Fotovoltaik selbst bauen – Anwendungen im Garten und überall
Bei dem Begriff Fotovoltaikanlage denkt man zumeist an große Anlagen auf Dächern, mit Netzeinspeisung und professioneller Montage und Wartung. Aber es geht auch eine Nummer kleiner. Man kann sich seine Fotovoltaikanlage selbst bauen und sich damit eine autarke Stromversorgung auch an abgelegenen Orten oder einfach nur ganz hinten im Garten sichern.
Auch wenn es nicht ganz einfach (und eher teuer) ist, sich komplett selbst mit Strom zu versorgen, so kann man durch den Selbstbau einer 12-Volt-Solarstromanlage nicht nur die eine oder andere sinnvolle Anwendung (und so manche Spielerei) relativ kostengünstig realisieren, die sonst vielleicht umfangreiche Kabelverlegungsarbeiten nötig gemacht hätte oder auch garnicht möglich gewesen wäre. Man kann durch den Selbstbau auch viel über Fotovoltaik lernen, was zum einen viel Spaß macht, zum anderen aber auch die spätere Entscheidung für oder gegen eine große Anlage mit Netzeinspeisung auf eine qualifiziertere Basis stellen kann.
Ein wenig handwerkliches Geschick schadet sicher nicht, aber die Anforderungen sind nicht so hoch wie man befürchten könnte. Wichtiger ist, sich ein wenig in die Materie hineinzudenken, um die richtigen Entscheidungen zu treffen. Wenn man das mal im kleinen Maßstab gemacht hat, fällt es viel leichter, wenn die große Entscheidung ansteht, bei der es dann um viel Geld geht. Also besser im Kleinen ein wenig experimentieren, dafür dann aber die großen Entscheidungen gleich richtig treffen.
12-Volt-Gleichstrom
Für den Selbstbau empfehlen sich 12-Volt-Gleichstromanlagen. Wer eine elektrotechnische Ausbildung hat, braucht sich natürlich nicht um solche Einschränkungen zu kümmern, für alle anderen haben diese Niedrigvoltsysteme den Vorteil, dass man selbst mit groben Fehlern nicht viel mehr kaputt machen kann als die Anlage selbst. Bei Fehlern an 230-Volt-Wechselstrom-Systemen können Menschen erheblich zu Schaden kommen. Einer der Vorteile beim Selbstbau ist ja auch, dass man klein anfangen und später unter Verwendung des ursprünglichen Materials noch erweitern kann.
Solarmodule produzieren grundsätzlich Gleichstrom. Wenn man als Verbraucher Geräte wählt, die ebenfalls mit Gleichstrom betrieben werden, dann spart man Spannungswandler und Wechselrichter, die zum einen teuer in der Anschaffung sind, zum anderen die Effizienz des Systems herabsetzen. Es gibt viele fertige Solarmodule zu kaufen, die Strom mit einer Spannung von 12 Volt liefern, aber man kann auch einzelne Solarzellen günstig kaufen und selbst zusammenschalten. Die Leistung der fertigen Anlage hängt dann von der Bauart der Zellen, von der Größe des Moduls und natürlich von der Sonneneinstrahlung ab.
Natürlich gibt es auch fertige Solaranlagen mit 12 Volt Spannung und unterschiedlicher Leistung zu kaufen, die vor allem für den Einsatz auf Booten oder Wohnwagen gedacht sind. Wenn man eine fertige Anlage findet, die die gewünschten Anforderungen erfüllt, kann man auch damit arbeiten.
Es gibt sehr viele Geräte der unterschiedlichsten Art zu kaufen, die für 12 Volt ausgelegt sind, das reicht vom Kühlschrank über Ventilatoren bis zur Wasserpumpe, von der Beleuchtung bis zu Motoren für unterschiedliche Anwendungen. Fündig wird man im Camping- und Autozubehörhandel, aber auch im Elektrofachhandel. Man kommt also sehr gut ohne 230 Volt Wechselspannung aus. Hinzu kommt, dass viele Geräte, die mit Netzteilen ausgestattet sind, tatsächlich nicht mit Wechselstrom, sondern mit Gleichstrom betrieben werden. Je nach den konkreten Parametern kann man also zum Beispiel ein Notebook direkt an einer Solaranlage betreiben, einfach durch Weglassen des Netzteiles. Bevor man das macht, sollte man aber genau überprüfen, dass die gelieferten und die geforderten Werte übereinstimmen. Durch Zwischenschaltung eines Gleichrichters (DC-Wandler) können auch Notebooks und andere Geräte, die zum Beispiel 19,5 Volt Spannung brauchen, betrieben werden. Das ist effizienter als die Zwischenschaltung eines Wechselrichters, an dem dann das Netzteil des Notebooks, das ja auch ein Gleichrichter ist, angeschlossen wird. Das hin und her kann man sich sparen, dadurch Leistungsverluste minimieren.
Da sich das Verständnis für die Materie durch Selbstbau erheblich verbessern lässt, folgen jetzt zwei Beispiele für selbstgebaute Solaranlagen, die jeweils auf eine spezifische Aufgabe hin ausgelegt sind.
Beispiel: Die Regenfasspumpe
Viele Gartenbesitzer haben ein Regenfass. Oft auch eine etwas größere Zisterne, die unterirdisch eingebaut ist. Um das Regenwasser dort wieder heraus zu bekommen, braucht man eine Pumpe. Also im Allgemeinen auch Strom. Der Bedarf an Gießwasser ist vor allem an sonnigen Tagen im Sommer hoch. Genau an diesen Tagen lässt sich eine ganze Menge Solarstrom produzieren. Für den Garten und die Pflanzen ist es allerdings am besten, abends zu gießen, wenn die Sonne nicht mehr so intensiv scheint.
Eine mögliche Lösung beinhaltet eine kleine 12-Volt-Tauchpumpe, eine kleine, selbstgebaute Solarstromanlage und ein Wasserfass, das den Tagesbedarf fasst und etwas erhöht aufgestellt wird. Während des Tages pumpt die Pumpe solarstromgetrieben das Wasser aus der Zisterne in das Wasserfass. Da sie dafür den ganzen Tag Zeit hat, kann man eine kleine Pumpe mit niedrigem Energieverbrauch wählen. Man kommt also auch mit einer kleinen Fotovoltaikanlage aus. Über Tag erwärmt sich das Wasser im Wasserfass ein wenig, was besser für die Pflanzen ist als kaltes Wasser direkt aus der Zisterne. Abends kann man dann mittels Schwerkraft die Gießkanne mit dem erwärmten Wasser füllen. Alternativ kann man das Wasser über ein System von gelochten Schläuchen im Garten verteilen, zum Beispiel so, wie hier beschrieben. Man braucht das System nur einzuschalten, es schaltet sich von alleine aus, da das Wasserfass ja nur den Tagesbedarf enthält.
Für die Dimensionierung der Anlage kann man von der Leistungsaufnahme der Pumpe ausgehen. Man braucht eine Pumpe, die in der Lage ist, den durch die Bauweise der Zisterne und die Aufstellung des Wasserfasses gegebenen Höhenunterschied zu bewältigen. Die Leistungsaufnahme der Pumpe entnimmt man dann der Beschreibung oder dem Etikett der Pumpe selbst. Die Fotovoltaikanlage muss diese Leistung liefern, im Durchschnitt, nicht als Spitzenwert. Die Leistung einer Fotovoltaikanlage oder eines Solarmoduls wird meistens in Wp angegeben, also in Watt Peak, als Spitzenleistung. Man kann nicht davon ausgehen, dass diese Spitzenleistung ständig erreicht wird. Wenn man also zum Beispiel eine Pumpe mit einer Leistungsaufnahme von 20 Watt an einer Solaranlage mit 20 Wp betreibt, dann wird die Pumpe häufig mit geringerer Leistung laufen. Falls das stört, muss die Anlage größer dimensioniert werden.
Der Selbstbau hat dabei den Vorteil, dass man zunächst mit einem kleinen Modul beginnen kann und dann entsprechend den Erfahrungswerten erweitern kann. Denn auch wenn Fakt ist, dass die Anlage größer als die Leistungsaufnahme der Pumpe dimensioniert werden sollte, so ist es doch von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, um wieviel größer es denn nun sein sollte.
Natürlich kann man auch ein gekauftes Solarkomplettpaket nehmen und mit einer ebenfalls gekauften Bewässerungsanlage verbinden. Welche Lösung die jeweils beste ist, kann nicht pauschal gesagt werden, das hängt natürlich von den örtlichen Gegebenheiten, den persönlichen Vorlieben und nicht zuletzt von den verfügbaren finanziellen Mitteln ab.
Noch ein Beispiel: Ein Springbrunnen
Viele Gartenbesitzer haben auch einen kleinen Gartenteich, der durch einen Springbrunnen oder eine kleine Fontäne noch attraktiver werden könnte. Es sieht nicht nur schön aus und plätschert beruhignd, es reichert das Teichwasser auch mit Sauerstoff an, was zum Beispiel dann vorteilhaft ist, wenn man Fische im Teich halten möchte. In jedem Fall verhindert es, dass aus dem Teich eine faulende Brühe wird.
Einen solchen Springbrunnen kann man ebenfalls mit Solarstrom betreiben. Da die Leistungsaufnahme einer Springbrunnenpumpe sehr gering gewählt werden kann, reicht im Prinzip ein Solarpanel von vielleicht 25cm auf 25 cm Größe aus, um die erforderliche Leistung zu erbringen. Wenn man ein etwas größeres Modul wählt, hat man zusätzlich zum Direktbetrieb der Anlage auch noch die Möglichkeit, das System durch eine Batterie zu erweitern und dadurch den Springbrunnen auch abends im Dunkeln noch zu betreiben.
Wenn es einem genug ist, wenn der Springbrunnen tagsüber bei Sonnenschein läuft, dann kann man die Anlage analog zur oben beschriebenen Regenfasspumpe planen. Wenn man zusätzlich noch Strom in einer Batterie speichern möchte, zum Beispiel um die Fontäne auch abends betreiben zu können, dann wird das Ganze etwas komplexer, denn dann braucht es zusätzlich eine Batterie und den dazu passenden Solarregler. Letzterer ist dafür zuständig, den Ladezustand der Batterie zu überwachen, also sowohl Überladung als auch Tiefentladung zu vermeiden. Beide Bauteile sind nicht ganz billig, aber man kann die Entscheidung darüber, ob man sie braucht, auch auf einen späteren Zeitpunkt vertagen. Sobald man die Batterie dann mal hat, kann man schließlich auch alle möglichen sonstigen Verbraucher mit Solarstrom betreiben, und das nicht nur dann, wenn gerade die Sonne scheint.
Wer mit Fotovoltaik experimentieren möchte, und deshalb weiterhin auf der Suche nach realisierbaren Ideen für den Selbstbau ist, dem hilft vielleicht ein einfacher Rundgang durch Haus und Garten. Welche Anwendungen werden bereits mit 230 Volt Netzstrom realisiert und könnten aber auch mit Solarstrom betrieben werden, welche Geräte müssten sowieso neu angeschafft werden (vielleicht tut es dann ja auch ein 12-Volt Gerät), welche Arbeitserleichterung, welche Spielerei hätte man gerne bei sich realisiert. Wenn man vor allem im Kleinen sucht, dann wird man fündig werden und sich dann seine ganz persönliche Solaranwendung bauen können.
Literatur
Sehr hilfreich bei der konkreten Umsetzung der eigenen Pläne ist eine Anleitung, wie zum Beispiel die von Jean-Paul Blugeon. Das Buch Fotovoltaikanlagen selber bauen richtet sich explizit an Nicht-Elektrotechniker, die einfache Solaranwendungen selbst realisieren möchten. Elektrotechniker und andere Fachleute werden das Buch vielleicht an der einen oder anderen Stelle etwas langatmig finden, dafür ist es für den Laien optimal verständlich, bei Verzicht auf unverständliche technische Ausdrucksweise. Für Menschen vom Fach ist die Auswahl an Literatur dagegen deutlich größer.
Jean-Paul Blugeon:
Fotovoltaikanlagen selber bauen
ISBN 978-3-8001-7619-9
Ulmer Verlag