Grundwissen Elektrotechnik

Hier findest du eine kleine Zusammenstellung der wichtigsten Grundlangen aus der Elektrotechnik, die du im DIY Maker Bereich brauchst. Wir wissen, dass diese Themen für viele erstmal abschreckend wirken... Zur Erklärung von schwer greifbaren Zusammenhängen aus der Welt der Elektrizität eignet sich der Vergleich mit Wasser hervorragen. Als elektrischen Strom wird die Bewegung von Ladungsträgern durch einen Stoff bezeichnet. Landungsträger sind zum Beispiel Ionen und Elektronen – bewegen sich diese nun durch einen Kupferdraht, spricht man von Stromfluss. Bildlich kann man sich das wie einen Fluss in der Natur vorstellen – genauer gesagt wie die Bewegung des Wassers in einem Flussbett in eine bestimmte Richtung.

Spannung - das Potential

Damit Strom fließen kann, wird Spannung benötigt. Man versteht darunter die treibende Kraft, die die Ladungsbewegung verursacht.

Ob ein Fluss ruhig dahinfließt oder zum reißenden Sturzbach wird, hängt maßgeblich vom Höhenunterschied ab, den er überwindet. Beim Strom wird dieses Gefälle „elektrische Spannung“ genannt und in Volt angegeben. Daher gilt grundsätzlich: Je höher die Spannung (bei gleichem Widerstandswert), desto mehr Strom kann fließen.

Stromstärke - der Fluss

Die Menge bzw. Stärke des fließenden Stroms wird in Ampere angegeben. Das können sehr große oder winzig kleine Mengen sein. Um mit einem deutlichen Beispiel in unserem Wasser-Bild ausgedrückt: Durch die Elbe in Magdeburg fließen pro Sekunde mehrere tausend Liter Wasser, durch ein kleines Bächlein womöglich nur wenige Liter.

Allerdings lässt sich die Wasser- oder Strommenge auf einer bestimmten Wegstrecke nicht beliebig steigern: Ist ein Flussbett oder – für den Vergleich noch passender – ein Leitungsrohr voll, muss es vergrößert werden, um ohne Schäden mehr Wasser zu transportieren. Auch Stromleitungen sind nur für bestimmte Mengen ausgelegt: Fließt zu viel Strom, kann das zu Überlastungen, Defekten und Ausfällen führen. Beim Fluss wird dann von Hochwasserschäden die Rede sein - bei Kabeln Überhitzung und Brand. (Deshalb müssen wir unsere Kabel immer absichern - dazu unten mehr!)

Widerstand - die Mühle

Den Widerstand kann man als Antagonisten zur Spannung sehen, denn an jedem Widerstand fällt Spannung ab – wird also weniger. Elektronische Bauteile besitzen grundsätzlich einen Widerstand – auch ein elektronischer Leiter wie ein Kabel hat einen eigenen Widerstand an dem Spannung abfällt. In unserer Metapher mit dem Fluss kann man sich das wie eine Mühle vorstellen, die den Stromfluss bremst. Somit ist der Widerstand (mit ‚R‘ abgekürzt) ein Maß dafür, wie stark Elektronen gebremst werden. Die Angaben Strom, Spannung und Widerstand lassen sich über das Ohmsche Gesetz berechnen - dazu teilt man die abfallende Spannung furch die Stärke des fließenden Stroms.

Leistung

Darum, wie viel elektrische Arbeit der Strom in jeder Sekunde verrichtet bzw. wie viel elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt wird. In unserem Beispiel mit dem Wasserrad kann man sich folgendes vorstellen: Steht das Rad an einem breiten, tiefen und schnell fließenden Fluss, ist die Kraft, die das Rad aus dem Fluss gewinnen kann, enorm. Dementsprechend gering ist die Ausbeute an einem kleinen, ruhigen Bächlein. Diese Leistung wird in der Elektrik in Watt oder Kilowatt (1000 Watt) angegeben. Je höher die Leistung eines Geräts, desto mehr Strom verbraucht es (so, wie ein großes Wasserrad mehr Wasser zum Antrieb braucht). Hierbei spielt auch die zeitliche Dimension eine Rolle: Wenn Sie einen Föhn mit einer Leistung von 2.000 Watt (2 Kilowatt) beispielsweise eine Stunde laufen, verbraucht er zwei Kilowattstunden (kWh).

Kabelquerschnitt & Sicherungen

Beim Verlegen neuer Stromkabel, sollte man vorher den benötigten Kabelquerschnitt berechnen. Dieser Schritt ist elementar um Kabelbränden vorzubeugen. Wenn wir zB. an einen Toaster denken, dann wird dort hoher Strom durch einen dünnen, langen Draht geschickt – dies führt zur Erhitzung und unsere Brotscheiben werden dadurch gebräunt. Die elektrische Energie also in Wärme umgewandelt. Da wir unsere Stromleitungen allerdings nicht als Wärmequelle nutzen, sondern unsere Verbraucher sicher und zuverlässig betreiben möchten, muss dafür anhand zB. einer Tabelle der richtige Kabelquerschnitt ausgewählt werden. Um den Kabelquerschnitt zu ermitteln gibt es verschiedene Möglichkeiten: es kann der Durchmesser ermittelt werden und daraus der Längsquerschnitt berechnet, es gibt spezielle Querschnittsmesser oder man verwendet Aderendhülsen in verschiedenen Größen – die Hülse, welche gerade noch über die abisolierte Litze passt, gibt den Leistungsquerschnitt an. Um Kabelbränden vorzubeugen darf jede stromführende Leitung nur bis zu einer maximalen Stromstärke genutzt und durch eine Sicherung geschützt werden.

Batterie

Du denkst über eine Batterie in deinem Van oder Boot nach, aber hast noch offene Fragen? Wir haben dir hier eine Gegenüberstellung der Vor- & Nachteile um herauszufinden, welcher Typ am besten für deine Zwecke geeignet ist.

BMS - Batterie Management Systeme für LiFepo4 Batterien

Warum benötigen Lifepo4 Batterie ein BMS, also ein Managementsystem für die Batterie?

Eine fertige Batterie besteht immer aus 4 Zellen. Diese Zellen werden in Reihe geschalten und bilden damit unsere System-Spannung von 12,8V, wobei jede Zelle eine Spannung von 3.2V beiträgt. Das BMS hat nun vor allem zwei wichtige Kernaufgaben: Die Überwachungen der Zellspannungen und die Verhinderung des Ladens bei Temperaturen unter 0°C.

1. Bei der Überwachung der Zellspannung ist vor allem die Ladeschlussspannung und die Abschaltspannung wichtig. Eine LiFePo4 Zelle sollte immer zwischen 2.6V und 3.65V betrieben werden. Das heißt, sobald eine Zelle 3.65V erreicht, wird der Ladevorgang unterbrochen und sobald eine Zelle 2.6V erreicht, trennt das BMS die Batterie von den Verbrauchern. Dies sind empfohlene Einstellung um die Zyklen Anzahl der Batterie zu erhöhen. Wer mehr Kapazität haben will und die Reduktion der Zyklen Anzahl in kauf nimmt kann die Parameter durch aus auf 2,5V bis 4,2V setzen. Wie man hier jedoch schon merkt hängt das System von jeder Zelle ab. Die Zellen sollten also alle den gleichen Ladezustand und Kapazität haben, wenn sie in Reihe geschaltet werden. Man spricht hier auch vom "Initial Balancing". Würde eine Zelle z.B. nur halb geladen sein oder durch einen Defekt nur die halbe Kapazität haben, würde diese immer den Unterspannungsschutz des BMS auslösen. Andersrum beim Laden würde eine der anderen drei Zellen die obere Grenze der Ladespannung erreicht haben, wird die Ladung unterbrochen und die reduzierte Zelle wird auch nicht mehr geladen.

2. Sollte eine LiFePo4 Zelle bei Minusgraden geladen werden, können sie sogenannte "Dendriten" bilden, welche Beschädigungen verursachen. Will man eine Batterie dennoch in kalten Gebieten einsetzen, muss mit einer Heizung die Batterie erst über den Gefrierpunkt gebracht werden.

Batterieüberwachung

Wann ist es wichtig und wofür überhaupt?

Wer schonmal in einem Camper oder Wohnmobil autark unterwegs war, weiß ganz genau wie wichtig es ist, dass man weiß wie der Zustand der Batterie ist. Niemand möchte plötzlich im Dunkeln sitzen. Für die Batterieüberwachung gibt es grob gesagt zwei Verfahren:

1. Messen der Spannung.

Dieses Verfahren ist ein sehr einfaches, daher auch nicht so genaues Verfahren. Hierbei wird über die Batterie-Spannung ein aktueller Zustand der Batterie berechnet. Dies ist möglich, da dieser mit dem Ladestand sinkt. Dies ist bei einer AGM/Bleigel-Batterie noch ziemlich genau, da man hier von einem fast linearen Abfall sprechen kann, so ist es jedoch kaum anwendbar bei einer LiFePO4 Batterie, da hier die Spannung sehr stabil bleibt und nur zum Schluss stark abfällt.

2. Zählen des Stroms.

Die Kapazität wird in Amperestunden Ah oder Wattstunden Wh angegeben. Nehmen wir jetzt eine 100Ah LiFePO4 Batterie als Beispiel kann diese 100A für eine Stunde abgeben oder eben 1A für 100 Stunden. Wir benötigen nun also die Möglichkeit die ausgehenden und eingehenden Ströme der Batterie zu überwachen und über die Zeit zu zählen. Diese Funktion ist bei vielen (nötigen) Batterie-Management-Systemen für LiFePO4 Batterien schon Integriert und wir können den Ladezustand, oft SOC (State of Charge), erfahren. Dafür stellen die verschiedenen Hersteller Apps oder Schnittstellen bereit. In unserem VAN PI System werden momentan Daly/JBD - Xiaoxing/Liontron über Kabel oder Bluetooth unterstütz. Eine andere Methode den Strom zu überwachen ist ein Shunt. Dies ist ein kalibrierter "Widerstand" - besser gesagt ein Bereich im Stromkreis - wo wir über den entstehenden Spannungsabfall den Strom berechnen können. Solche Shunts haben einen typischen Spannungsabfall von 75mV auf einen bestimmten Strom wie zum Beispiel 100A. Dieser Spannungsabfall ist linear und wir können somit die Ströme genau berechnen und überwachen.

Wie lade ich meine Batterie?

Landstrom

Befindet man sich zu Hause oder auf einem Campingplatz besteht die Möglichkeit die Batterie über Ladegeräte verschiedenster Hersteller zu laden. Hierbei sind vor allem zwei Dinge wichtig: Zum Einen sollte der Ladestrom ausreichend dimensioniert werden und zum Anderen muss der verwendete Batterietyp unterstütz werden. Die verschieden Batterien haben verschieden Ladekurven und Ladeschlussspannungen, dies muss alles bei der Auswahl beachtet werden.

Solar

Selbstverständlich ist es möglich über die Solaranlage die Batterie zu laden, alle wichtigen Infos findet ihr unter dem Punkt "Solar".

Lichtmaschine - Booster

Das Laden über die Lichtmaschine war früher eine Kleinigkeit. Der Innenwiderstand der Blei-Gel Batterien verhindert eine extreme Stromaufnahme, somit konnten Zweitbatterien ohne große Bedenken parallel zu Starter-Batterie betrieben werden. Sicherlich gab es auch damals "Ladebooster", diese wurden aber viel mehr eingesetzt um den Spannungsverlust zwischen Zweitbatterie und Lichtmaschine zu kompensieren. Meistens für Wohnwagen, da hier die Spannungen, welche an der Batterie des Wagens ankommt, schon sehr verringert ist. Damals war es eigentlich wirklich noch ein Boost - heutzutage reden wir eigentlich nur noch marketingtechnisch von einem Booster. Man kennts ;)
Im Einsatz mit einer LiFePO4 ist es jedoch viel mehr ein Limiter - denn anders als bei den alten Batterien nimmt diese neue Technologie wesentlich höherer Ladeströme auf und das auch bis kurz vor 100% Ladezustand. Unsere Lichtmaschine würde also die ganze zeit auf 100% Belastung laufen und somit in kurzer Zeit durch Überhitzung einen defekt erleiden. Der von euch gewählte Ladebooster sollte also eine Strom bereitstellen den eure Lichtmaschine ohne Probleme bereitstellen kann und für euch ausreichen groß ist um die Batterie in einer vernünftigen Zeit zu laden.

Beispielrechnung: 200Ah LiFePO4 mit einem 25A Ladebooster

Unsere Batterie ist leer und wir wollen sie während der Fahrt an einem warmen Tag laden. Der Kühlschrank ist an. Im Idealfall müssten wir 200Ah/25A = 8h fahren um die Batterie voll zu laden.

Nun wird aber oft folgendes vergessen: Die Ladebooster regeln bei Erwärmung und hohen Temperaturen die Leistung runter. Oft werden dann nur 70-80% der Ladeleistung erreicht. Weiterhin entnehmen ja Verbraucher wie zum Beispiel der Kühlschrank gleichzeitig Strom. Effektiv kommen somit nur ca. 15A Ladestrom zusammen.

Somit ist die neue Rechnung 200Ah/15A = 13,3h Fahrzeit, um die Batterie von 0 auf 100% zu laden. Nehmen wir nun einen größeren Ladebooster kann man die Zeit verkürzen, jedoch sollte darauf geachtet werden, dass dieser nicht größer als 50% der Nennleistung von der Lichtmaschine ist.

Solar

Worauf muss ich achten und wieviel Solar brauche ich?

Bei der Menge gilt: Umso mehr desto besser :)
Vor allem hängt es davon ab, wieviel Fläche du an deinem Fahrzeug mit Solar ausrüsten kannst und willst. Oft muss hier ein Kompromiss zwischen Dachgepäckträger und Solarfläche gemacht werden.

Machen wir nochmal eine Beispiel-Rechnung: nehmen wir an, dass wir Solarmodule mit einer Leistung von 200W montiert haben - das wäre eine Fläche von ca. 1qm. Um zu berechnen wieviel Energie man nun an einem Tag in die Batterie laden kann, helfen Solarenergie-Ertragsrechner. Dort kann man mit Hilfe der Koordinaten den Durchschnittlichen Ertrag übers Jahr berechnen (nicht vergessen die Neigung 0° einzugeben). Bei einer Anlage von 200W sollte man somit in den Sommermonaten auf ca. 22-25kWh kommen. Das Entspricht einer Tagesausbeute von ca. 750Wh oder etwa 60Ah. Dies ist allerdings der Idealfall. Hinzu kommen nicht eingerechnete Schatten, Verluste bei der Laderegelung und Verschmutzung der Solarmodule. Ein realistischer Ertrag ist sind wohl eher 400-500Wh.

Wofür reicht der Strom den wir im Sommer generieren?

Grob gesagt reicht der errechnete Strom um eine Kompressor Kühlbox für ca. 15h zu betreiben. Ein längeres autarkes Stehen ist somit nur in Verbindung einer großen Batterie möglich. Denn durch weitere Verbraucher wie Licht oder Handy und Laptops laden, wird die Batterie immer weiter entladen. Die Kühlbox wird zwar oft in der Nacht abgestellt, jedoch reichen 200W in der Regel nicht aus, um ein Plus in der Batterie zu generieren. Durch zB. einen entsprechenden Ladebooster (dazu unten mehr), kann jedoch durch die Lichtmaschine der fehlende Strom schnell nachgeladen werden.

Verkabelung und Laderegler

Fangen wir mit den Ladereglern an. Am Markt durchgesetzt haben sich MPPT (Maximum Power Point Tracking) diese haben einen hören Wirkungsgrad als die veraltete PWM Technologie.

Worauf muss ich bei einem MPPT Laderegler achten?

Die Laderegler haben immer zwei wichtige Kenngrößen: Die PV (Photovoltaik Spannung) und den maximalen Ladestrom. Am Beispiel vom Victron Smart Solar 75/15 bedeutet dies: die Spannung der Solaranlage darf maximal 75V sein und der Regler schafft dann maximal 15A Ladestrom. Dieser Regler kann also für 220W Solaranlagen verwendet werden. 15a (14,4V*15A).

Wie muss ich die Solarpanele dazu auslegen?

Bei den Solarpanelen hat man verschiedenste Abmessungen und Schaltungen. Das wichtigste ist hierbei die PV (oder Leerlaufspannung) und der Nennstrom. Legen wir nun ein Solarsystem für den oben genannten Solarregler aus, können wir Solarmodule mit einer maximalen Spannung von 75V nutzen. Diese Spannung scheint jetzt sehr hoch, jedoch könnte man hierfür nun drei Solarmodule mit 100W und einer Leerlaufspannung von 20V in Reihe schalten und hätte eine Leerlauf-Spannung von 60V.

Aber wir können doch nur maximal 220W mit dem Solarregler (75/15) erreichen, warum also 300W Solar aufs Dach?

Die 300W erreichen die Solarpanele in der Peak Leistung , also bei optimaler Ausrichtung und strahlend blauem Himmel. Da wir die Module aber Flach und nicht mit Neigung auf den Fahrzeugen verbauen, werden erfahrungsgemäß nur 50% der Peak Leistung erreicht - hier also 150W. Somit ist es sinnvoll die Solaranlage schon etwas über den Solarregler zu dimensionieren.

Wie schalte ich die Solarmodule am sinnvollsten?

Der Vorteil bei der Reihenschaltung der Solarpanele sind die geringen Ströme. Denn die Spannung wird addiert, jedoch bleibt der Strom gleich. Somit können dünnere und leichtere Kabel verwendet werden. Es gibt aber auch andere Regler, die nicht so viel Spannung vertragen. Oder Kombigeräte, die Ladebooster und Solarregler in einem sind, wie zum Beispiel der Renogy DCC50s. Dieser darf nur mit einer maximalen PV Spannung von 25V betrieben werden. Hier müssten die Solarmodule parallel geschalten werden. Somit bleibt die Spannung gleich und die Ströme addieren sich.

Egal ob Parallel- oder Reihenschaltung, die Solaranlage muss mit entsprechenden Kabeln angeschlossen werden die Sicherung darf auf keinen Fall vergessen werden!

Inverter 230V im Van

Reiner Sinus oder modifizierter Sinus

Eine normale 230V Steckdose unterwegs macht vieles einfach. Um dies umzusetzen müssen nun aus unseren 12V Bordnetz eine Umwandlung vornehmen. Dies machen wir mit einem Inverter. Dieser wandelt den Gleichstrom zu Wechselstrom und erhöht somit die Spannung. Oft liest man von reinem Sinus und vereinfachten/modifzierten Sinus. Was bedeutet das?

Wir haben in unserem normalen Stromnetz eine Wechselfrequenz von 50Hz. Das heißt die Spannung und damit der Strom, wechseln 50 mal in der Sekunde die Richtung. Das passiert in einer schönen Sinuskurve. Hier ist auch schon der springende Punkt: Reine Sinus Inverter bauen diese Kurve 1:1 nach und unterscheiden sich davon nicht vom normalen Landstrom - modifizierte Sinus Inverter haben keine Kurve, sondern wechseln die Spannung in einer Treppenform. Das ist von der Schaltung wesentlich einfacher und damit sind diese Geräte billiger.

Welche Geräte sollten unbedingt einen reinen Sinus Inverter bekommen?
Das wären zum Beispiel: Kaffeepad-Maschinen (wie z.B. Philips Senseo), Fernseher, Ladegeräte, Audioverstärker Sensible Geräte wie Ladegeräte könnten mit einem modifizierten Sinus Inverter beschädigt werden. Jedoch scheiden sich hier die Geister - viele berichten von jahrelangen Einsätzen ohne Defekte.

Welche Leistung?

Hier ist es natürlich erstmal wichtig zu wissen welche Geräte betrieben werden sollen. Möchte man nur sein Laptop, Kamera etc. laden, reichen Inverter mit kleinen Leistungen. Gehen wir jetzt zum Beispiel von einem 250W Inverter aus, kann man leicht einen Laptop und noch zwei andere kleine Geräte laden oder betreiben.

Sind jedoch große Verbraucher wie Kaffeemaschine Wasserkocher oder ähnliches geplant muss die Leistung des Inverters schon sehr hoch sein.

Hier mal eine Beispiel Rechnung für ein Fahrzeug mit Induktionskochfeld und 200Ah LiFePO4 Batterie.

1. Benötigter Inverter:

Unser Kochfeld hat 2000W Leistung -> Demnach brauch wir einen Inverter mit mindesten 2000W Dauerleistung. Die Peakleistung die für einen kurzen Moment abgerufen werden kann liegt dann meistens bei 3000-4000W.

2. Kabelquerschnitt zum Inverter:

Die Abgerufenen 2000W müssen wir aus 12.8V Spannung generieren. Das heißt, wir haben einen Strom von (2000/12.8) ca. 160A. Mit etwas Sicherheit legen wir das Kabel mit 200A ab und verwenden ein 35mm² Kabel. Um unsere Batterie mit dem Inverter zu verbinden. Nicht vergessen das ganze direkt nach der Batterie abzusichern! Hier würden wir auch eine 200A Sicherung verwenden.

3. Wie lange kann ich kochen?

Wir haben ausgerechnet das wir ca.160A für den Betrieb der Kochplatte benötigen. Unsere vollgeladene Batterie mit 200Ah könnte wir demnach für ca. 1h betreiben. (200Ah/160A = 1.25h) Hierbei gehen wir davon aus das wir die Batterie nur zu 80% entladen wollen um eine längere Zyklen Festigkeit zu haben. Nehmen wir nun an das wir nur ca. 20min kochen wollen. Ist Induktion mittlerweile wirklich wieder eine Alternative.
(Im Kapitel Ladebooster und Solar findet ihr die Rechnungen zum Thema Ladedauer.)

Netzvorrangschaltung

Eine Netzvorrangschaltung dient der Umstellung auf Landstrom sobald dieser anliegt. Damit wird die 230V Anlage vom Inverter getrennt und die Energie wird nicht mehr aus der Batterie entzogen. Gleichzeitig kann ein Ladegerät zugeschalten werden um die Batterie zu laden.

Machen wir nochmal eine Beispiel-Rechnung: nehmen wir an, dass wir Solarmodule mit einer Leistung von 200W montiert haben - das wäre eine Fläche von ca. 1qm. Um zu berechnen wieviel Energie man nun an einem Tag in die Batterie laden kann, helfen Solarenergie-Ertragsrechner. Dort kann man mit Hilfe der Koordinaten den Durchschnittlichen Ertrag übers Jahr berechnen (nicht vergessen die Neigung 0° einzugeben). Bei einer Anlage von 200W sollte man somit in den Sommermonaten auf ca. 22-25kWh kommen. Das Entspricht einer Tagesausbeute von ca. 750Wh oder etwa 60Ah. Dies ist allerdings der Idealfall. Hinzu kommen nicht eingerechnete Schatten, Verluste bei der Laderegelung und Verschmutzung der Solarmodule. Ein realistischer Ertrag ist sind wohl eher 400-500Wh.

Wofür reicht der Strom den wir im Sommer generieren?

Grob gesagt reicht der errechnete Strom um eine Kompressor Kühlbox für ca. 15h zu betreiben. Ein längeres autarkes Stehen ist somit nur in Verbindung einer großen Batterie möglich. Denn durch weitere Verbraucher wie Licht oder Handy und Laptops laden, wird die Batterie immer weiter entladen. Die Kühlbox wird zwar oft in der Nacht abgestellt, jedoch reichen 200W in der Regel nicht aus, um ein Plus in der Batterie zu generieren. Durch zB. einen entsprechenden Ladebooster (dazu unten mehr), kann jedoch durch die Lichtmaschine der fehlende Strom schnell nachgeladen werden.

Verkabelung und Laderegler

Fangen wir mit den Ladereglern an. Am Markt durchgesetzt haben sich MPPT (Maximum Power Point Tracking) diese haben einen hören Wirkungsgrad als die veraltete PWM Technologie.

Worauf muss ich bei einem MPPT Laderegler achten?

Die Laderegler haben immer zwei wichtige Kenngrößen: Die PV (Photovoltaik Spannung) und den maximalen Ladestrom. Am Beispiel vom Victron Smart Solar 75/15 bedeutet dies: die Spannung der Solaranlage darf maximal 75V sein und der Regler schafft dann maximal 15A Ladestrom. Dieser Regler kann also für 220W Solaranlagen verwendet werden. 15a (14,4V*15A).

Wie muss ich die Solarpanele dazu auslegen?

Bei den Solarpanelen hat man verschiedenste Abmessungen und Schaltungen. Das wichtigste ist hierbei die PV (oder Leerlaufspannung) und der Nennstrom. Legen wir nun ein Solarsystem für den oben genannten Solarregler aus, können wir Solarmodule mit einer maximalen Spannung von 75V nutzen. Diese Spannung scheint jetzt sehr hoch, jedoch könnte man hierfür nun drei Solarmodule mit 100W und einer Leerlaufspannung von 20V in Reihe schalten und hätte eine Leerlauf-Spannung von 60V.

Aber wir können doch nur maximal 220W mit dem Solarregler (75/15) erreichen, warum also 300W Solar aufs Dach?

Die 300W erreichen die Solarpanele in der Peak Leistung , also bei optimaler Ausrichtung und strahlend blauem Himmel. Da wir die Module aber Flach und nicht mit Neigung auf den Fahrzeugen verbauen, werden erfahrungsgemäß nur 50% der Peak Leistung erreicht - hier also 150W. Somit ist es sinnvoll die Solaranlage schon etwas über den Solarregler zu dimensionieren.

Wie schalte ich die Solarmodule am sinnvollsten?

Der Vorteil bei der Reihenschaltung der Solarpanele sind die geringen Ströme. Denn die Spannung wird addiert, jedoch bleibt der Strom gleich. Somit können dünnere und leichtere Kabel verwendet werden. Es gibt aber auch andere Regler, die nicht so viel Spannung vertragen. Oder Kombigeräte, die Ladebooster und Solarregler in einem sind, wie zum Beispiel der Renogy DCC50s. Dieser darf nur mit einer maximalen PV Spannung von 25V betrieben werden. Hier müssten die Solarmodule parallel geschalten werden. Somit bleibt die Spannung gleich und die Ströme addieren sich.

Egal ob Parallel- oder Reihenschaltung, die Solaranlage muss mit entsprechenden Kabeln angeschlossen werden die Sicherung darf auf keinen Fall vergessen werden!

Standheizungen

Wer auch an kalten Tagen unterwegs sein will, kommt um eine Standheizung nicht drum herum. Standheizungen gibt es mit verschiedenen Energieträgern, wobei Diesel und Gas die verbreitetsten sind.
Gas ist vor allem in vielen Wohnmobilen und Wohnanhägern verbaut. In Vans und selbstgebauten Systemen kommen oft Dieselstandheizungen zum Einsatz. Hier soll es uns aber erstmal nur um die Dieselheizungen von Webasto, Autoterm, LF Bros, Vevor etc. gehen.

Bei all diesen Heizung wird Energie aus der Batterie genutzt um Diesel zu verbrennen. Diese Energie aus der Batterie ist aber wesentlich geringer als das, was wir zum Schluss an Wärme zur Verfügung haben (ca. 35W aus dem Akku werden bis zu 5000W Heizleistung).

Benötigte Leistung?

Viele gehen davon aus um so mehr Leistung eine Heizung hat, um so besser kann man ein Fahrzeug heizen. Was dabei oft nicht bedacht wird ist, dass viele Neustarts der Geräte nicht gut für die Lebensdauer ist. Denn beim Startvorgang läuft die Verbrennung nicht optimal und es kommt somit zu Ruß und Verschleiß. Haben wir nun eine sehr starke Heizung welche selbst in der kleinesten Stufe zu viel Wärme produziert kann man dem nur durch öffnen von Fenstern oder dem zeitweise ausstellen der Heizung entgegen wirken. Wobei letzteres wie beschrieben die Lebensdauer der Heizung verkürzt. Erfahrungsgemäß reicht eine 2kW Heizung für einen normalen VAN (lange Version) mehr als aus.

Fester Einbau oder Heizung in eine Box?

Immer öfter findet man mobile Dieselheizungen in einer kleinen Box mit einem Akku einem Dieseltank. Oft werden hierfür die billigeren Vertreter aus Fernost. Denn diese besitzen oft keine Zulassung um fest in einen Fahrzeug verbaut zu werden. Was bei den teureren Geräten kein Problem darstellt.

Welche Heizmodi?

Die verschiedene Heizungen lassen sich in verschiedene Betriebsmode versetzen, hier sind ein paar gängige Verfahren welche Anwendungen finden.

"Leistungsmodus": Die Heizung läuft fix auf einer bestimmten Leistungsstufe unabhängig von der Temperatur.

"Temperaturmodus": Die Heizung versucht durch Änderung der Leistungsstufe eine bestimmte Zieltemperatur zu halten.

"Hysteresemodus": Die Heizung hat eine Temperaturobergrenze bei der sie ausgeht und eine bestimmte wieder Einschalttemperaur bei der sie wieder startet. Der Abstand vom Über- und Unterwert wird als Hysterese bezeichnet. Man sollte jedoch hier dabei nicht vergessen, dass eine startende Heizung sehr laut ist und die Lebensdauer durch mehrmaliges starten verringert wird.

CO-Melder

Egal welche Heizung verbaut ist. Es ist immer zu empfehlen einen CO-Melder im Fahrzeug zu installieren. Auch wenn die Wahrscheinlichkeit das etwas passiert sehr gering ist. Können die Folgen doch sehr dramatisch sein. Deswegen empfehlen wir immer einen CO-Melder im Fahrzeug zu verbauen. Dieser gibt im Notfall beim eindringen von Kohlenmonoxid einen Alarm.

Wasser

Tanksensoren

Für die Überwachung der Wassertanks haben sich zwei verfahren durchgesetzt. Zum einen gibt es Widerstandstankgeber. Diese besitzen eine Schwimmer und dieser Schwimmer fährt mit dem Wasserstand verschiede Widerstandspunkte ab. Diese kann man dann einfach Messen. Diese Sensoren müssen speziell für die Höhe ausgewählt werden. Bei kapazitiven Sensoren, wie zum Beispiel von Votronic, kann die Höhe des Tanks nachträglich durch kürzen angepasst werden. Diese Sensoren sind genauer da der Messwert linear mit dem Wasserstand wandert. Unser VAN PI-System unterstützt beide Systeme.

Pumpen

Um das Wasser nun wieder aus den Tanks zu bekommen wird eine Pumpe benötigt. Hierbei gibt es günstigere Tauchpumpen die eingelassen im Tank sitzen und über einen Schalter aktiviert werden müssen. Oft ist dieser Schalter in der Armatur integriert. Neben dieser Technologie gibt es noch Saugpumpen welche außerhalb des Tanks sitzen und das Wasser selbständig ansaugen und bei einen bestimmten erreichtem Druck abschalten.

Es werde Licht!

Schalten, Dimmen, Automatisieren....

Was natürlich nicht fehlen darf ist das steuern von Lampen, Pumpen und anderen Geräten wie zum Beispiel der Kühlbox. Die einfachste Möglichkeit ist dafür ein ganz normaler Schalter. Diese gibt es in verschiedensten Größen und Formen. So ein Schalter trennt einfach die Spannungsversorgung vom Verbraucher und schaltet ihn somit ab oder an. Da wir aber schon länger vom Smarthome bzw. hier vom SmartVan reden ist dies natürlich viel zu trivial. Deswegen erklären wir euch hier was es noch für Möglichkeiten gibt.

Relays als Schalter

Ein Relay müsst ihr euch wie ein Ferngeschalter Schalter vorstellen. Wobei ein kleiner Strom durch eine Spule ein magnetisches Feld erzeugt und somit einen größeren Schalter betätigt. Somit können wir mit einen kleinen Controller/Prozessor unseren eigentlichen Verbraucher schalten. Auf unserem Relayboard zum Beispiel sind 8 Relays, welche ihr über den Touchscreen, das Webinterface oder die IOT Bridge steuern könnt. Es gibt aber auch Wifi oder Bluetooth Relays. Dabei bleibt die eigentliche Funktion immer gleich -> das Schalten von einem Verbraucher nur die Ansteuerung und Bedingung ist unterschiedlich. Auch musst der benötigte Strom beachtet werden. Jedes Relay hat einen bestimmten Nennstrom der nicht überschritten werden darf. Man kann aber Relays durchaus kaskadieren. Um zum Beispiel mit einem Relay von uns ein größeres Relay zuschalten um auch größere Strome zu ermöglichen.

Dimmen und Regeln

Wer mehr als nur den Zustand an und aus des Verbrauchers haben möchte kann dafür kein Relay benutzen sondern braucht eine Transistorschaltung. Einen Transistor kann man ich als "digitales" Relay vorstellen welches viel schneller als ein Relay schalten kann. Das ist nämlich auch genau das Prinzip was zum dimmen oder regeln von Lampen und Lüftern im Gleichspannungsbereich eingesetzt wird. Man schaltet sie sehr sehr schnell an und aus. Man spricht dann hier auch von einem pulsweitenmodulierten Signal. (PWM). Damit ist es möglich die Leistung des Verbrauchers zu regeln. Wer seine Leds also dimmen möchte, braucht auf alle Fälle einen Controller mit einer Transistorschaltung -> unser PeKaWay DIMMY hat übrigens 7 PWM Kanäle die über unser System gesteuert werden können.

Automatisieren

Heizung an wenn es zu Kalt in der Nacht wird oder den Kühlschrank automatisiert nach 8h wieder einschalten um in der Nacht in Ruhe zu schlafen? All dies sind natürlich wünschenswerte Möglichkeiten. Hierfür benötigt man eine Steuerung, welche alle Informationen sammelt und programmiert werden kann. Zufällig ist unser VAN PI System mit seinem offenen Node-Red Backend genau dafür ausgelegt. Dort kannst du mit etwas Programmierkenntnissen alles anpassen und dein System nach deinen Ansprüchen individualisieren.

Netzwerk? Ethernet?

IP IP IP!

In einem modernen Netzwerk befinden sich oft viele Geräte. Um diese zuzuordnen benutzt man IP-Adressen. Mit diesen kann jedes Gerät gezielt angesprochen werden.

Router

Ein Router verbindet verschiedene Netzwerte mit einander und sorgt dafür das alle Datenpakete da ankommen wo sie sollen. Die meisten Router die man im Heimgebrauch benutzt sind neben den eigentlichen Router gleichzeitig ein Switch und AccesPoint. Vor allem verbindet der Router aber das Heimnetz mit dem Internet.

Switch

Ein Switch sorgt dafür das Pakete von einem Gerät an ein anderes weitergeleitet wird. Dabei ist der Unterschied zum Router, dass hierbei aber Pakete nur weitergeleitet werden und nicht wie vom Router "umgelenkt" oder in andere Netzwerke geschickt werden.

AP - AccesPoint

Alles AccessPoint wird eine WLAN stelle genannt wo sich Geräte einwählen können. Ein AccesPoint wird meistens mit weiterer Hardware wie einem Router betrieben. Somit werden hier Geräte nur kabellos angebunden und weitergeleitet.

DHCP

Musste man früher noch alle Geräte und ihre IP-Adressen händisch verwalten passiert dies in modernen Netzwerken automatisch. Dafür benötigt man jedoch einen DHCP-Server (meistens direkt im Router integriert). Dieser empfängt ein Anfrage Paket nach einer IP-Adresse und sendet eine freie an das angeschlossene Gerät zurück.

TOOLS

Es gibt verschiedene Tools um ein Netzwerk zu prüfen oder zu analysieren.

Ping -> prüft ob die Verbindung zu einer bestimmten IP-Adresse besteht.

Netscan -> prüft alle IP-Adressen im Heimnetzwerk nach Geräten.

Empfohlene App fürs Smartphone "Net-Analyzer" oder für den PC "advanced-ip-scanner"

SSH - Headless - Webinterface

Viele Server oder Geräte benutzen keinen Bildschirm oder physische Eingabe um Einstellungen vorzunehemen oder Informationen zu bekommen. Dies bezeichnet man als Headless Setup. Viele kennen es zum Beispiel vom Heimnetzrouter. Man wählt sich auf die IP-Adresse über einen Browser des Gerätes ein und kann nun das Gerät. So ist dies auch in unserem VAN PI.

Geht man jetzt eine Stufe tiefer, redet man von der Konsole. Dies ist die unterste ebene mit einem System zu sprechen. Verbindet man sich nun remote einer Konsole verwendet man das SSH Protokoll und kann auf die entfernte Konsole zugreifen. Ein sehr bekanntes und einfaches Tool hierfür ist Putty.

Bezogen auf VAN PI?

Unser VAN PI ist in der Standard-Konfiguration Access Point, Router, Switch in einem. Wählst du dich in mit deinem Smartphone erhält dieses eine IP-Adresse und kann auf das Webinterface zu greifen. Solltest du einen LTE -Stick angeschlossen haben wird auch dieser Internet Zugang weitergegeben. Ebenso kann das System aber auch als Client in ein bestehendes Netzwerk eingebunden werden. Dann müsstest du die erhaltene IP-Adresse im Router nachschauen oder du benutzt eins von den oben aufgelisteten Tools.