Das Solarpanel im Wohnmobil - Wann lohnt sich die Umrüstung auf ein flexibles?

Das Solarpanel im Wohnmobil und Wohnwagen - Wann lohnt sich die Umrüstung auf ein flexibles? 

Der Fortschritt in der Halbleitertechnologie hat zu einer Verbesserung von Solarpanelen geführt. In den letzten Jahren wurden flexible Solarpanele eingeführt, die sich technologisch weiterentwickelt haben. Waren flexible Panele anfangs auf Basis der weniger Effizienten CIS/CIGS-Technologie, gibt es heutzutage bereits Module aus monokristallinen Silizium - der gleichen Technologie wie die effizientesten Festpanele. Durch Ihre leichte, biegsame Bauweise eignen sich diese besonders gut für den Einsatz in Wohnmobilen. In diesem Artikel werden die Unterschiede bei der Installation und Verwendung von flexiblen im Gegensatz zu festen Modulen erläutert. Anschließend wird die Effizienz in der Stromerzeugung verglichen. Die Tauglichkeit bei verschiedenen Wetterbedingungen wird festgestellt und anschließend die Lebensdauer der Modultypen verglichen. Zuletzt wird erläutert, unter welchen Umständen eine Umrüstung auf ein flexibles Modul sinnvoll sein könnte. Basierend darauf werden Ihnen am Ende des Artikels eine Entscheidungshilfe sowie unsere Produktempfehlungen präsentiert.

                                                 Bild 1: Unser Flexibles Solarpanel (Produktbeschreibung siehe unten)

 

Themenüberblick:

1. Gründe für ein flexibles Solarmodul: Montage, Einbauhöhe, Gewichtsersparnis u.W.
2. Wirkungsgrad: Erklärung und Vergleich
3. Wetterbedingungen: Hitze, Teilverschattung, Sonnenaufprallwinkel
4. Lebensdauer und Leistungsabfälle
5. Zusammenfassung und Entscheidungshilfe mit Richtwerten
6. Unsere Produktempfehlungen 
   
    

1) Gründe für ein flexibles Solarmodul: Montage, Einbauhöhe, Gewichtsersparnis und weitere
Aufgrund der leichten, flexiblen Bauweise werden beim Einbau zunächst einmal folgende Vorteile deutlich:
 

• Leichtere Montage
  Flexible Module lassen sich einfach auf das Dach kleben. Feste Solarpaneele hingegen müssen entweder über einen Dachträger befestigt oder direkt mit dem Dach verschraubt werden. Bohrungen im Dachblech führen früher oder später zu Feuchtigkeitseintritt in die Isolierung und den Wohnraum. Dies sollte unter allen Umständen vermieden werden, denn die angesammelte Feuchtigkeit senkt die Isolierwirkung der Dämmmaterialen erheblich, die Karosserie beginnt zu rosten und im Wohnraum sammelt sich Schimmel. 
   
• Geringere Einbauhöhe
  Durch den Wegfall von Stützelementen und die optimale Anpassung an gekrümmte Dachflächen verringert sich die Einbauhöhe. Durch den direkten Kontakt mit dem Autodach wird das Paneel begehbar und für Außenstehende weniger sichtbar - perfekt für diejenigen, die lieber diskret unterwegs sind. Zusätzlich verringert sich der Windwiderstand beim Fahren - Windgeräusche auf der Autobahn werden minimiert und das Solarmodul wird geringeren Belastungen ausgesetzt, was die Lebensdauer des Aufbaus erhöht.
   
• Fehlender Rahmen
  Durch den fehlenden Rahmen können sich Schmutzpartikel weniger leicht festsetzen, denn Regenwasser kann abfließen und Schmutz besser wegspülen. Dementsprechend ist eine Reinigung des Panels weniger häufig notwendig.
   
• Gewichtsersparnis und reduzierter Kraftstoffverbrauch
  Das erleichtert nicht nur die Montage, sondern bringt auch eine deutliche Gewichtsersparnis mit sich: Ein starres 300 Watt Modul wiegt zwischen 15 und 20 kg - für den Dachträger müssen je nach Ausführung zusätzlich zwischen 5 und 15 kg eingeplant werden. Ein flexibles 300 Watt Modul wiegt etwa 5 kg - dadurch können zwischen 15 und 30 kg eingespart werden. Zusammen mit dem verringerten Windwiderstand sinkt der Kraftstoffverbrauch gleich auf doppelte Weise!

Zusammenfassend bietet die flexible Bauweise zunächst klare Vorteile. Allerdings ist es vor allem entscheidend, wie viel Strom tatsächlich erzeugt werden kann. Dies wird mithilfe des Wirkungsgrads angegeben. Auch die Wetterbedingungen haben einen Einfluss auf die lieferbare Strommenge. Im Folgenden gehen wir näher auf die technischen Unterschiede ein.

 

2. Wirkungsgrad: Erklärung und Vergleich

Früher bestanden flexible Solarmodule hauptsächlich aus weniger effizientem Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIS/CIGS). Inzwischen hat sich die Technologie jedoch weiterentwickelt und es gibt auch monokristalline Varianten. Monokristalline Zellen gehören zu den effizientesten und weiterhin vielversprechendsten Zelltypen.  Trotzdem weisen flexible Solarpaneele bauartbedingt in der Regel einen etwas geringeren Wirkungsgrad auf. Feste haben derzeit einen Wirkungsgrad von etwa 19-21%, während flexible Panele bei etwa 17% liegen. CIS/CIGS-Panele im Dünnschichtverfahren erreichen einen Wirkungsgrad bis etwa 15%. Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Bei gleichen Lichtverhältnissen erfordert ein niedrigerer Wirkungsgrad eine proportional größere Panelfläche, um die gleiche Menge Strom zu erzeugen. Einfach ausgedrückt bedeutet ein niedrigerer Wirkungsgrad einen größeren Platzbedarf. Beispiel: Ein 1 m² großes Panel mit einem Wirkungsgrad 17% liefert so viel Strom wie ein 0,81 m² großes mit 21% Wirkungsgrad. 
Wie kann der Wirkungsgrad errechnet werden? Die Angaben bei der Leistung des Moduls beziehen sich immer auf 1000 W aufprallende Sonnenleistung pro m². Bei einem Wirkungsgrad von 100% kann ein 1 m²
Panel also 1000 W erzeugen; bei einem Wirkungsgrad von 20% bedeutet das entsprechend 200 W pro m². Der Wirkungsgrad sich auf folgende Weise berechnen:

      
          Formel 1: Berechnung des Wirkungsgrades basierend auf Modulleistung und -Fläche

Im oberen Beispiel geht man also wie folgt vor: 
Man nimmt die Leistung des Moduls von 200 W, teilt das ganze durch die Fläche von 1 m² und dann nochmal durch 10. Das Ergebnis ist der Wirkungsgrad von 20 in %.

Die angegebenen Wirkungsgrade werden in der Praxis leider häufig nicht erreicht. Verschiedene Wetterbedingungen wie Hitze, Schatten oder niedriger Sonnenstand führen zu weiteren Leistungsverlusten.
 

3) Wetterbedingungen: Hitze, Teilverschattung, Sonnenaufprallwinkel
 

• Leistungsabfall durch hohe Temperaturen
  Grundsätzlich nimmt der Wirkungsgrad eines Solarmoduls bei hohen Temperaturen ab - unabhängig davon, ob es sich um ein festes oder flexibles Modul handelt. Die meisten Hersteller geben einen Leistungs-Temperaturkoeffizient an. Je niedriger der Wert, desto weniger anfällig ist das Modul bei Erwärmung. Üblich ist ein Temperaturkoeffizient von etwa 0,4%/°C, bei einer Normaltemperatur von 25°C. Das bedeutet, dass die Leistung mit jedem Grad über 25°C um 0,4% abnimmt. 
  Beispiel: Ein 100 Watt Panel hätte bei 40°C eine tatsächliche Leistung von 94 Watt. (40°C - 25°C =15°C; 15°C x 0,4% = 6 %; 6 % x 100 W= 6 W; 100 W - 6 W =94 W)
  Die können die Leistung in Abhängigkeit von der Temperatur auch mithilfe folgender Rechenhilfe bestimmen:
  Rechenhilfe: Leistung nach Temperaturbedingungen
  
  Zu beachten ist allerdings, dass flexible Module häufig direkt auf dem Autodach befestigt werden, wodurch sie sich stärker aufheizen können und dadurch schneller an Leistung verlieren. Wellstrukturen bzw. Vertiefungen auf dem Dachblech ermöglichen durch Luftzirkulation eine Wärmeableitung auf der Unterseite des Moduls. Bei der Montage ist entsprechend auf Luftkanäle zu achten, gegebenenfalls durch die Verwendung von Stützkonstruktionen.
  Bei einer direkten Verklebung auf dem Dachblech und häufigem Aufenthalt in heißen Ländern in den Sommermonaten kann es zu thermischen Beschädigung bei flexiblen Panelen kommen - deren Außenmaterialen aus Kunststoffen sind weniger Temperaturbeständig als Glas. Spätestens bei einer Betriebstemperatur von 80°C ist bei den meisten Panelen Schluss. Bei regelmäßiger sehr hoher Hitzebelastung sollten Sie ein Festmodul in Erwägung ziehen.
  
   
• Teilverschattung
  
  
                                                                    Bild 2: Teilverschattung des Solarpanels
  
  Teilverschattung tritt auf, wenn Teile des Solarpanels verdeckt sind, zB. durch Bäume oder Gebäude. Abhängig von der Größe der verschatteten Fläche kann die Gesamtleistung der Solaranlage deutlich beeinträchtigt werden, da ein Ungleichgewicht in der Stromproduktion innerhalb des Moduls entsteht. Die Fähigkeit der Stromerzeugung trotz Teilverschattung wird als Teilverschattungs-Toleranz bezeichnet. Häufig wird behauptet, dass flexible Panele eine höhere Teilverschattungs-Toleranz haben als feste. Eine pauschale Aussage lässt sich allerdings nicht treffen, denn diese ist in erster Linie von der elektrischen Bauweise im Inneren des Moduls abhängig. Ein Modul mit hoher Teilverschattungs-Toleranz ist in der Lage, den Leistungsverlust durch Schatten zu minimieren und einen besseren Energieertrag zu erzielen. Leider geben nur wenige Hersteller von sich aus eine Teilverschattungs-Toleranz an, im Allgemeinen gibt es auch keine festen Richtwerte. Falls keine Angaben vorhanden sind, liefert auch die Anzahl der verwendeten Zellen und Bypass-Dioden Aufschlüsse. Die Verwendung von Bypass-Dioden sind ein Hinweis für eine gute Teilverschattungstoleranz. Unsere Marktrecherchen zeigen, dass flexible Solarpanele in der Regel eine geringere Anzahl an Zellen verwenden.
  
  Für alle Interessierten erklären wir das Ganze gerne etwas detaillierter: Vom Prinzip her verhält es sich ähnlich wie bei einer Lichterkette - bei der Serienschaltung geht die ganze Lichterkette aus, wenn auch nur ein Lämpchen defekt ist. Bei der Parallelschaltung können einzelne Lämpchen defekt sein, die anderen funktionieren trotzdem noch.
  Schema 1: Reihen- und Parallelschaltung
  
  Im Linken Schema sind die Lämpchen in Reihe geschaltet, rechts sind sie Parallel geschaltet. Im Fall eines Solarmoduls bedeutet das im Umkehrschluss: Sind alle Einzelzellen in Reihe geschaltet, muss nur eine einzelne Verschattet sein, damit das gesamte Modul ausfällt. Sind alle Einzelzellen parallel geschaltet, sinkt die Strommenge proportional zur Anzahl der verschatteten Zellen. Sind zB. 20 von 100 Zellen verschattet, kann 20% weniger Strom erzeugt werden. Warum sollte man dann Zellen überhaupt in Reihe schalten?  Weil sich durch die Reihenschaltung die Spannung in Volt erhöht. Deshalb werden für die 3V-Fernbedienung zwei 1,5V-Batterien benötigt. In der Praxis ist es eine Mischung aus beiden Schaltungsarten. Man schaltet einzelne  Solarzellen in Reihen, damit man mehr Spannung erhält. Diese Reihe nennt man String. Schaltet man mehrere Strings Parallel zusammen, so hat man noch genug Spannung, auch wenn ein kompletter String verschattet ist. Um bei großflächigen Verschattung noch genug Strom zu liefern, werden Bypass-Dioden in den Modulen verwendet. Dioden leiten Strom nur in eine Richtung und ermöglichen es, den Strom um den verschatteten Bereich herumzuleiten, sodass der gesamte String nicht beeinträchtigt wird und der Energieertrag besser erhalten bleibt. 
   
• Aufprallwinkel des Sonnenlichts
  Für das Solarpanel ergibt sich der höchste Stromertrag, wenn das Sonnenlicht senkrecht auf das Panel trifft. Je flacher der Aufprallwinkel, desto niedriger wird die Effizienz. Deshalb werden Solarpanele bevorzugt in Südrichtung, mit einer leichten Neigung von etwa 30°, aufgestellt. Die auf Wohnmobildächern installierten Panele werden im Gegensatz zu Häusdächern oder Balkonen meist Flach platziert. Daraus ergibt sich in den Fällen ein flacheren Aufprallwinkel. Der Maximalertrag sinkt zwar, allerdings kann sich je nach örtlichen Gegebenheiten die Dauer der Sonnenbestrahlung erhöhen. Leider gibt es derzeit noch keine Testergebnisse, die einen direkten Vergleich zwischen flachen und flexiblen Panelen bei flachem Aufbau zeigen. Wir gehen derzeit davon aus, dass es hierbei keine nennenswerten Unterschiede gibt, da beide Modultypen auf monokristalliner Zelltechnologie basieren. Die Festmodule haben allerdings bauartbedingt den Vorteil, dass sie sich besser mit einer Aufstellvorrichtung kombinieren lassen.
   

4) Langlebigkeit und Leistungsabfall

Flexible Solarmodule verwenden dünnere, flexiblere Materialien anstelle von Glas und Metall als Außenmaterialien und können somit auf lange Sicht weniger haltbar sein. Rechnen Sie insbesondere bei minderwertigen Produkten mit einem schnelleren Materialabbau und einer beeinträchtigten Lebensdauer. Die Einzelzellen im Inneren hingegen haben im Regelfall trotz ihrer dünneren Bauart eine lange Lebensdauer. Zu beachten ist allerdings, dass auch flexible Solarpanele nicht für häufiges Biegen über einen längeren Zeitraum vorgesehen sind. Da auch die inneren Bauteile von Photovoltaikanlagen Alterungsprozessen unterliegen, nimmt die Leistung im Laufe der Jahre ab. Üblich sind etwa 15% Leistungsverluste nach 25 Jahren. Vor allem bei flexiblen Modulen können die Leistungsverluste je nach Qualität stark schwanken. Um möglichst lange Freude an der eigenen Stromerzeugung zu haben, ist es bei flexiblen Solarmodulen besonders wichtig, auf qualitative Produkte mit hochwertigen Materialien zu achten, die für ihre Langlebigkeit bekannt sind und im Idealfall eine möglichst lange Produkt- und Leistungsgarantie versprechen.
 

Zusammenfassend empfehlen wir flexible Panele unter folgenden Bedingungen:
 

• Es soll möglichst viel Gewicht und Kraftstoff eingespart werden
• Das Panel soll selten gereinigt werden müssen
• Das Wohnmobil soll für Außenstehende nicht als solches erkennbar sein
• An sehr heißen Tagen: Eine ausreichende Luftzirkulation unterhalb des Moduls ist gegeben
• Es ist ausreichend Platz auf dem Dach vorhanden, um den Strombedarf zu decken
• Es findet sich ein ausreichend großes Panel mit möglichst langer Garantie
   

In folgenden Fällen empfehlen wir die Verwendung eines Festpanels:

• Maximale Strommenge soll auf minimaler Fläche erzeugt werden
• Häufiger Aufenthalt in heißen Ländern
• Ein Dachträger ist bereits vorhanden
• Gewicht- und Kraftstoffersparnis sind weniger entscheidend
• Sie möchten sich keine Gedanken über die Lebensdauer machen
   

Leistungseinbußen durch Wetterbedingungen und Alterung hängen in erster Linie von der individuellen Produktqualität ab. Für eine dauerhaft effiziente
Stromausbeute sind folgende Parameter gute Richtwerte:

• Hoher Wirkungsgrad: mindestens 20% bei festen und 17% bei flexiblen Panelen
• Niedriger Leistungs-Temperaturkoeffizient: 0,4%/°C oder weniger
• Verwendung von Bypass-Dioden für eine gute Teilverschattungstoleranz
• Produktgarantie ≥ 10 Jahre
• Leistungsgarantie ~ 85 % nach 25 Jahren
   

Für beide Lösung haben wir ein passendes Produkt für Sie ausgesucht. Beschreibungen und Erläuterungen dazu finden Sie weiter unten.

Unser Flexibles Solarpanel: Sunman Flex SMF310W 

                                              Bild 3: Das Flexible 310 Watt (peak) Solarpanel SUNMAN SMF310W

Typ: Monokristallin, flexibel
Wirkungsgrad: 17,4%. 
Maximale Leistung: 310 Watt (Peak) - die meisten flexiblen Panele liefern nur bis 100 Wp
Maße: 2009 x 885 x 2 mm 
Gewicht: 5,0 kg
Anzahl Zellen: 60
Temperaturkoeffizient: 0,38%/°C bei einer Nominaltemperatur von 41 °C+/- 2°C
Betriebstemperatur: -40°C bis +85°C
Produktgarantie: 12 Jahre
Lineare Leistungsgarantie: Nach 25 Jahren noch mindestens 84,8% Leistung
Besonderheiten: das patentierte glasloses eArc-Modul hat die gleichen Belastungstests bestanden wie konventionelle Glas-Folien-Module (Inkl. IEC61215:2016, IEC1730:2016, UL1703) und zusätzlich PID-, Salznebel- und Ammoniak-Korrosionstests
Nachteile: Leider hat dieses Modul keine Bypass-Dioden und deshalb ist weniger gut bei Teilverschattungen geeignet; Es sind Produkttests in Planung.

                                                                    Bild 4: 25 Jahre Lineare Leistungsgarantie: Nach 25 Jahren noch mindestens 84,8% Leistung.


Unsere Festpanel-Empfehlung: Trina TSM-420 W Vertex S Black Frame 

                                                                       Bild 5: Unser Festpanel - das besonders robuste Trina TSM mit 420 Watt (Peak)

Typ: Monokristallin, fest
Wirkungsgrad: 21,3%. 
Maximale Leistung: 425 Watt (Peak)
Maße: 1762 x 1134 x 30 mm 
Gewicht: 21,8 kg
Anzahl Zellen: 144
Rahmen: 30 mm eloxierte Aluminiumlegierung
Glas: 3,2 mm hochtransparentes, antireflexbeschichtetes, hitzegehärtetes Glas
Temperaturkoeffizient: 0,34%/°C bei einer Nominaltemperatur von 43 °C+/- 2°C
Betriebstemperatur: -40°C bis +85°C
Produktgarantie: 15 Jahre
Lineare Leistungsgarantie: Nach 25 Jahren noch mindestens 84,8% Leistung
Besonderheiten: Schneesicherheit bis 6000 Pa; Windsicherheit bis 4000 Pa
Zertifizierte Beständigkeit gegen Salzsprühnebel, Ammoniak und Flugsand
Multi-Busbar-Technologie für höhere Lichtabsorption und Stromableitung
Bypass-Dioden: Optimiert für Teilverschattung
Half-Cut-Technologie: Geringe Leistungsverluste und niedrige Wärmekoeffizienten
Hervorragende Leistung auch bei geringer Sonneneinstrahlung