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ASYC - die Apollonia Sailing Yacht Crew!

Solarpanele 2.0 (Frühjahr 2016)

Im Jahr 2006, als Solarpanele noch nicht so sehr verbreitet waren, wollte ich meine Yacht zusätzlich zum Windgenerator mit diesen stillen, nachhaltigen und verlässlichen Stromerzeugern auf- und auf LED-Lampen umrüsten.
Da ich unser schlankes Heck nicht mit einem für mein Empfinden hässlichen Geräteträger verunstalten wollte, ersann ich eine Art der Montage, die mit verhältnismäßig geringem Aufwand durchgeführt, und bei Bedarf auch wieder leicht zurückgebaut werden kann.

Auf zahlreichen Plattformen und Medien wurde seinerzeit darüber berichtet, was auch viele Yachties dazu anregte, diese dezente, aber vor allem effiziente Idee selbst umzusetzen oder zu adaptieren. Viele e-mails erreichten mich mit Fragen nach weiteren Details, oft wurde ich in verschieden Häfen darauf angesprochen und fotografiert, auf diese Weise wurde unsere SY Apollonia II bald bekannt, und so sind auch einige Freundschaften entstanden.

Nach nunmehr 10 Jahren im Einsatz, in denen sich diese Konstruktion bestens bewährt hat, war an Rückbau nie zu denken, und die im Jahr 2006 modifizierte Reling kann weiterverwendet werden.
Da ich im Frühjahr 2015 das Teak Deck in Griechenland sehr professionell und preiswert komplett erneuern ließ, siehe Bericht Teak Deck, wollte ich den Windgenerator gar nicht wieder montieren, da dieser in all den Jahren am ehesten entbehrlich war, und ich das schöne, neue Deck nicht gleich wieder anbohren wollte, um ein wenig mehr Strom, aber trotz Flüsterflügel auch mehr Lärm zu haben. Obwohl die neuen Rotorblätter wirklich wesentlich leiser sind, übertragen sich die Schwingungen ja trotzdem über das Gummi gelagerte Gestänge, und im Achterschiff fühlte es sich auch trotz neuer Kugellager im Rotor zuweilen an wie in einem Kontrabasskorpus, sodass ich den AirMarine meist durch Abschalten still legte.
Da der Feind des Guten bekanntlich das Bessere ist, und seit meinem Prototyp 10 Jahre vergangen sind, habe ich die Konstruktion im Frühjahr 2016 verfeinert und an die derzeit verfügbaren Solarpanele angepasst, was als Version 2.0 im Folgenden detailliert veranschaulicht werden soll.
Die alten, polykristallinen Solarzellen, die zwar noch immer gleich viel Strom wie am ersten Tag liefern, und damals etwa € 300 pro Stück kosteten, wollte ich gegen neue monokristalline ersetzen, die bei unwesentlich größeren Abmessungen die doppelte Leistung bringen, und das bei einem Drittel des damaligen Preises!

Ich entschied mich für „ECO-WORTHY 100W“ Module mit 120cm x  54cm Abmessung um je 109 Euronen, wie sie inzwischen schon auf jedem Kuhstall in Niederbayern zu finden sind, und für die manche Ausrüster noch immer 2-3 mal so hohe, sprichwörtliche  Apothekerpreise nehmen, (ohne diesen Berufsstand diskreditieren zu wollen) und ohne geeignete Halterungen dafür anzubieten.

Da ich die Panele stufenlos schwenkbar montieren wollte, ersetzte ich den Relingdraht vom Heckkorb zur ersten achteren Relingstütze durch polierte 20mm VA4 Rohre, die ich entsprechend zuschnitt, und mit für Biminigestänge üblichen Endstücken versah, und zwecks höherer Zugfestigkeit durchbohrte, und zusätzlich zu den Imbusfixierungen entsprechend verschraubte. Die Endstücke verschraubte ich dann selbstsichernd an den Ösen des Heckkorbs, und mittels Augbolzen und passenden Terminalspannern die zuvor entsprechend gekürzten und mit Gewindeterminals verpressten Relingdrähte an den Durchzügen der Relingstützen.

Die früheren Solarpanele verfügten über einen sehr schmalen Rahmen, weshalb ich damals runde Stangen mit 30mm  Durchmesser aus Zellamid wählte, um die Panele schwenkbar und mit Flügelmutter fixierbar auf dem 20mm Relingrohr anbringen zu können.
Das Funktionsprinzip bei den neuen Panelen bleibt gleich, jedoch die Ausführung ist anders, weil die Breite des Rahmens nun grösser ist, und die Reling jetzt durch diesen durchgeführt werden kann!

Für die neue Montage verwendete ich 2 Zellamidblöcke pro Modul mit 26mm Stärke, 50mm Breite und 230mm bzw. 250mm Länge (die Kürzeren an die Seite, wo die Elektroverteiler sitzen, damit man an ebendiesen damit vorbeikommt), die sich exakt in die Innenseite des 35mm breiten Modulrahmens einfügen lassen. Die Stärke des Moduls selbst ist  5mm, 2x 2mm misst die Materialstärke des Aluminiumrahmens, der übrigens an seiner Stirnseite zur Festigung doppelt ausgeführt ist, da bleiben 26mm innere Breite, durch die sich dann auch die nur 20mm starke Reling perfekt durchführen lässt.

Für die 20mm Bohrung in das Zellamid kommt ein entsprechender Bohrfräser zum Einsatz, für die gegengleichen Bohrungen im Alurahmen des Solarpanels ein 20mm Senkbohrer, zum Schneiden der Schlitze für die Bekneifung an der Reling eine Stichsäge mit langem Sägeblatt und etwa  2mm Schnittbreite, und einen 6mm Gewindebohrer für die Verschraubung der Zellamid- Montageblöcke im Rahmen.

Nach Zuschnitt auf die nötige Länge und Bohren der Gewinde für die Montage, müssen an der passenden Stelle 20mm-Bohrungen gefräst werden, durch die später die Relingrohre geschoben werden können. Die Position dieser Führungen ist so gewählt, dass die Unterkanten der Panele in abgesenkter Position die unteren Relingsdurchzüge ein wenig überlappen, und so ungestörter Zugang zu Klampen, Genuablöcken etc. frei bleibt, und Platz für die Stromverteiler am Panel gegeben ist. Das Zellamid wird vom Hersteller mit 25mm beschrieben, kommt aber trotzdem mit  26mm Stärke, und kann sogar als Zuschnitt von der Plattenware „Zellamid 202“ bestellt werden.

Zum Fixieren der Panele in gewünschter Position habe ich jeweils einen 30mm langen und 2mm breiten Schnitt mit der Stichsäge durch die Bohrung nach oben, parallel zur Reling gesägt und im unteren Drittel des Schnittes zwei weitere 6mm Gewindebohrungen nebeneinander  angebracht. Durch eine wird der Rahmen gleich mit verschraubt und die Reling vorgespannt, durch die andere von innen eine Senkkopfschraube eingedreht, auf der dann mittels Flügel- oder Sterngriffmutter die Reling in der Führung mehr oder weniger bekniffen werden kann. In der Praxis verstellt man die ohnehin selten, da die Führungen wie Rutschkupplungen wirken und nur bei starkem Wind strenger angezogen werden müssen. Die Asymmetrie ist nicht so stark, dass hohe Gewichtsunterschiede entstehen, und die Lateralkräfte werden durch die Zellamidblöcke  außerdem in den Rahmen eingeleitet, was auch den durch die Bohrung im Rahmen entstandenen möglichen Festigkeitsverlust mehr als kompensiert.

In diesen Darstellungen habe ich ein Kunststoffrohr an Stelle der Reling zur Veranschaulichung verwendet. Die so fertig vorbereiteten Panele konnte ich nun zu Saisonbeginn Anfang April mit wenig Aufwand an Bord gegen die früheren ersetzen. Lediglich die Relingrohre abschrauben, die alten Halterungen abziehen, die neuen Panele samt Halteblöcken einsetzen, anschließen, einschalten, fertig!
Achtung: Die Gewindebohrungen im Bereich des Schnittes müssen natürlich von der Seite, wo Flügelmutter und Sechskantschraube sitzen, bis zu dem Schnitt auf etwa 8mm aufgebohrt werden, damit sich das Material beim Verschrauben auch zusammenziehen kann.  (Am besten, eine Schraube beim Bohren von der anderen Seite so weit eindrehen, dass man beim Aufbohren nicht durch den Schnitt flutscht, und zur Sicherheit alle Seitenflächen beschriften, wie Bb vorn, Stb hintern etc.)

In der Praxis erwiesen sich die Sterngriffmuttern allerdings als gar nicht unbedingt notwendig, da sich die Vorspannung durch die Montageschraube und die Verwendung einer nicht zu stark angezogenen, selbstsichernden Mutter für die Einstellschraube als ausreichend fest erwiesen haben. Die Panele können mit geringem Widerstand von Hand aus in jede gewünschte Position gebracht werden.

Zur Verkabelung verwendete ich übrigens nicht die viel zu dicken, weil nur 2-adrigen Solarkabel, bei denen der größte Teil des Querschnittes aus Isolierung besteht, sondern aus vierpoligen Fahrzeugleitungen Typ FLRYY rund, mit 4x 1,5mm² Litzen-adern, wobei ich je 1 Paar für +/-zusammenlöte und so auch auf 3mm² Leitungsquerschnitt pro Pol komme, und das bei nur etwa 7,5mm Kabeldurchmesser, und sogar mit ausreichend dicker, UV-beständiger Ummantelung. Leitungsverluste wirken sich bei der verhältnismäßig kurzen Kabellänge allerdings auch nicht wirklich merkbar aus, zumal diese von einer intelligenten MPP-250-Duo-Digital Laderegelung auch sogar noch vollautomatisch kompensiert werden.

Wie vorher, sind die neuen, etwas größeren Panele, an derselben Stelle angebracht, und fügen sich in Betrieb, seitlich betrachtet kaum sichtbar, ins Gesamtbild ein.

Weiterführende Informationen

In einen Schaltkasten habe ich Solarladeregler und Umschalter für Panele und Windgenerator so eingebaut, dass ich jede mögliche Kombination manuell einstellen kann. (Für Wartungsarbeiten an der Elektronik kann der Ladestrom mit demselben Schalter natürlich auch unterbrochen werden)
In die Zuleitung zu den Batterien hatte ich noch zu- und umschaltbare Messgeräte (5A und 15A) in einem weiteren Schaltkasten integriert. Die Amperemeter sind hilfreich bei der Einstellung und Kontrolle der Panele, und machen auch den Zugewinn durch Windkraft sichtbar.
Diese Instrumente sind mit einem Schalter durch Überbrücken zu deaktivieren, weil diese analogen Amperemessgeräte den Ladestrom über einen Shunt fließen lassen, der mehr Verlust verursachen kann, als zu niedrige Leitungsquerschnitte, und bei starker Last wie eine Sicherung einfach durchbrennen kann. Wundern Sie sich im Falle eines Nachbaues nicht, dass die Instrumente trotz Überbrückung ein paar Ampere anzeigen, was daran liegt, dass jeder noch so große Schalter auch einen Übergangswiderstand besitzt, an welchem ein marginaler Spannungsabfall entsteht, der zu einer solchen Fehlanzeige führt.

Solar-Wind Schaltplan schematisch

Wenn ich nicht an Bord war, wurde immer über den Laderegler geladen, der allerdings schon bei 13,8 Volt auf Erhaltungsladung schaltete. Damit wurden die Batterien natürlich nie voll geladen. War ich an Bord und verbrauchte mehr Strom, oder wollte ich die Batterien voll machen, konnte ich auf direkte Ladung umschalten. Dies musste allerdings kontrolliert geschehen, da sonst eine Überladung der Akkus möglich gewesen wäre. Natürlich gibt es inzwischen auch dafür besser geeignete, sogenannte MPP- Solarladeregler, die mit dynamische generierten Ladespannungen und einer Kombination aus an den Akkus anzubringenden Thermofühler arbeiten, so das Maximum aus den Solarpanelen herausholen, und durch Verbrauchserkennung auch den Ladestrom dynamisch steuern, um nicht zu überladen. Ich entschied mich für den Solar Laderegler MPP 250 Duo Digital von Votronic, der meinen alten Solarix Jota 12, den ich 10 Jahre in Verwendung hatte, zu meiner vollen Zufriedenheit  ersetzt. Damit werden die Batterien nun immer auf top Ladezustand gehalten, und wenn Verbraucher zugeschaltet werden, erhöht sich  automatisch der Stromfluss, bis zum erreichbaren Maximum. Der alte Umschalter für die zu ladende Batteriebank  wurde nun ebenso obsolet, da der MPP 250 Duo Digital über einen zweiten Ausgang für die Erhaltungsladung der Starterbatterie verfügt, wobei diese nicht sehr hoch ist, und kein dickes Ladekabel nötig ist.
Der früher eingesetzte Windgenerator beinhaltet eine eigene Laderegeleinheit, die keinesfalls mit den Solarpanelen vorgeschaltet werden darf, sondern direkt an die Batterie, also in diesem Fall an den Ausgang der Ladeeinheit, und über einen Schalter zum Bremsen kurzschließbar. Ein 3-poliger Umschalter mit neutraler Mittelstellung verhindert dabei einen durch Funkenzug entstehenden Rückschlag, und ermöglicht zudem für Testzwecke lastfreies Anlaufen des Windgenerators.

 

Kuriose Konstruktionen, wie die im Bild rechts, die ein durchaus schönes Schiff maximal verschandeln, kann ich nicht nachvollziehen, zumal auch die Effizienz und Einstellmöglichkeiten nicht in vollem Umfang vorhanden sind. Außerdem ist diese Konstruktion sicher teurer, aufwändiger, viel schwerer und mit Eingriffen in die Substanz, wie Bohrungen in Rumpf etc. verbunden.
Solarpanele sind per se nicht gerade eine Augenweide, aber dafür auch noch ein klobiges, schweres  Gestänge als „eyecatcher“ am Heck zu montieren ist nicht gerade ästhetisch.
Hier fehlt nur noch der Stierschädel über dem Eingang auf die Shiloh-Ranch zur See!

Das Ohmsche Gesetz: (Die wichtigste Grundlage in der Elektrotechnik)

Leistung (P) = Watt    Spannung (U) = Volt
Leistung (P) = Spannung (U) x Strom (I)
Spannung (U) =  Leistung (P) / Strom (I)
Strom (I) = Leistung (P) / Spannung (U)

Spannung (U) = Strom (I) x Widerstand (R)
Strom (I) = Spannung (U) / Widerstand (R)
Widerstand (R) = Spannung (U) / Strom (I)

Strom (I) = Ampere     Widerstand (R) = Ohm
Z.B.: 12V x 2A = 24 Watt              U x I = P
Z.B.: 24 Watt  / 2A = 12V              P/ I = U
Z.B.: 24 Watt  / 12V = 2A              P / U = I

Definition: wenn an einem Widerstand von 1Ohm eine Spannung von 1 Volt anliegt, so fliesst durch diesen ein Strom von 1 Ampere.

Mit Hilfe dieser Gleichungen kann man Spannungsabfälle errechnen, Widerstände berechnen und Berechnungen über Strom und Leistung anstellen.

(Leitungsquerschnitte bei Verbrauchern!)

Der redaktionell verarbeitete Artikel mit exakten technischen Zeichnungen und Bauanleitung kann in der Ausgabe 4/16 im Palstek-Magazin nachgelesen bzw. nachbestellt werden!