erdoberfläche benötigt. Je nach Sonnenstandswinkel und Jahreszeit ändert sich dieser Wert. Diese Idealbedingungen müssen einerseits als Basis für die Ermittlung vergleichender Angaben formuliert werden, andererseits haben sie mit der tatsächlichen Leistungsausbeute im Alltagsbetrieb herzlich wenig zu tun. Die perfekten Bedingungen treten in Deutschland nur an unbewölkten Hochsommertagen und dann meistens auch nur kurz auf. An Bord eines Segelbootes hingegen wirken, abgesehen von den äußeren Gegebenheiten, viele Faktoren der Maximalausbeute entgegen: Der ideale Einstrahlwinkel von 90 Grad kann nicht perfekt und nicht über einen längeren Zeitraum eingehalten werden. Das würde eine permanente Nachführung der Anlage erfordern, die sich selbst mit einer entsprechenden Halterung nur mit viel Konsequenz erreichen ließe. Zudem ließe sich das ohnehin nur in der Box oder an einem sehr ruhigen Ankerplatz bewerkstelligen. Macht das Boot hingegen Fahrt, ist kein Kurs so ruhig und strichgerade, dass die Sonne immer im perfekten Winkel auf die Zellen braten würde. Oft sieht man die Angabe „Wh/d“ für Wattstunden pro Tag. Ein Modul mit der Angabe „200 Wh/d“ soll also 200 Watt oder 16 Ampere pro Tag in die Batterie einspeisen. Das klingt im ersten Moment nicht schlecht, aber welche Wetterbedingungen dieser Berechnung zugrunde liegen, bleibt oft verhangen und kann je nach Hersteller sehr unterschiedlich veranschlagt werden. ➤ TECHNIK & AUSRÜSTUNG Je nach Breitengrad liefern Panels mehr oder weniger Strom, das Optimum ist ein rechter Winkel. In Äquatornähe ist der Energieertrag auch wegen der geringeren Entfernung zur Sonne höher Dünnes, semiflexibles Panel mit Kantenschutz (links), Aluprofil eines starren Moduls (rechts) Bei diesem Wölkchen fiel der Ladestrom des „WZ-4000“ schlagartig von 2,3 Ampere auf 0,3 Ampere ab Bei vollständig bedecktem Himmel (re) lieferte das große Modul von Plastimo nur noch 0,6 Ampere Ladestrom. Eine große Batteriebank könnte damit wenig anfangen 9/2011 www.segelnmagazin.de 79
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