Grüne Energie an Bord - Solaranlagen für Ihr Boot

Grüne Energie an Bord - Solaranlagen für Ihr Boot

In unserem Online Ratgeber zum Thema Solar an Bord erfahren Sie alles über Solarmodule und den richtigen Einbau auf einem Sportboot, den besten Ort für die Montage von Solarmodulen an Bord und die Auswahl geeigneter Solar-Panels für Segel- und Motorboote. Sie finden alle wichtige Informationen über geeignete Laderegler samt Zubehör und das Verlegen der relevanten Leitungen. So können Sie die Sonne voll ausnutzen!

Welche Komponenten hat eine Solaranlage für Boote?

Damit Strom aus der Sonne gewonnen wird, braucht es vor allem eine oder mehrere Solarzellen. Landläufig meint man damit aber ein Solarpanel, auf dem in Wirklichkeit eine ganze Reihe einzelner kleiner Solarzellen zusammengeschaltet sind, um eine bestimmte Leistung zu erzeugen.

Die Funktion ist denkbar einfach: Sobald Licht auf die Anlage trifft, entsteht an den Solarpaneelen eine Spannung. Jedoch ändert sich diese Spannung und der produzierte Strom mit der Menge des eingefangenen Lichtes.

Zu den Komponenten einer Solaranlage gehört daher neben dem Solarpaneel immer auch ein Laderegler. Seine Aufgabe besteht darin, den Strom so ins Bordnetz einzuspeisen, dass damit die Batterie von der Solaranlage an Bord geladen werden kann.

Komponenten einer Solaranlage

Wieviel Strom produziert eine Boots-Solaranlage?

Bevor es ans Montieren einer Solaranlage geht, muss zuerst festgelegt werden, wie groß die Menge des produzierten Stroms sein soll. Sie hängt von mehreren Faktoren ab: An erster Stelle ist das die Sonne. Ohne Sonnenlicht können Solarzellen an Bord keine Energie produzieren, mittags, wenn die Sonne am höchsten steht, ist die mögliche Energiemenge am höchsten.

Strom einer Solaranlage

Aber auch der Einstrahlwinkel der Sonne ist wichtig und beeinflusst die Funktionsweise einer Solaranlage. Die steht auf der Nordhalbkugel mittags im Süden, auf der Südhalbkugel mittags im Norden und auf dem Äquator mittags genau über dem Boot. So ist zum Beispiel auf der Nordhalbkugel folgendes zu beachten:

Leicht nach Süden geneigt, produziert eine Anlage mehr Strom als bei einer Ausrichtung nach Norden. Auf einem beweglichen Boot, das womöglich noch an einem Anker schwoit oder gegen den Wind kreuzt, ist eine perfekte Ausrichtung nicht wirklich möglich. Ein häufig gemachter Kompromiss besteht daher aus einer horizontalen Montage des Solarpanels, um aus allen Richtungen zumindest etwas Licht einzufangen. Effektiver ist eine aktive manuelle Nachführung, um Richtung und Anstellwinkel des Solarmoduls an den Sonnenwinkel anzupassen. Das Plus an Ausbeute bei aktiver Nachführung verkleinert nicht nur die benötigte Fläche, sondern reduzieren auch die Kosten, die ggf. durch ein Nachrüsten einer Solaranlage entstehen würden, sinken so.

Der zweite wesentliche Faktor ist die Größe der Solaranlage, ihre Qualität und damit die Solarmodul-Leistung. Diese bestimmen die “Energiemenge”, die unter Idealbedingungen erzeugt werden können. Die Maßeinheit für diese Leistungsfähigkeit wird in Watt-Peak (WP) gemessen und beschreibt die maximale Spitzenleistung unter definierten Idealbedingungen (s. FAQ weiter unten).

Neben der Lichtmenge und der Qualität der verwendeten Solarpanels spielt letztlich auch die elektrische Installation eine Rolle: Zu kleine Kabelquerschnitte und falsch dimensionierte Verbindungen erzeugen Stromverluste. Auch die Art, Größe und das Alter der Akkus für die Anlage und nicht zuletzt der verwendete Laderegler entscheiden über die verwertbare Ausbeute an Strom.

Wann produziert eine Solaranlage an Bord (optimal) Strom?

Am effektivsten erzeugen Solarmodule Energie, wenn die Sonne exakt 90 Grad zu ihnen steht. Steht die Mittagssonne zudem am Äquator direkt über dem Boot, ist die Einstrahlmenge an der Erdoberfläche zudem deutlich höher als beispielsweise mittags am Polarkreis. Dort erreicht die Sonne als Höchststand im Jahr nur wenige Tage 45 Grad.

Diesen Effekt kann man zu einem gewissen Grad mit beweglichen Solarpanels kompensieren. Die müssen dann dem Sonnenstand allerdings meist manuell nachgeführt werden. Doch das lohnt sich! Gerade, wenn nur wenig Platz für Solarpaneele zur Verfügung steht, kann die Montage kleiner beweglicher Paneele sogar effektiver sein als eine größere starr verlegte Fläche an Deck. Noch besser ist es, wenn die Solarpanels entlang der Reling am Heckkorb oder auf einem Geräteträger für Solarzellen über dem Cockpit montiert werden:

Denn starr verlegte Flächen haben an Deck besonders oft leichte Abschattungen durch den Mast, die Segel und laufendes Gut. Der Verlust an Leistung durch Schatten ist jedoch nicht linear zu der Fläche. Schon ein kleiner Schatten kann die Spannung in einem Panel so weit reduzieren, dass es kaum noch zur Ladung beiträgt. Zwar sehen die Hersteller meist etwas Reserve vor, um eine Teilabschattung weniger Zellen zu kompensieren, aber die Schatten von zwei oder drei Fallen, die quer über ein Paneel laufen, können ausreichen, um das ganze Paneel lahmzulegen. In diesem Fall wird dann gar kein Strom mehr produziert. Es ist deshalb besonders wichtig auf den richtigen Montageort der Solarpanelle zu achten.

Beschattung einer Solaranlage

Tipp für Weltenbummler: Die klassische Barfußroute führt meist etwas nördlich des Äquators nach Westen. Die Sonne hat dann ihren Höchststand meist im Süden. Klappbare Solarpaneele an der backbord Reling blicken auf der Reise während der langen Etappen mit Kurs nach Westen also nach Süden und erzielen eine etwas höhere Ausbeute als auf der gegenüberliegenden Seite des Cockpits. Wenn es südlich des Äquators geht, kehrt sich dieser Effekt allerdings um.

Inwieweit beeinflusst das Segelrevier die Wahl und Größe der Solaranlage?

Warum der Einstrahlwinkel der Sonne auf die Solarzellen an Bord so wichtig ist, kann man mit einer einfachen Taschenlampe gut nachvollziehen: Aus der Lampe (Sonne) kommt immer die gleiche Menge Licht. Leuchtet man damit senkrecht auf eine Tischplatte ist ihr Lichtkegel deutlich zu sehen. Wiederholt man das mit einem Winkel von 45 Grad bei gleichem Abstand, wird dieser Lichtkegel oval und seine Fläche größer. Gleichzeitig wird der Lichtkegel auch etwas dunkler. Das liegt daran, dass die gleiche Menge Licht auf eine größere Fläche verteilt wird.

Genauso ist es auf der Erde. Je direkter die Sonnenstrahlen auf die Zellen treffen, desto mehr Energie pro Quadratzentimeter erreicht die Solarpaneele auf dem Boot.

Daher ist die Ausbeute theoretisch immer größer, je näher das Boot am Äquator gesegelt wird und die notwendige Dimensionierung der Solaranlage steigt in hohen Breiten. Denn am Äquator steht die Sonne mittags am höchsten Punkt der Erde. Allerdings ist das nur ein Teil der ganzen Wahrheit: Wie schon beschrieben, lässt sich mit nachführbaren Paneelen auch eine gute Ausbeute in hohen Breiten erzielen. Dort scheint die Sonne außerdem nicht so intensiv, dafür aber im Sommer 20 Stunden am Tag. Ebenso spielen saisonale Klimafaktoren eine Rolle. Während der Regenzeit in tropischen Revieren ist die Stomausbeute deutlich geringer als an einem klaren Sonnentag in Nordeuropa.

Welche Eigenschaften muss ein Solarmodul für Boote haben?

An Deck verlegte Solarpaneele werden besonders stark beansprucht. Durch überkommende Gischt stehen sie in permanenten Kontakt mit Salzwasser. Anschlüsse, Verschraubungen und die Solarpaneele selbst müssen für den Einsatz an Bord daher vor Korrosion entsprechend geschützt werden. Außerdem besteht an Deck immer die Gefahr eines Fehltritts. Ein Solarpaneel an Bord sollte daher trittfest und so stabil unterfüttert sein, dass auch ein herabfallender Schäkel aus dem Masttop ihre Oberfläche nicht beschädigen.

Auch das Gewicht von Solarpanels spielt eine Rolle. Besonders, wenn die Paneele an Geräteträgern am Heck oder Reling montiert werden. Außerdem erzeugen Solarpaneele in Betrieb auch noch Wärme, arbeiten aber effektiver, wenn sie kühl sind. Montagerahmen sollten also eine gute Belüftung von unten ermöglichen. Insbesondere, wenn tropische Reviere auf der Route stehen.

Tipps

  • Alle Verbindungen und Kontakte mit Schrumpfschlauch und Isolierband vor Korrosion schützen
  • An Deck nur tritt- und schlagfeste Module verbauen
  • Kräfte an Halterungen mit Streben vor Sturm- und überkommenden Seen schützen

Was sind sog. Plug&Play-Solarmodule?

Die einfachste Art einer Solaranlage an Bord ist ein Komplettset mit 12V-Solarpaneelen. In diesen Sets ist sogar der Laderegler bereits eingebaut.

So lässt sich beispielsweise ein abgestimmter Antrieb mit Sonnenenergie für das Boot einfach herstellen. Sie werden einfach mit dem Gerät an Deck oder ins Cockpit gelegt und laden direkt ihren Verbraucher auf. Es gibt allerdings auch größere Varianten dieser Plug&Play-Solarmodule, mit denen sich auch die Akkubank des Bootes selbst laden lässt.

Besonders gerne werden diese Plug and Play Systeme auf Booten angewendet, die keinen Landstromanschluss am Liegeplatz haben oder die an einer Mooring Boje liegen. Hier kann eine Plu&Play Solarzelle mit wenig Installationsaufwand die Ladungserhaltung der Bordbatterie aufrecht halten, auch wenn niemand an Bord ist.

Was kann ich mit der Solaranlage auf meiner Yacht laden?

Grundsätzlich kann der an einem Solarpaneel erzeugte Strom direkt über einen Solarladeregler ins Bordnetz gespeist werden und von einem Verbraucher verwendet werden. Das bedeutet konkret, wenn die Sonne scheint, entsteht Energie, die dann jedoch direkt genutzt werden muss, da eine Solaranlage diese nicht einfach so speichert. Das übernehmen die Bordbatterien. Nur so kann auch später der Strom für Licht oder ähnliches an Bord genutzt werden.

Meist ist das die gewöhnliche Verbraucherbatterie oder eine Akkubank an Bord. Sie wirkt als Puffer und gleicht Zeiten aus, in denen weniger Strom erzeugt wird oder in denen mehr Verbraucher aktiv sind. Das sorgt für eine konstante Spannung im Bordnetz und macht Solarstrom an Bord auch nachts verfügbar.

Alle an Bord bereits vorhandenen Akkutypen lassen sich mit Solarstrom laden. Entscheidendes Bindeglied ist dabei immer der Laderegler. Er muss an die jeweilige Ladeschlussspannung der vorhandenen Batterie angepasst sein. Neben Säurebatterien lassen sich also auch AGM-, Gel- oder selbst hochmoderne Lithium-Akkus problemlos mit Solarstrom an Bord laden. Sollen aber unterschiedliche Batterietypen in getrennten Akkubänken geladen werden, braucht jede dieser Batteriebänke einen eigenen, angepassten, Laderegler.

Wie groß muss die Solaranlage für mein Boot sein?

  1. Zuerst ist es wichtig, festzulegen, was die Anlage leisten soll. Geht es dabei nur um Ladungserhaltung am Liegeplatz, reicht meist schon ein einzelnes kleines Plug&Play-Modul auf dem Kajütdach, mit Gummistropsen auf der Baumpersenning montiert oder nur im Cockpit liegend. Solche mobilen Solaranlagen für Boote eignen sich beispielsweise auch für Charterer beim Buchtenbummeln.
  2. Die nächste Ausbaustufe vergrößert den Aktionsradius des Bootes: Mit ein oder zwei flexiblen Modulen an Deck kann die Akkulaufzeit am Ankerplatz oder auf einem Törn über einige Tage bereits deutlich verlängert werden. Meist reicht das nicht, um das Boot langfristig mit Solarstrom autark zu machen. Wer dabei allerdings bewusst auf große Verbraucher verzichtet und einige kleine Tricks beherzigt, kann so bereits einige Tage ohne Landstrom auskommen.

Tipp: die Kühlbox auf acht statt vier Grad Celsius umzustellen, oder den Törn mit einem tiefgefrorenen Braten in der Kühlbox zu beginnen, der dann langsam während der ersten anderthalb Tage auftaut und dabei einen Großteil der Kühlung übernimmt. Spart bereits sehr viel Strom.

Für das Verlängern der Akkulaufzeit eignen sich auch Solar-Komplettsets, die lediglich an Bord montiert und über den enthaltenen Laderegler an die Bordbatterie angeschlossen werden. Oft werden diese auch, etwas fälschlich, als 12V-Solarzelle angeboten.

Soll das Schiff allerdings mit der Solarstrom-Versorgung vollständig autarke Energieversorgung per Solar erhalten, ist eine eingehende Planung wichtig. Ein Teil davon ist die Analyse aller Verbraucher und deren Betriebszeiten, um den täglichen Bedarf an Strom zu ermitteln und die Leistung der erforderlichen Solarmodule zu berechnen. Hier spielt auch die Frage nach der Technologie eine wesentlichere Rolle.

Welche Solarmodul-Typen gibt es für Boote?

Auch, wenn alle Module auf den ersten Blick sehr ähnlich aussehen, gibt es erhebliche Unterschiede zwischen ihnen. Je nach Typ der verbauten Solarzellen werden auch unterschiedliche Wirkungsgrade erzielt.

Der Wirkungsgrad bei Solarmodulen beschreibt das Verhältnis der Paneel-Fläche und seiner Leistung. Dabei wird nicht die gesamte Fläche des Moduls berücksichtigt, sondern nur der von Solarzellen bedeckte Teil. Dieser Wert wird ebenfalls unter Laborbedingungen ermittelt und macht die Qualität unterschiedlicher Module miteinander vergleichbar. Er sagt vor allem etwas über die Reinheit und Güte der verbauten Zellen aus, nicht darüber, wie viel Strom ein Solarpanel maximal erzeugen kann.

Der Aufbau der einzelnen Zellen entscheidet dabei über die Eigenschaften des gesamten Moduls: Klassische Solarzellen basieren auf Halbleiter-Silizium. Der Rohstoff wird dazu eingeschmolzen und beim Erhärten entweder in Stäbe gezogen oder in Blöcken vergossen. Die so hergestellten Blöcke oder Stäbe bilden die Basis für monokristalline oder polykristalline Solarzellen.

Das Ziehen beschreibt dabei das kontrollierte Wachstum eines durchgehenden gleichförmigen Kristalls. So entsteht eine monokristalline Struktur. Diese Stäbe werden in Scheiben geschnitten und dann zu Solarzellen verbunden.

Monokristallines Silizium ist durch die gleichmäßige Gitterstruktur im Kristall sehr leitfähig und die gleichmäßigen Ränder mit definierter Struktur machen es einfach, große Flächen herzustellen. Dieser Solarzellentyp kann einen Wirkungsgrad von über 20 Prozent erreichen. In den meisten monokristallinen Solarpanelen liegt das Mittel nur knapp unter diesen 20 Prozent.

Ein anderes Verfahren ist, das flüssige Silizium in einen Block zu gießen und dort aushärten zu lassen. Auch dieser Block wird dann in Scheiben geschnitten und zu Zellen verarbeitet. Doch beim Aushärten auf diese Weise entsteht keine definierte Struktur. Im Block wachsen verschiedene Kristalle in unterschiedlichen Richtungen zu einer polykristallinen Struktur aus.

Polykristallines Silizium ist in der Produktion erheblich einfacher und das wirkt sich auch direkt auf den Preis der Solarzellen aus. Entsprechend hoch ist die Verbreitung. In ihnen sind die Übergänge an den Kristallgittern im Material allerdings ein Hindernis für die Leitfähigkeit und auch das Aufbauen größerer Flächen ist komplizierter, weil es keine einheitliche Struktur gibt. Polykristalline Solarzellen haben einen etwa drei Prozent geringeren Wirkungsgrad als monokristalline Solarzellen. Ein Weg, diesen Nachteil auszugleichen, besteht darin, die Stromkontakte auf der Rückseite der Zellen anzubringen. Diesen Rückkontakt-Solarzellen steht dadurch auf der Vorderseite mehr Fläche zur Stromerzeugung zur Verfügung.

Allen siliziumbasierten Solarzellen ist gemein, dass sie eine starre Kristallstruktur haben. Daneben boomen aber auch neuere Technologien, wie die amorphen Zellentypen. Diese, auch Dünnschichtsolarzellen genannten Module, finden an Bord besonders oft Einsatz:

Dünnschichtsolarmodule basieren auf künstlichen Halbleitern, beispielsweise aus den Verbindungen Kupfer-Indium-Selen (CIS-Module) oder Kupfer-Indium-Gallium-Selen (CIGIS-Module). Diese Module haben den großen Vorteil, dass sie als flexible Solarmodule nicht starr sind und so auch auf unebenen Oberflächen montiert werden können. Ein Beispiel dafür sind verklebte Flächen an Deck einer Yacht. Die je nach Modell oft sogar begehbar sind. Dafür haben amorphe Module in der Regel einen deutlich niedrigeren Wirkungsgrad von maximal 16, oft sogar nur um die 14 Prozent und sind dabei bei gleicher Fläche etwas schwerer als siliziumbasierte Zellen.

Dennoch kann sich dieser Kompromiss an Bord lohnen, wenn so eine erheblich größere Fläche zur Stromgewinnung genutzt werden kann.

Die technische Entwicklung ist hier jedoch noch lange nicht abgeschlossen. Aktuell wird an weiteren Zellentypen für flexible Solarmodule geforscht, in denen organische Materialien in amorphen Zellen verwendet werden, um ein größeres Spektrum des Sonnenlichts ausnutzen zu können. Denkbar sind in Zukunft auch ganze Segel, die Strom auf Yachten produzieren. Diese und die sogenannten hybriden Zellen, die kristalline und organische Komponenten enthalten, erreichen in Laborversuchen schon heute Wirkungsgrade über 40 Prozent, haben aber nur eine kurze Lebensdauer.

Die aktuell angestrebte Energiewende hat die Entwicklung im Solarbereich in den letzten zehn Jahren erheblich befeuert und auch die Effektivität herkömmlicher Solarmodultypen wird immer wieder deutlich verbessert.

Welches Solarmodul ist das beste für Segelboote und Motoryachten?

Die Wahl des geeigneten Moduls bestimmt sich vor allem dadurch, wo es montiert werden soll. Muss das an Deck (dem ungünstigsten Ort) sein, lohnt es sich semiflexible Dünnschicht Solarmodule zu verwenden. Diese können z.B. an die leichte Wölbung des Kajütdachs angepasst werden und sind meist auch trittfest. Das ist besonders wichtig, wenn auf Segelbooten z.B. beim Auftuchen am Baum gearbeitet wird.

Anbringung einer Solaranlage



Kann das Modul allerdings plan montiert werden, beispielsweise auf einem Geräteträger, dann sind starre Module mit Aluminiumrahmen und monokristalliner Struktur die erste Wahl. Das gilt auch auf dem Dach eines Steuerhauses. Die Zellen erzeugen neben Strom nämlich auch Wärme und je besser sie von unten belüftet werden, desto effektiver arbeiten sie.

Anbringung einer Solaranlage

Verbrauch an Bord

Grundlage bei der Berechnung einer Yacht-Solaranlage ist der gesamte Energiebedarf an Bord. Erst danach kann man die benötigte Leistung der Paneele berechnen.

1. Dazu erstellt man eine einfache Tabelle, in der der Bedarf aller Verbraucher über 24 Stunden aufgelistet sind. Wichtig ist, die jeweiligen Betriebszeiten zu berücksichtigen: Ein Kartenplotter mit 0,8 Ampere verbraucht in 24h wesentlich mehr Strom als eine Druckwasserpumpe mit 8 Ampere, die zusammengenommen nur zwei Minuten am Tag benutzt wird. Am Ende der Tabelle addiert man den gesamten Verbrauch und erhält eine Mindestmenge an Strom, die pro Tag benötigt wird. Typische Werte für moderne Fahrtenyachten liegen je nach Ausstattung oft über 60A/Tag

2. Eine zweite Tabelle listet alle Stromerzeuger auf, die bereits vorhanden sind oder ebenfalls eingebaut werden sollen: Wird beispielsweise zur Erzeugung von Warmwasser für die Dusche auch vor Anker jeden Morgen der Motor gestartet, lädt die Lichtmaschine in dieser Zeit auch gleich die Akkubank mit auf (30min x 40A bedeuten bereits 20Ah). Am Ende bleibt eine Differenz zwischen Verbrauch und Erzeugung. Diese Menge Strom muss dann durch die Solaranlage erzeugt werden, damit das Boot autark wird. Im Beispiel sind das 40A pro Tag.

Verbraucher Anzahl Leistungs- aufnahme einzeln Leistungs- aufnahme gesamt Betriebs- spannung Stromaufnahme Betriebsdauer / Tag Betriebsdauer / Tag Wh/Tag Ah/Tag
Positionslaterne grün 1 20 Watt 20 Watt 12 V 1,67 A 5 min 0,08 h 1,67 Wh 0,14 Ah
Positionslaterne rot 1 20 Watt 20 Watt 12 V 1,67 A 5 min 0,08 h 1,67 Wh 0,14 Ah
Hecklaterne 1 20 Watt 20 Watt 12 V 1,67 A 5 min 0,08 h 1,67 Wh 0,14 Ah
Toplicht 1 20 Watt 20 Watt 12 V 1,67 A 5 min 0,08 h 1,67 Wh 0,14 Ah
Ankerlicht 1 10 Watt 10 Watt 12 V 0,83 A 480 min 8,00 h 80,00 Wh 6,67 Ah
Decksleuchten 2 20 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 120 min 2,00 h 80,00 Wh 6,67 Ah
Suchscheinwerfer 1 100 Watt 100 Watt 12 V 8,33 A 10 min 0,17 h 16,67 Wh 1,39 Ah
Leuchte Kartentisch 1 10 Watt 10 Watt 12 V 0,83 A 20 min 0,33 h 3,33 Wh 0,28 Ah
Salon Beleuchtung 6 20 Watt 120 Watt 12 V 10,00 A 240 min 4,00 h 480,00 Wh 40,00 Ah
Kombüse 2 20 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 120 min 2,00 h 80,00 Wh 6,67 Ah
Kabine 2 20 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 120 min 2,00 h 80,00 Wh 6,67 Ah
Pflichtbeleuchtung 2 20 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 240 min 4,00 h 160,00 Wh 13,33 Ah
GPS 0 2 Watt 0 Watt 12 V 0,00 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Plotter 1 8 Watt 8 Watt 12 V 0,67 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Radar 1 50 Watt 50 Watt 12 V 4,17 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Funk 1 5 Watt 5 Watt 12 V 0,42 A 120 min 2,00 h 10,00 Wh 0,83 Ah
Notebook 1 40 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 120 min 2,00 h 80,00 Wh 6,67 Ah
Ankerwinsch 1 500 Watt 500 Watt 12 V 41,67 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Bugstrahlruder 1 2.000 Watt 2.000 Watt 12 V 166,67 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Wasserpumpe 1 40 Watt 40 Watt 12 V 3,33 A 10 min 0,17 h 6,67 Wh 0,56 Ah
Kühlschrank 1 50 Watt 50 Watt 12 V 4,17 A 240 min 4,00 h 200,00 Wh 16,67 Ah
Lenzpumpe (Bilge) 1 25 Watt 25 Watt 12 V 2,08 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Lenzpumpe (Dusche) 1 25 Watt 25 Watt 12 V 2,08 A 20 min 0,33 h 8,33 Wh 0,69 Ah
WC 1 100 Watt 100 Watt 12 V 8,33 A 10 min 0,17 h 16,67 Wh 1,39 Ah
Radio 1 25 Watt 25 Watt 12 V 2,08 A 240 min 4,00 h 100,00 Wh 8,33 Ah
Sonstiges 1 20 Watt 20 Watt 12 V 1,67 A 0 min 0,00 h 0,00 Wh 0,00 Ah
Gesamt = 3418 Watt = 284,83 A = 1608,33 Wh = 134,03 Ah

Mit effektiver Sonneneinstrahlung ist in Nordeuropa im Sommer etwa acht Stunden täglich zu rechen. Die Solaranlage muss also 40 Ampere Strom in 8 Stunden erzeugen (40A / 8h = 5A/h). In einem 12V Bordnetz entsprechen 5 Amperestunden einer Leistung von 60 Wattstunden (12V x 5A/h = 60Wh).

Ein gern gemachter Fehler ist, anzunehmen, dass ein 60-Wp-Solarpaneel die erforderliche Menge Strom bereits in nur einer Stunde Mittagssonne produzieren könne. Die 60 Wp Spitzenleistung wird jedoch nur unter Idealbedingungen erreicht (siehe FAQ), wie sie am ehesten in Marokko in einem Kühlschrank möglich wären. In der Realität liefert eine Solaranlage selbst an einem sonnigen Tag in Nordeuropa oft weniger als die Hälfte davon. Mindestens 50% mehr Leistung einzuplanen, ist daher sehr sinnvoll. Auch steigt die Menge produzierter Energie langsam am Vormittag und fällt zum Abend langsam ab. Es darf also nicht von der gleichen Ausbeute über die gesamten 8 Stunden ausgegangen werden.

Strom einer Solaranlage an Bord speichern

Der Laderegler

Solaranlagen können nicht direkt an eine Solarbatterie angeschlossen werden, da ihre Spannung meist deutlich über der des Bordnetzes liegt. Ein Laderegler (auch Solarregler genannt) muss den Strom dafür erst an das Bordnetz anpassen. Der Laderegler übernimmt damit eine wichtige Funktion!

Die günstigste Variante sind PWM-Laderegler (Pulsweitenmodulation). Hier wird lediglich die Spannung (Pulsweite) der Ladung an die Batteriespannung angepasst, um ein Überhitzen des Akkus zu verhindern. Was das bedeutet, zeigt ein Beispiel anhand des 60 Watt Solarpaneels aus dem obigen Beispiel. Dazu nehmen wir an, dass es 30 Volt Spannung und maximal 2 Ampere Ladestrom erzeugen kann: 60W / 30V = 2A

Ein PWM-Regler begrenzt die Spannung nun auf 14,8 Volt Ladespannung für eine gewöhnliche Autobatterie. Die 2 Ampere Ladestrom bleiben aber erhalten und werden an den Akku abgegeben. An der Batterie kommen also maximal 14,8V x 2A = 29,6W Leistung an. – Die Hälfte der erzeugten Energie gingen also unter optimalen Laborbedingungen am Laderegler verloren. In der Realität bleiben eher 10-15 Watt, also knapp unter 1 Ampere Ladestrom. Die gewünschten 40A können also nicht einmal an einem ganzen Tag auf diese Weise in die Akkus gelangen.

PWM-Laderegler sind dafür sehr preisgünstig. Bei einer Installation, in der es beispielsweise vor allem um Ladeerhaltung an der Mooring Boje geht, kann das ein ausreichender Kompromiss sein.

In den meisten anderen Fällen lohnt der Griff zu einem MPPT-Regler (Maximum Power Point). Bei dieser Variante wird die gesamte Energiemenge zuerst auf die Bordnetzspannung transformiert und dann in eine Akkubank eingespeist. Im obigen Beispiel bedeutet das ebenfalls 14,8 Volt, aber satte 4A Ladestrom unter Laborbedingungen (60W / 14,8V = 4,05A). In der Realität gehen wieder einige Prozent für die Transformation verloren und die erzielte Leistung des Panels ist geringer als im Labor. Dennoch sind unter gleichen Bedingungen hier 2-3 Ampere am Mittag realistisch. Mit einem MPPT-Regler ist es also gerade eben denkbar, die 40 Ah an einem sehr sonnigen Tag mit Nachführung des Panels und langer Sonnenscheindauer im Sommer zu erreichen. Die Überlegenheit von MPPT Reglern wird an dem Beispiel bereits sehr deutlich. Wichtig ist dabei, dass zum Laden einer Batterie immer eine höhere Spannung erforderlich ist als die Batteriespannung selbst beträgt. Bei MPPT-Reglern sogar meist um die 5 Volt mehr, damit die Transformation stattfinden kann. Die Solaranlage muss also in unserem Beispiel erst mal 20V erreichen, bevor überhaupt etwas geladen wird.

Die Akku Bank/ Powerbank

Die Art und Größe der Akku Bank bietet ausreichend Inhalt für einen eigenen Ratgeber. Wichtig beim Betrieb mit einer Solaranlage ist eine hohe Zyklenfestigkeit (Unter der Zyklenfestigkeit versteht man die Angabe, wie oft eine Batterie entladen und danach wieder aufgeladen werden kann) der verwendeten Bootsbatterien, da diese tagsüber ständig geladen werden.

Welche Batterietypen geladen werden können, bestimmt auch der Laderegler. Gute Laderegler können aber an die verschiedenen Kennlinien und Ladeschlussspannungen unterschiedlicher Batterietypen angepasst werden.

Installation der Solaranlage

Was brauche ich, um eine Solaranlage an Bord zu installieren

Der Aufbau einer 12V Solaranlage ist relativ einfach: Paneele und Laderegler nach Anleitung montieren und alles mit entsprechenden Kabeln verbinden. Ausreichend Geschick vorausgesetzt, kann man dazu auch die Halterungen der Paneele an Bord selbst bauen oder greift auf Montagekits der Hersteller zurück. Bei Halterungen ist zu bedenken, dass auch bei überkommenden Wellen und Starkwind an Geräteträgern die Module nicht abreißen. Neben dem handwerklichen Know-how gibt es zusätzlich einige Punkte beim Solaranlagenaufbau zu beachten:

In den Anlagen herrschen kräftige Spannungen. Zwischen Solarladeregler und Solarpanel sogar noch einmal deutlich höhere Spannungen als im übrigen Bordnetz.

Auch wer sich sonst mit Bordstrom gut auskennt, sollte daher besondere Sorgfalt bei der Berechnung von Kabelquerschnitten walten lassen. Je nach Hersteller und Typ variieren Spannung und Stromstärke zudem. Es sollten darum stets gleiche Modelle verbaut werden, bzw. muss man genau überlegen, wo Reihenschaltungen (Spannungen addieren sich, die Stromstärke entspricht dem schwächsten Paneel) und wo Parallelschaltungen (Spannung entspricht dem Paneel mit der kleinsten Spannung, die Stromstärken addieren sich aber) sinnvoll oder sogar gefährlich sind. Gemischte Installationen, bei denen unterschiedliche Solarmodule verschaltet werden, sollten daher besser einem Profi überlassen werden.

Lange Kabelwege gilt es ebenfalls zu vermeiden. Generell ist es besser, den Laderegler nahe an der Batterie zu verbauen und die längeren Kabel in dem Teil mit der höheren Spannung, also zwischen Panel und Laderegler. Das reduziert auch die erforderlichen Kabelquerschnitte bei Deckdurchführungen.

Der Solarregler (Laderegler) selbst kann am besten direkt mit einer eigenen Sicherung an die Batterie angeschlossen werden. Die Batterie stellt auch sicher, dass am Lastausgang (die Bordnetzseite) des Solarreglers nicht zu viel Strom gezogen wird, wenn größere Verbraucher im Bordnetz eingeschaltet werden.

Parallelschaltung

In jedem Fall entscheiden die verwendeten Paneele über die nötigen Spezifikationen eines Ladereglers. Die Leistungsangaben des Reglers beziehen sich dabei in der Regel nicht auf das Bordnetz. Ist ein Regler also mit maximal 100V/6A ausgezeichnet, sagt dies nichts darüber aus, wie viel Strom maximal ins Bordnetz abgeben wird! Die Angaben sind folgendermaßen zu verstehen: Der Ladestrom an den Solarpaneelen darf 6 Ampere nicht überschreiten und die Spannung der Solarmodule darf maximal 100 Volt betragen. Diese Werte sind vor allem zu beachten, wenn mehrere Paneele angeschlossen werden. Denn in Reihe geschaltet, addiert sich deren Spannung, parallel geschaltet steigen die Ampere am Laderegler.

Kann ich mehrere Solarpanels an Bord montieren?

Wenn der Platz vorhanden ist, lohnt es sich, mehrere Paneele zu installieren. Korrekt angeschlossen reduziert das auch die Gefahr, dass die Ladung unterbrochen wird, wenn ein Teil beispielsweise im Schatten des Großsegels liegt.

Der Laderegler benötigt meist nur einige Volt mehr Spannung auf der Solarseite als im Bordnetz, um mit dem Laden zu beginnen. Bei MPPT-Ladereglern sind das etwa 5 Volt, bei PWM-Solarreglern genügen schon 1-2 Volt mehr. Da gerade an Bord Solarpaneele selten exakt ausgerichtet sind, lohnt es sich, mehrere Paneele in Reihe zu schalten, um die Spannung der einzelnen Module zu addieren. Ein Beispiel: Drei Module mit 20 Volt maximaler Spannung sind verbaut und in ihnen entstehen auch unter Wolken bereits einige Volt Spannung. Jedes einzelne Solarmodul liefert für sich genommen dabei vielleicht nur 6 Volt. Durch die Reihenschaltung steigt die Spannung am Laderegler aber dennoch auf 18V Volt und er kann den erzeugten Strom in den Akku laden. Mit vier Paneelen beginnt der Ladevorgang bereits, wenn jedes einzelne Solarpaneel 4,5V Spannung liefert. – Auch, wenn dies nur einige Amperestunden in Summe sind, ist es besser als nichts. Sofern. Kabelquerschnitte und Leistung des Ladereglers angepasst werden, können unendlich viele Paneele in Reihe geschaltet werden. Der Platz an Bord ist damit das einzige Limit.

Aber Achtung: In praller Mittagszeit steigt die Spannung in dieser Reihenschaltung dennoch auf bis zu 60 Volt an. Der Laderegler muss also auch für 60 Volt Spannung ausgelegt sein. So eine Installation ist darum vor allem in Verbindung mit einem MPPT-Solarregler sinnvoll, der auch die großen Spannungen ausnutzen kann.

Werden Paneele hingegen parallelgeschaltet, richtet sich die Gesamtspannung an dem Modul mit der geringsten Spannung. Fällt die durch Abschattung an einem einzelnen Modul unter die Batteriespannung, aber nicht weit genug, dass eine Bypass-Diode (s. FAQ) auf Durchlass schaltet, wird die gesamte Ladung sofort unterbrochen. Im obigen Beispiel liegt an allen drei Modulen aber eh nur 6 Volt Spannung an: Die Akkus würden an so einem Regentag in Parallelschaltung den ganzen Tag lang überhaupt keinen Strom erhalten.

Da die Stromstärke bei Parallelschaltung addiert wird, muss der Laderegler für Spitzenleistung bei sonnigem Wetter ebenfalls entsprechend dimensioniert werden. Bei drei Modulen a 20 Volt mit 2 Ampere muss der Laderegler also für 20 Volt mit 6 Ampere ausgelegt sein.

Solar an Bord

Wo montiere ich eine Solaranlage an Bord?

Paneele müssen so platziert werden, dass sie möglichst keine Abschattungen durch das Rigg oder andere Ausrüstungsgegenstände erfahren. Bewährte Plätze sind auf einem Heckkorb oder seitlich am Cockpit an der Reling. Es lohnt sich, bewegliche Rahmen zu verwenden, um das Solarmodul an den Sonnenstand anzupassen. Seitlich am Cockpit ist auch eine drehbare Montage an einer Relingsstütze oder dem Heckkorb gut möglich. So kann das Solarpanel am Liegeplatz oder vor Anker auch mit der Tageszeit nachgeführt werden.

Sollte nicht genügend Platz zur Verfügung stehen, ist ein Bimini meist ein guter Kompromiss, zumal die Solaranlage dann auch selbst zum Schattenspender wird. Vorausgesetzt natürlich, der Baum ist entsprechend kurz und schattet die Paneele nicht ab.

Der denkbar schlechteste, leider aber auch am häufigsten vorkommende, Ort für eine Montage ist auf dem Kajütdach. Das ist verlockend, weil dort einfach zu arbeiten ist und man das Gefühl hat, es scheine viel Sonne auf die Kajüte. Tatsächlich ist hier fast immer ein Teil der Solaranlage im Schatten durch Mast, Segel und Baum Persenning.

Das muss beim Verschalten der Anlage bedacht werden. Wenn mehrere Module montiert werden, ist hier eigentlich nur eine Reihenschaltung mit MPPT Regler sinnvoll. Das gilt insbesondere, wenn über dem Paneel ins Cockpit auch noch umgelenkte Fallen verlaufen und Schatten in Streifen quer über die Solarzellen werfen. In dem Fall wird die Anlage an dieser Stelle schnell zu einer dekorativen Einrichtung von geringem Nutzen, bei der Frust über hohe Installationskosten und geringe Ausbeute fast vorprogrammiert ist.

Wie und wo kann ich die Anschlussleitungen für Solarmodule verlegen und wie bekomme ich die Leitungen unter Deck?

Zubehör für die Solaranlage an Bord und insbesondere die Durchführung unter Deck, gibt es in verschiedenen Varianten. Am besten werden die Zuleitungen einzelner Paneele in einer Verteilerbox zusammengefasst, so dass nur ein gemeinsames Kabel zum Laderegler unter Deck führt. Je nach Installationsort gibt es dafür verschiedene spritzwassergeschützte Kabeldurchführungen und wasserdichte Boxen für die Verschaltung an Deck

Einzelne Anschlusskabel sollten an Deck zudem durch Leitungsrohre oder durch fest montierte Kabelschläuche geführt werden. So kann beispielsweise ein Mitsegler auch nicht aus Versehen im Eifer des Gefechts mit dem Bootshaken an ihnen hängen bleiben und die teure Anlage beschädigen.

Beim Weg unter Deck ist manchmal etwas Kreativität gefragt: Beispielsweise, wenn zwei Paneele am Heck und zwei Paneele auf dem Kajütdach montiert sind: Die Solarpaneele am Heck werden dann am besten oberhalb zusammengeschlossen und als gemeinsame Leitung durch die Backskiste zum Laderegler nahe der Batterie geführt. Vom Kajütdach aus lohnt sich entlang von Handläufen einen Weg unter die Sprayhood oder Richtung Mast zu wählen. Dort sind ggf. bereits Kabeldurchführungen unter Deck vorhanden, die genutzt werden können.

FAQs

Was sind Bypass-Dioden und wozu wird eine Hotspot-Protection benötigt?

Werden Solarpaneele zum Teil beschattet, verschmutzt oder sind sogar defekt, kann die Solaranlage nicht mehr richtig funktionieren. Die Hersteller von Modulen reagieren darauf mit sogenannten Bypass-Dioden. Sie überbrücken Teile des Paneels, wenn darin eine Solarzelle weniger Strom liefert als die anderen. Ohne diese Brücke würde die Spannung im ganzen Paneel sinken. So aber kann der Rest des Panels (vermindert) weiter Strom produzieren. Je nach Hersteller und Größe sind so meist 2-4 Bereiche in einem Solarmodul voneinander getrennt.

Diese Dioden sind allerdings als elektrische Bauteile recht empfindlich gegen starke Überspannungen. Die entstehen beispielsweise durch Gewitter mit Blitzeinschlägen in der Nähe, sind aber auch durch eine fehlerhafte Landstromversorgung oder einen falsch angeschlossenen Windgenerator möglich. Wenn beispielsweise der Landstrom fehlerhaft angeschlossen ist und der Schutzleiter (Erde) des Landstromanschlusses über den Rumpf (Stahlyacht) oder Kielbolzen (GFK-Boote) mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist, fließt Fehlstrom nicht nur über den Kielbolzen/Rumpf ins Wasser, sondern auch über die Batterie an den Minuspol der Batterie. Dann kommt auf dem falschen Bein der Diode plötzlich 220 Volt an und es gibt im besten Fall „nur“ einen Kurzschluss.

Wird dadurch die Diode zerstört, fließt der Strom aus den funktionierenden Zellen des Panels zum Teil in die ausgefallene Zelle und heizt sie auf. So entstehen im wahren Wortsinne Hotspots im Solarmodul. Nicht nur, dass hierbei Strom in Wärme umgewandelt wird und Energie verloren geht, die Hitzeentwicklung kann diese Zelle sogar zerstören, bzw. zu einem Brand des Trägermaterials führen. Daher wird zusätzlich zur Bypass-Diode oft noch eine weitere Diode in die Leitung gebaut, die die Stromrichtung festlegt und den Rückfluss in die Zelle verhindert. Diese Kombination wird Hotspot-Protection genannt.

Solar an Bord

Werden mehrere Module in Reihe geschaltet, sollten entsprechende Dioden auch zwischen die einzelnen Paneel-Anschlüsse geschaltet werden. So wird verhindert, dass ein ganzes Paneel zum Hotspot wird, wenn es abgeschattet ist, während die anderen voll bestrahlt werden.

Die Durchbruchsspannung der Dioden (maximale Spannung) sollte dazu etwas höher als die Leerlaufspannung des gesicherten Solarmoduls sein. Dioden gehen bei einer bestimmten Spannung einfach kaputt. Entgegen dem, was man erwarten würde, wirkt sich das dann so aus, dass sie danach jeden Strom in jede Richtung durchlassen. Darum müssen 100V Paneele mit 4A am besten mit einer Diode gesichert werden, die über 100V und 4A verträgt.

Man kann aber auch 2 Dioden á 100V und 2A parallel schalten und hätte dann „eine“ 100V 4A Diode.

Leider sind Dioden mit höherer Durchbruchspannung und den benötigten Ampere relativ teuer und groß. Es ist daher nicht unüblich, mehrere kleinere Bypass-Dioden parallel im Anschlusskasten zu verbauen, wenn man die Schaltung selbst aufbauen möchte.

Wie kann ich herausfinden, ob meine Solaranlage an Bord funktioniert?

Sowie die Sonne eine Anlage beleuchtet, kann man mit einem Multimeter einen Spannungsanstieg am Paneel beobachten. Die meisten Laderegler verfügen zudem über Leuchtdioden, sie signalisieren, ob Ladestrom erzeugt wird.

Im Bereich Solarzubehör gibt es Messgeräte mit Display zur Festinstallation an Bord. Eine Batterieanzeige hilft dabei, den Verbrauch im Blick zu behalten. Darauf lässt sich sehr gut die Energie-Ausbeute beobachten. Einige Laderegler, von Victron beispielsweise, stellen diese Daten auch per Bluetooth für Smartphone oder Tablets für eine Langzeitauswertung zur Verfügung. So lassen sich Statistiken erstellen, die Fehler durch beispielsweise korrodierte Anschlüsse, als Leistungseinbrüche in der Langzeitkurve schnell aufzeigen.

Wie lange hält eine Solaranlage an Bord?

Es gibt Module, die über Jahrzehnte im Betrieb sind. Allerdings sinkt der Wirkungsgrad von Solarzellen mit der Zeit. In der Praxis fallen Module jedoch meist durch mechanische Beschädigungen und nicht durch ihr Alter aus.

Es lohnt sich aber den technischen Fortschritt im Auge zu behalten. Und alte Installationen zu bedenken. Verglichen mit alten Anlagen erzeugen moderne Zellen mehr Strom auf einem Teil der Fläche. Diese Entwicklung setzt sich, angetrieben von den Anforderungen der generellen Energiewende, rapide fort und betrifft auch die Technologie der Laderegler. Heutige Solar Laderegler werden immer effizienter.

Kann ich eine Solaranlage auf jedem Boot nachrüsten?

Ja, sofern dafür der Platz vorhanden ist oder ein Geräteträger installiert werden kann, lassen sich Solaranlagen auf jedem Boot installieren.

Welche Hersteller für Solaranlagen im Yachtsport gibt es?

Während es nur eine Handvoll spezialisierter Hersteller von Solarzellen gibt, finden sich auf dem Markt etliche Firmen, die daraus Solarpaneele und Anlagen bauen. Große Marken mit langer Erfahrung im Solarmodulbau sind beispielsweise Sunware oder Solara. Andere Hersteller, wie Sunbeam oder Phaesun sind zwar etwas jünger, locken dafür oft mit etwas niedrigeren Preisen.

Im Bereich der Laderegler haben eher Hersteller von Bordelektronik Komponenten die Nase vorn. Insbesondere, wenn diese auch sonst auf Akkus und Ladetechnik spezialisiert sind. Platzhirsch in diesem Bereich dürfte Victron sein. Als besonderes Gimmick lässt sich bei einigen Victron-Solarreglern die Stromausbeute per Bluetooth sogar am Smartphone protokollieren. Die meisten Produzenten von Solaranlagen bieten aber auch eigene Regler in ihrem Programm an.

Was bedeutet die Watt-Peak (Wp) Angabe auf Solarpanelen?

Watt-Peak ist eine Vergleichsgröße, um Solaranlagen zu bemessen. Ermittelt wird dazu die maximal mögliche Leistung unter festgelegten Idealbedingungen. Allerdings werden diese idealen Bedingungen in der Realität fast nie erreicht. Im Einzelnen sind das 1000 Watt pro Quadratmeter Strahlung, 25 Grad Celsius Modultemperatur und eine Luftmassezahl von 1,5.

Die Einstrahlung 1000 W/qm erreicht man in Nordeuropa nur an einem außerordentlich sonnigen Sommertag. Dann allerdings liegt die Modultemperatur schon deutlich höher, was die Leistung in der Realität senkt. Die Luftmassezahl ist wichtig, um den Verlust an Sonnenenergie in der Atmosphäre zu beschreiben. Eine Luftmassezahl 1 entspricht der Menge Atmosphäre, die senkrecht über einem Punkt der Erde steht. Steht die Sonne in einem Winkel von 45 Grad über dem Horizont, ist der Weg durch die Atmosphäre jedoch deutlich länger. In diesem Winkel beträgt die Luftmassezahl dann 1,5.

Autor Hinnerk Weiler

Autor Hinnerk Weiler

Hinnerk Weiler, Segeljournalist, Langstreckensegler und Seebär klärt über das Thema Solar an Bord auf. Als erfahrener Segler und Experte in Sachen Bootstechnik weiß er wovon er spricht.

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