Kilowattstunde, Stromverbrauch & Ampere berechnen für eine autarke Solaranlage

Dieser Artikel soll darüber informieren, welche Ströme in einer 12-Volt Solaranlage mit Solarbatterie und Solarpanel fließen und den Zusammenhang zwischen Verbrauch, Leistung und Strom deutlich machen. Ziel ist es zudem, dem Leser ein Gefühl dafür zu geben, was sich hinter den technischen Größen Ampere, Volt, Watt und Kilowattstunde verbirgt. Am Ende soll jeder Leser den Stromverbrauch seiner Anlage selbst berechnen können. Die Stromstärke in Ampere berechnen ist genauso wie die Leistung in Watt berechnen eine einfache Sache, dazu aber mehr im Artikel.

Stromstärke in Ampere berechnen

Wer die Stromstärke in Ampere berechnen möchte, der muss erst einmal wissen, was ein Ampere überhaupt ist. Die Stromstärke hat als Einheit Ampere und gibt an, welche Ladung durch einen Leiter fließt. Genau genommen müsste man an dieser Stelle auch die Fläche angeben, durch die der Strom fließt, weil die Ladung ja auf die Fläche verteilt ist. Der Einfachheit halber wird in Folge aber der gesamte Strom im Leiter berücksichtigt.

Anschaulich, wenn auch technisch nicht korrekt, ist es, wenn die Stromstärke und die Spannung, die Volt als Einheit hat, mit einem Fluss verglichen werden. Die Stromstärke steht dann für die Wassermasse pro laufenden Flussmeter und die Spannung für die Fließgeschwindigkeit.

Soll also die Wassermenge berechnet werden, die ein Fluss transportiert, dann multipliziert man die Wassermenge mit der Flussgeschwindigkeit und der verstrichenen Zeit. Vergleichbar dazu berechnet sich der Stromverbrauch (Stromarbeit) aus dem Produkt von Spannung, Strom und der Zeit.        W = U * I * t [Einheit VAs oder J]

Leistung eines Solarpanels

Das Produkt aus Spannung und Strom gibt übrigens die Leistung eines elektrischen Gerätes an (P=U * I). Die Leistung wird in Watt gemessen. Möchte man wissen, wie viel Strom verbraucht wurde, also die geleistete Arbeit ermitteln, wird die Leistung mit der Zeit multipliziert. Anschaulich gesagt verbraucht ein 12 V Verbraucher mit 1000 Watt Leistung pro Stunde eine Kilowattstunde Strom. Genauso einfach errechnet sich die Arbeit eines Solarpanels. Ein Solarmodul erzeugt z.B. 60W Dauerleistung in einem 12V Batteriesystem, also ca. 5 Ampere Ladestrom. Einfach, nicht wahr?

Doch zurück zu der Berechnung der Stromstärke. Ampere berechnen sich aus der Leistung eines Gerätes geteilt durch die anliegende Spannung (I = P / U). Die Spannung ist mit 12 Volt vorgegeben, die Leistung des Gerätes mit 24 Watt angegeben. Im Kopf kann ausgerechnet werden, dass zwei Ampere Strom fließen müssen, um den Verbraucher korrekt arbeiten zu lassen (24 W / 12 V = 2 A). Am Ende des Textes finden sich übrigens alle relevanten Formeln noch einmal anschaulich mit Beispielen zusammengefasst.

Leistung in Watt berechnen

Die Leistung eines elektrischen Gerätes lässt sich ganz einfach bestimmen. Entweder wird diese direkt am Gerät abgelesen, was bei fast allen Geräten möglich ist, oder sie wird aus dem Produkt von Strom und Spannung in Watt berechnet.
Bei einer Kühltruhe mit einer Spannung von 12 Volt und einer gemessene Stromstärke von 10 Ampere werden exakt 12 * 10 = 120 Watt Leistung erbracht. Dies bedeutet, dass pro Stunde 0,12 Kilowattstunden (kWh) Strom verbraucht werden.

Beispielrechnung einer autarken Solaranlage

Um den Verbrauch im Verhältnis zur Leistung zu verdeutlichen, hier ein Beispiel. Es beleuchtet die Frage, ob eine bestimmte Solaranlage den gewünschten Verbrauch decken kann. Dazu statten wir ein Wohnmobil mit einem Solarpanel aus, das eine maximale Leistung von 150 Watt hat. Dieser Strom wird in eine Batterie mit einer Kapazität von 100Ah eingespeist.
Rechnet man mit täglich 10 Stunden Ladezeit mit 60 Watt Leistung, was im Sommer bei guter Ausrichtung durchaus realistisch ist, werden täglich 600 Wattstunden Strom gespeichert. Das sind immerhin 0,6 Kilowattstunden, die ohne weiteres Zutun zur Verfügung stehen. Bei einer Spannung von 12 Volt fließen also im Schnitt zehn Stunden lang fünf Ampere Strom, mit der die Batterie geladen wird. Das sind 50Ah, die Batterie ist also nach zwei Tagen wieder komplett geladen.

Lässt sich damit der Stromverbrauch eines Wohnmobils dauerhaft decken?

Nun, um die Antwort zu finden, wollen wir ein wenig rechnen.
Angenommen, es sollen vier Stunden täglich zwei Lampen brennen, ein 12V Kühlschrank soll durchweg bereit sein und zwei Stunden am Tag soll der 12V Fernseher laufen. Dazu kommt ein Ventilator, der gelegentlich eingeschaltet wird.
Die Energiesparlampen haben eine Leistung von 12 Watt je Stück. Der Kühlschrank verbraucht laut Herstellerangabe am Tag 0,18 Kilowattstunden (kWh), vermutlich werden aber wegen des häufigen Öffnens der Türe 20% mehr benötigt. Die Leistung des Fernsehers ist mit 40 Watt angegeben und der Ventilator schlägt mit gemessenen 0,42 Ampere zu Buche.
Rechnen wir also aus, wie viel Strom in kWh pro Tag anfallen.
Lampen: 2 * 12 = 24 Watt Leistung über vier Stunden, das sind rund 0,1 kWh pro Tag.
Kühlschrank: 0,18 + 20% = 0,216 kWh pro Tag
Fernseher: 40 Watt Leistung über zwei Stunden, das sind 0,08 kWh pro Tag
Ventilator: 0,42 * 12 = 5 Watt Leistung. Bei zehn Stunden Einsatz täglich sind das 0,05 kWh am Tag.
In der Summe sind das 0,1 + 0,216 + 0,08 + 0,05 = 0,446 kWh. Eine Solaranlage mit der gewählten Leistung reicht also aus um an einem Sommertag den Stromverbrauch zu decken. Nur die Batterie wäre vielleicht ein wenig zu klein dimensioniert. Diese hat nur 100 Ah * 12V = 1200 Wattstunden (das sind 1,2 Kilowattstunden) Kapazität und wäre bei schlechtem Wetter nach zwei bis drei Tagen erschöpft.
Bei einer autarken Solaranlage für ein Wohnmobil oder Gartenhaus macht es Sinn, die Solarmodule größer zu dimensionieren, damit auch in Schlechtwetterperioden ausreichend Energie zur Versorgung aller Verbraucher und zur Ladung der Solarbatterie bereitstehen.

Einheiten und Formelzeichen

Die Stromstärke in Ampere, abgekürzt A, wird mit dem Formelzeichen I angegeben.
Die Spannung in Volt, abgekürzt V, wird mit dem Formelzeichen U angegeben.
Die Leistung in Watt, abgekürzt W, wird mit dem Formelzeichen P angegeben.
Die Zeit in Sekunden, abgekürzt s, wird mit dem Formelzeichen t angegeben.
Der Stromverbrauch in Wattsekunde, abgekürzt Ws, wird mit dem Formelzeichen W oder E angegeben. Im Alltag ist die Kilowattstunde (kWh) verbreiteter. Dabei handelt es sich um das Tausendfache der Wattstunde und das 3.600.000-fache der Wattsekunde.

Ampere berechnen

Formel: I = P / U

Beispiel: Ein moderner 12V Fernseher hat eine Leistung von 40 Watt und die Spannung liegt bei 12 Volt. Es fließt also ein Strom von 40 W / 12V = 3,333 Ampere.

Spannung berechnen

Formel: U = P / I

Beispiel: Auf der Glühlampe ist die Leistung mit 60 Watt angegeben und es wird eine Stromstärke von fünf Ampere gemessen. Die Spannung ist also 60 W / 5 A = 12 Volt.

Leistung berechnen

Formel: P = I * U

Beispiel: Direkt an der Solarbatterie eines Wohnmobils wird ein Strom von 5,6 Ampere und eine Spannung von 12 Volt gemessen. Die Leistung aller angeschlossenen Geräte beträgt also 12 V * 5,6 A = 67,2 Watt.

Stromverbrauch berechnen

Formel: E = W * t

Beispiel 1: Die Leistung eines 12V Verbrauchers soll wie im Beispiel oben 67,2 Watt betragen. Nach einer Stunde sind also 67,2 Wattstunden (Wh) verbraucht. In zehn Stunden wären das 672 Wattstunden, also 0,672 Kilowattstunden (kWh).

Beispiel 2: Die Batterie hat eine Ladekapazität von 36Ah. Das bedeutet, dass die Batterie einen Strom von einem Ampere 36 Stunden lang bereitstellen kann. Das entspricht also einen Stromverbrauch von 36 Ah * 12 V = 432 Wattstunden, das sind 0,432 Kilowattstunden.

Wird nun ein Strom von 3,333 Ampere gemessen, dann schafft die Batterie es 36 Ah / 3,333 A= 10,8 Stunden lang, den Verbrauch zu decken. Dabei ist die entnehmbare Kapazität einer Batterie immer von der Höhe des Entladestroms abhängig. D.h. bei einem hohen Entladestrom über 10 Stunden ist z.B. einer 230 Ah Exide AGM Batterie rund 20% weniger Arbeit zu entnehmen als im Vergleich zu einer Entladung mit einem 10 mal kleineren Entladestrom über 100 Stunden.

Stromverbrauch berechnen ist also ganz einfach.

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Umrüstung von Wohnmobil auf LEDs

In diesem Artikel gehe ich auf LED Beleuchtungen in Inselanlagen und Wohnwagen ein. In autarken Inselsystemen ist die Energiemenge begrenzt. Daher sollten wir effiziente Verbraucher einsetzen. Der Austausch der Lampen zu LED Technik ist ein sinnvoller Schritt, um das Wohnmobil zu verbessern und die Bordbatterie zu entlasten.

In diesem Artikel lernst du folgendes:

  • LED Vorteile
  • LED Vergleich zu Halogenlampen, Leuchtstoffröhren und Glühlampen
  • Lichtfarbe von LEDs
  • LED Fassungen
  • Wie stelle ich meinen Wohnwagen auf LED Beleuchtung um?

Vorteile von LED 12V Lampen

Der größte Vorteil der LED Lampen ist die Energieeinsparung gegenüber normalen Lampen. Eine Deckenleuchte für den Wohnwagen mit einer Osram BA15S Lampe verbraucht z.B. 21 Watt und liefert 460 Lumen Lichtstrom. Eine LED 12V Deckenleuchte bringt den gleichen Lichtstrom bei ca. 4 Watt elektrischer Leistung.

Wenn du deine Inselanlage von normalen Lampen auf LEDs umrüstest, sparst du bis zu 80% deiner Energie für die Beleuchtung! Dies ermöglicht dir den Betrieb deiner Solaranlagen in dunkleren Jahreszeiten.

Zusätzlich sind LED Lampen sehr langlebig. Du wirst selten eine LED wechseln müssen. Üblicherweise spricht man von 50.000 Leuchtstunden Lebensdauer. Dies entspricht ca. 5,8 Jahre durchgängigem Leuchtbetrieb.

Ich möchte auch kurz auf die Nachteile eingehen. Die Umrüstung auf LEDs kostet  Geld und Zeit. Glücklicherweise sind aber die Preise für LED Lampen in den letzten Jahren stark gesunken.

Vergleich von Halogenlampen mit LED Lampen

Viele Hersteller bauen aus Kostengründen immer noch Halogenlampen in Wohnmobile ein. Diese Halogenlampen ziehen viel Strom und zwingen die Bordbatterie schnell in die Knie. Halogenlampen werden oft für die Spotbeleuchtung benutzt und müssen relativ häufig ersetzt werden. Die LED Technik ist der Halogenlampe in der Lebensdauer und dem Energieverbrauch haushoch überlegen. Es gibt gute LED Spotlichter für den Ersatz der Halogenlampen.

Vergleich von Leuchtstoffröhren zu LED Lampen

Leuchtstoffröhren sind Niederdruck-Gasentladungsröhren und benutzen ein Vorschaltgerät. Alleine dieses Vorschaltgerät genötigt einiges an Energie. Mittlerweile gibt es gute LED Leuchtröhren, die im 12V Bereich eingesetzt werden.

Vergleich von Glühbirnen zu LED Lampen

Glühbirnen produzieren in erster Linie Wärme und sind nicht für Inselsysteme geeignet. Solarenergie ist zu wertvoll, um mit Glühbirnen dein Gartenhaus oder deinen Wohnwagen zu heizen. Bitte sofort gegen LED Technik austauschen.

Wie schaut es bei der Lichtfarbe mit LED Lampen aus?

In deinem Wohnwagen oder Gartenhaus möchtest du warmes gemütliches Licht. Vor allem älter LED Generationen haben aber ein bläuliches, künstliches Licht. Dieses kalte LED Licht bietet nicht die gleiche Wohnfühlatmosphäre und Wärme wie die alte Glühbirne. Doch neuere LEDs besitzen mittlerweile die gleichen warmen Lichtfarben wie Glühbirnen. Achte beim Kauf auf die Farbangabe: warm-weiße.

Die Lichtfarbe wird in Kelvin angegeben. Warme LEDs sind im Kelvinbereich von 2000-3300 Kelvin zu finden. Das typische Bürolicht findest du z.B. bei 3300-5000 Kelvin Lichtfarbe.

LED Fassungen

Die Standardfassungen gelten auch im LED Bereich. Es gibt die LED e14 oder LED e27 Standardfassungen überall zu kaufen. Neben den weit verbreiteten LED Fassungen, gibt es viele Spezialgrößen. In Wohnmobilen werden oft auch MR16 oder G4 Fassungen benutzt.

Es gibt also eine Vielzahl an LED Strahlern, LED Einbaulampen, LED Lichtleisten, LED Lichterkette, LED Flutern mit jeweils unterschiedlichen Fassungen.

Achte bei deiner Inselanlage darauf, das LED Lampen meistens für 230V Wechselstrom verkauft werden. Du brauchst deine LED Lampe passend zu der Spannung deiner Solaranlage (meist 12 Volt).

Nicht jede LED ist dimmbar. Falls du einen Dimmer benutzt, musst du daher spezielle dimmbare 12V LEDs kaufen.

 

Wie stelle ich die Beleuchtung meines Wohnmobils auf LED Lampen um?

1. Inventur der Lampen

Erstelle eine Liste mit allen Lampen, der Fassung und der elektrischen Leistung in Watt.

2. Auswahl des LED Gegenstücks zur alten Lampe

Nun wähle für jeden Lampentyp einen LED-Typ aus, der ungefähr dem gleichen Lichtstrom in Lumen deiner alten Lampe entspricht. Nutze diese Vergleichsskala, um die passende LED Leistung zu finden.

LED SkalaBeispiel:

Ersatz eines 12V Halogenstrahlers: Halogenstrahler 20 Watt -> LEDstrahler 5 Watt
Ersatz eines 12V Glühbirne: Glühbirne 40 Watt -> LED-Lampe 8 Watt

3. Berechnung deiner Energieeinsparung

Nun hast du eine Liste aller LEDs, die es zu beschaffen gilt. Addiere die elektrische Gesamtleistung deiner alten Lampen und vergleiche diese mit der Gesamtleistung deiner LED-Lampen. Die Differenz ist deine potentielle Energieersparnis.
Neben der besseren Energieeffizienz, schonst du deine Batterien und die Umwelt. Weiterhin erhöhst du den Wert deiner Inselanlage im Wohnmobil langfristig.

4. Bestellung der LED Lampen

Da LEDs mittlerweile Massenware sind, bekommst du gute Qualitätsleds z.B. sehr günstig im Internet bei Amazon. Klicke hier für aktuelle 12V LED Angebote*.

5. Einbau der LED Lampen in das Wohnmobil

Sobald du die LEDs per Paket von Amazon erhalten hast, tausche sie gegen die alten Leuchtmittel. Dein Inselsystem ist nun energieeffizienter, wertighaltiger und langlebiger geworden.

Fazit:

Die Umrüstung auf LEDs macht bei Solarinselsystemen Sinn. Achte auf die Spannung  und Lichtfarbe der LEDs. Die Umrüstung ist einfach und kann von jedem durchgeführt werden.

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Solarlampe

Eine Solarlampe wird heutzutage überall rund ums Haus eingesetzt. Ob am Hauseingang, Kellertür, bei den Mülltonnen oder an der Garage, überall wo man nachts mal entlangläuft, ist es sehr praktisch wenn sich eine Solarlampe automatisch hinzuschaltet. So ist es mit dieser Art an Hilfsbeleuchtung viel einfacher nachts die Tür aufzusperren, Stufen hinabzulaufen und den Weg zu finden.

Ein weiterer Einsatzbereich für die Solarlampe ist die Außenbeleuchtung deines Gartens. So kannst du mit steckbaren Solarkugeln oder Solarlampen Akzente im Blumenbeet oder Pflanzentopf setzen und z.B. deinen Teich oder deine Wiese nachts beleuchten. Dies sieht schön aus und lässt deinen Garten nachts freundlicher erscheinen und gibt zusätzliche Sicherheit ums Haus. Aber auch auf Terrassen und Balkonen sorgen Solarlampen für eine schöne Beleuchtung.

Vorteile Solarlampe

  • Eine normale Außenbeleuchtung muss aufwendig verkabelt werden. Solarlampen erzeugen jedoch ihre eigene Energie und benötigen keine Verkabelung oder Steckdose. Damit ist ihr größter Vorteil der flexible und schnelle Aufbau im Vergleich zu konventioneller Außenbeleuchtung.
  • Eine Solarlampe wird als fertiger Bausatz geliefert und ist einfach und schnell in Betrieb zu nehmen. Wenn du einen Bilderahmen anbringen kannst, dann kannst du auch eine Solarlampe in Betrieb nehmen.
  • Du hast mit einer Solarlampe keinen laufenden Stromkosten, da sich die Lampe selbst mit Sonnenenergie versorgt.
  • Solarlampen besitzen meist eine Zeitschaltuhr oder einen Dämmerungs- oder Bewegungsschalter, über die sie sich komfortabel selbst ein- und ausschalten.

Nachteil Solarlampe

  • Eine Solarlampe benötigt einen sonnigen Standort mit viel direkter Sonnenstrahlung über den Tagesverlauf.
  • In der dunklen Jahreszeit, wenn die Solarlampe am meisten benutzt wird, gibt es am wenigsten Sonnenstrahlung. Wichtig ist eine große Solarzelle, die auch im Winter genügend Leistung bringt.
  • Die eingesetzten Akkus besitzen meist nur eine Lebensdauer von ca. 2 Jahren und müssen dann ersetzt werden. Weiterhin sind Akkus Frostempfindlich und einige Solarlampen eignen sich nicht für den Winterbetrieb.
  • Der Markt ist mit billigen und schlechten Solarlampen überschwemmt. Viele der Solarlampen gehen schnell kaputt und es empfiehlt sich besonders bei Solarlampen auf Qualität zu achten.

Varianten Solarlampe

Akku Solarlampe

In Solarlampen werden entweder die etwas älteren Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd-Akku) oder die moderneren, robusteren Nickel-Metallhydrit-Akkus (NiMh-Akku) verwendet.
Für Solarlampen werden je nach Leistungsfähigkeit Batterien mit einer Kapazität von 4000 mAh (Milli-Ampere-Stunden) bis 1000 mAh eingesetzt.

Solarmodul Solarlampe

Das Solarmodul ist mit die wichtigste Komponente der Solarlampe. Achte auf eine hohe Solarleistung, die in W (Watt) oder Wp (Watt peak) angegeben wird. Der Wirkungsgrad des Solarmoduls oder ob es mono- oder polykristalline Zellen sind, kann dir egal sein, du interessierst dich bei einer Solarlampe nur für die Solarleistung in W!

Es gibt Solarlampen mit Dünnschichtmodulen oder kristallinen Solarmodulen. Ein Dünnschichtmodul ist bei gleicher Leistung flächenmäßig größer, aber auch besser geeignet bei bewölktem Wetter die trübe Sonnenstrahlung einzufangen. Viele kompakte Solarlampen haben das Solarmodul bereits integriert. Größere Solarlampen haben oft ein externes Solarmodul, das flexibel um die Solarlampe angebracht und damit gut nach der Sonne ausgerichtet werden kann.

LED Solarlampe

Kaufe nur Solarlampen mit LED Beleuchtung. Alle anderen Leuchten benötigen zu viel Energie und sind in einer Solarleuchte falsch. Vorteil der LED ist der geringe Energieverbrauch und die sehr lange Lebensdauer.

Wie schaltet sich die Solarleuchte an und aus?

Für das tägliche An- und Ausschalten einer Solarlampe gibt es je nach Modell einen Dämmerungsschalter oder einen Bewegungsmelder jeweils mit oder ohne Zeitschaltuhr. Der Dämmerungsschalter lässt die Solarlampe, ab einem bestimmten Dunkelheitswert für z.B. 3 Stunden eingeschalten oder lässt die Lampe solange leuchten bis es wieder hell wird.

Ein Bewegungsmelder schaltet die Solarlampe, sobald jemand in den Sensorraum tritt, für einen bestimmten Zeitraum an. Dies ist sinnvoll für Bereiche die nur kurz ausgeleuchtet werden sollen, wie z.B. die Mülltonne am Haus.

Solarlampe Info

Solarlampe für Dekorationszwecke:
Diese einfachen Solarlampen werden die Wiese, in den Blumenkasten oder das Blumenbeet gesteckt und abends kann man die Beleuchtung genießen.

Solarlampe für Einzel-Spotbeleuchtung wie z.B. eine Türbeleuchtung
Diese Spotbeleuchtung eignet sich gut z.B. das Türschloss oder andere kleinere Räume bis ca. 2 m Durchmesser auf kurze Distanz zu beleuchten.

Solarlampe für Flächenbeleuchtung wie z.B. eine Wegbeleuchtung
Diese Solarlampe besitzt 2-3 einzeln ausrichtbare Spots um einen etwas größeren Bereich von 3-4 m Durchmesser flächig auszuleuchten.

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