Gleichstromlichtinsel

  • Hallo in die Runde,


    da ich noch immer in der Planungsphase bin und alle Optionen betrachten will, bin ich aktuell beim Überlegen, die angedachte netzparallele Anlage in Richtung Insel zu erweitern bzw. von vornherein so zu bauen, dass ein gewisser Teil eben nicht netzparallel ist.


    Hauptmotivationen sind (ohne Wertung der Reihenfolge):
    - Spass am Basteln
    - Erhöhung der Effizienz durch weniger Wandlungen
    - Umweltschutz durch Vermeidung unsinnigen Mülls
    - immer komplizierter werdende Regelungen und Auflagen für netzparallele Systeme


    Der Startpunkt ist der folgende: Heutige 230V-LED-Lampen enthalten jeweils eine kleine Vorschaltplatine, die mit mehr oder weniger Aufwand aus 230V AC eine niedrigere DC-Spannung für die LEDs machen. Das ganze ist fest mit den LEDs verbunden und sorgt dafür, dass bei einem Elektronikdefekt schön viel Müll anfällt (in einem LED-Blog habe ich sogar gelesen, dass der Blogger noch nie eine kaputte LED hatte, sondern immer nur die Elektronik). dazu kommt, dass mir die meisten LED-Leuchten nicht gefallen bzw. Kompromisse eingehen, die ich nicht schön finde.


    Zentrale DC-Systeme wurden ja schon öfter diskutiert, kranken aber meist am Verkablungsaufwand und den doch recht hohen Strömen bei niedrigen Spannungen. Darum: 48V nur für die Beleuchtung, und die wiederum nur mit LED in Form sehr simpler Grundmodule (15 SMD-LEDs in Reihe, Konstantstrom"diode" je nach Bedarf zwischen 15 und 60 mA, kleiner MOSFET). Auf einer kleinen Platine kann man das in ausreichender Anzahl herstellen und dann daraus flexible Leuchten zusammenstellen (durch die jeweils integrierten MOSFETs leicht zu schalten, ohne Probleme mit Lichtbögen oder so zu bekommen - z.B. könnte man eine Leuchte dann mit einem I2C-PWM- oder IO-Baustein ausstatten und dann bequem per I2C steuern (An/abschalten der Module, Schalten verschiedener Konstantstrom"dioden").


    Als Verkabelung kann man normales Installationsmaterial verwenden, da die Ströme nicht wesentlich höher werden als bei vergleichbaren Glühlampen, was früher ja auch gut ging (Spannungsabfall stört bei 48V natürlich mehr als bei 230V, aber der dürfte sich bei den hier relevanten Strömen von sicher nicht mehr als einem Ampere pro Raum in Grenzen halten). Selbstverständlich muss man dafür sorgen, dass diese Kabel nicht mit den "normalen" 230V-Kabeln in eine Verteilung laufen, aber prinzipiell könnte man es so bauen (vor allem beim Neubau), dass die Kabel später mit vertretbaren Aufwand auch normal für 230V verwendet werden können (nicht technikaffiner Nachnutzer oder so).


    Soviel zum Rahmen, nun zur PV: Sinnvoll ist das natürlich nur mit Akku, denn normalerweise braucht man bei Sonnenschein ja kaum Licht :-)


    Ausbaustufe 0 wäre dessen ungeachtet der Betrieb über ein (oder mehrere per Dioden in die 48V-Schiene einspeisende) Netzteil mit 48V. Wenn man das ganze ohnehin über einen Bus mit einem Rechner bzw. Mikrocontroller steuert, ist der aktuelle Strombedarf genau bekannt, so dass Netzteile zielgenau so geschaltet werden können, dass sie möglichst effizient laufen. Tagsüber (Kellerlicht :-) ) könnte man damit auch schon den Strom einer netzparallelen Anlage nutzen.


    Richtig spannend ist es aber erst mit Akku. Durch das Fallback auf die Netzteile genügt es, die Kapazität für den Normalfall zu planen, man muss nicht den Extremfall im Auge haben. Damit wird vermutlich ein eher kleiner Akku reichen. Ich teste das aktuell mit mehreren aus LED-Strips zusammengebauten 48V-Leuchten in unserer aktuellen Mietwohnung (aktuell ohne PV und ohne Akku an Meanwell-Netzteilen). Genau gemessen habe ich es noch nicht, aber trotz des teilweisen Einsatzes energiefressender indirekter Beleuchtung liegen wir aktuell pro Abend sicher nicht höher als vielleicht 5-7 Ah. Oben angedachtes LED-System wäre effizienter (die aktuellen Strips verballern ein Viertel der Energie in Vorwiderständen, bei obiger Konstruktion wäre es nur 1/16 in den Konstantstromdioden) und durch die geeignete Mischung aus direkter und indirekter Beleuchtung wird man sicher auch mit weniger auskommen (1A, also 48W aus LED, ist schon sehr arg hell). Aber selbst wenn wir 10Ah für einen durchschnittlichen Abend annehmen, wäre ein Akku mit nutzbaren 500 Wh schon ausreichend und recht günstig zu realisieren.


    Da der wirklich große Bedarf in der dunklen Jahreszeit mit geringen PV-Erträgen anfällt, muss man das Ding entweder entsprechend gross bauen oder im Winter einfach ein paar Module der netzparallelen Anlage umhängen auf die Insel (oder einfach tagsüber per Netzteil mit dem Strom der netzparallelen Anlage dazuladen, wenn die Insel alleine nicht ausreicht - der Effizienzverlust durch die doppelte Wandlung wiegt vermutlich den Umbauaufwand der anderen Lösung nicht auf).


    Darüber hinaus könnte man mit so einer 48V-Insel natürlich auch andere nette Dinge tun, z.B. Pedelec-Akkus laden (natürlich direkt, nicht über den Umweg über den Akku) oder so...


    Rechtlich sollte man mit derlei auf der sicheren Seite sein, da komplett losgelöst vom Netz (das Netzteil für eventuelles Zusatzladen ist ja netzseitig nur ein Verbraucher und kann nichts einspeisen) - damit also keine Gebühren, Steuern und sonstwas... ist ja letztlich nur eine grosse Solarleuchte ;-)


    Technisch dürfte sich der Aufwand in Grenzen halten, vor allem, wenn man ohnehin alles per Bus steuern will (ich plane KNX für alle Schalter und die 230V-Verbraucher, sowie die Umsetzung per Mikrocontroller oder RPi auf I2C für die LED-Leuchten). Solarseitig wäre ein MPP-Laderegler sinnvoll, dem man auf eine möglichst einfache Weise sagen kann, wieviel Ampere er gerade maximal liefern soll - hat da jemand einen Vorschlag?


    Wie gesagt... das ganze ist momentan noch im Anfangsstadium der Überlegung... von daher freue ich mich über Kommentare (Wirtschaftlichkeit ist egal, ich sehe das als umweltschonendes Hobby).


    Viele Grüße,


    Jan

  • Hi Jan,


    da hast du dir für dieses Jahr ja einiges vorgenommen. :D
    Wäre sicher einfacher, sich eine 24 V Insel zu leisten plus ein kleiner Inverter.
    Damit könntest du viel Arbeit einsparen und könntest noch andere kleine 230 V AC Verbraucher an die Inselanlage anschließen.

  • Hi,


    Zitat


    da hast du dir für dieses Jahr ja einiges vorgenommen.


    Das muss ja nicht alles dieses Jahr umgesetzt werden. Ich will in der ganzen Planung nur frühzeitig Entscheidungen fällen, um nicht versehentlich Wege zu verbauen, die sich später als sinnvoll erweisen könnten. Das Gute daran ist ja, dass man das schön stufenweise umsetzen kann. Die "Senke", also die Leuchten, laufen am Netzteil ja ebenso wie am Akku...


    Wichtig ist, dass die Verkabelung so flexibel wie möglich ist und dass genug Leerrohre bleiben.


    Zitat


    Wäre sicher einfacher, sich eine 24 V Insel zu leisten plus ein kleiner Inverter.
    Damit könntest du viel Arbeit einsparen und könntest noch andere kleine 230 V AC Verbraucher an die Inselanlage anschließen.


    Bei 24V erschliesst sich mir der Vorteil nicht. Es gibt doch auch Inverter für 48V - mit dem großen Vorteil, dass die Ströme nur halb so gross sind. Auch sonst sehe ich in 24V für diese Anwendung nur Nachteile: Die Leuchten wären weniger effizient, man bräuchte mehr Bauteile und sämtliche Leitungen müssten den doppelten Strom führen. Zudem könnte man auch beim Akku nicht sparen, denn 24V 20Ah oder 48V 10 Ah brauchen doch genau die gleiche Menge an Zellen und damit auch die gleiche Arbeit. Oder hattest du eine andere Art der Einsparung im Sinn?


    Phase x (also für viel später) wäre der Ausbau zu einer Art USV für ausgewählte Verbraucher, die dann gerne auch längere Zeit auf Inverter laufen können, um die Erträge der Insel besser zu nutzen. Das können die üblichen (besseren) Wechselrichter ja durchaus, auch mit ausreichend schneller Umschaltung zwischen Netz und Batterie. Das will ich initial aber nur soweit vorbereiten, dass die entsprechenden Verbraucher leicht in einem Stromkreis zusammengefasst werden können bzw. von vornherein werden.


    Primärziel ist aber, möglichst viel aus 48V laufen zu lassen (natürlich nur im sinnvollen Rahmen, ich werde ganz sicher keine Waschmaschine oder Kühlschrank auf 48V umbauen) - wegen der Wandlungsverluste und wegen zunehmender Regularien für netzparallele Anlagen (ganz abgesehen davon, dass man an 230V längst nicht alles selbst machen darf, was bei Schutzkleinspannung kein Problem ist).


    Viele Grüße,


    Jan


    P.S.: Wobei ein Kühlschrank mit einem modulierenden 48V-Antrieb sicher was nettes wäre :-)

  • Die Fakten über 12, 24 und 48 V Anlagen sind mir bekannt, doppelte Spannung halber Strom.
    Die Frage wäre erst mal, wie groß soll die Anlage überhaupt werden.
    Dazu müsstest du den Tagesverbrauch (alternativ Verbrauch pro Woche) ermitteln.
    Dann noch sagen, ob die Anlage ganzjährig betrieben wird und wie die Module aufgestellt werden.
    Nach einer Auslegung ergibt sich schon, ob 24 V oder 48 V mehr Sinn macht.
    Steht dir natürlich frei, gleich die höhere Spannung zu wählen.
    Dein Projekt :D

  • Zitat von JanR

    (Wirtschaftlichkeit ist egal, ich sehe das als umweltschonendes Hobby).


    OK, also rein aus Spaß an der Freude, selbst wenn`s zusätzliches Geld kostet :wink:


    Das größte Problem sehe ich in der Anbindung der Insel an einen String der netzparallelen Anlage. Ich hab jetzt noch keinen Planungsthread von dir gefunden aber es wird ja voraussichtlich darauf hinauslaufen, daß der String den du anzuzapfen gedenkst mehrere hundert Volt Stringspannung hat. Das grenzt die Auswahl an brauchbaren Ladereglern doch schon sehr ein.


    Tagsüber per Netzteil mit dem Strom der netzparallelen Anlage den Akku laden ist natürlich eine Möglichkeit, erzeugt aber Verluste wie du ja auch selbst weisst. Wieviel das ist solltest du natürlich noch genau messen aber das musst du ja sowieso um den tatsächlichen Bedarf zu ermitteln und den Akku dazu passend auszuwählen.
    Wäre schonmal interessant was du bei deinen Messungen herausbekommst :wink:


    Den String im Winter zu aufzutrennen und "ein paar Module der netzparallelen Anlage umhängen auf die Insel" halte ich für keine gute Idee, denn die Stecker sind für sowas nicht gebaut, du baust dir damit höchstens selbst Kontaktfehler in deine Anlage ein.
    Ausserdem müsste man die Trennstellen von vorherein festlegen damit man dann auch drankommt. Das bedeutet auf jeden Fall längere DC-Kabel und damit schonmal mehr Verluste auf der DC-Seite als eigentlich nötig.


    Die Hausverkabelung sollte kein Problem darstellen, einfach alles (wirklich ALLES, also jeden Schalter, jede Lampenzuleitung etc.) direkt in den Technikraum ziehen und dort verdrahten. Dann bist du auf alles vorbereitet und kannst dort jederzeit einzelne Geräte/Lampen etc. an die Insel oder an das Netz hängen. Wenn man dabei gleich überall eine Ader mehr legt als nötig hat man sogar noch Luft für Erweiterungen. Kostet natürlich ein paar Euro mehr, ist aber sicher günstiger wie ein Extra-DC-Netz.

    mit freundlichem Gruß
    smoker59

  • Hallo,


    danke schonmal für eure Antworten...


    Zitat


    Nach einer Auslegung ergibt sich schon, ob 24 V oder 48 V mehr Sinn macht.
    Steht dir natürlich frei, gleich die höhere Spannung zu wählen.


    Das ergibt sich für mich schon aus der Verbraucherseite. Bei 48V ist der Aufwand für die angedachten Leuchten geringer und die Effizienz höher.


    Zitat


    Dazu müsstest du den Tagesverbrauch (alternativ Verbrauch pro Woche) ermitteln.


    Da es das Haus noch gar nicht gibt, ist das momentan nicht messbar... die aktuelle Anlage in der Mietwohnung dient eher der grundsätzlichen Machbarkeit und einer sehr groben Abschätzung. PV hat die keine und wird sie auch nicht bekommen (keine sinnvolle Aufstellmöglichkeit).


    Ganzjährig: Auf jeden Fall, aber nicht um jeden Preis so, dass sie immer ohne Netzstrom geht. Leider sind ja PV-Angebot und Lichtenergiebedarf genau entgegengesetzt über das Jahr verteilt. Von daher reicht es, wenn an den meisten Tagen genug Energie zur Verfügung steht und ansonsten das Netzteil hilft.


    Ausrichtung usw... siehe etwas weiter unten.


    Zitat


    OK, also rein aus Spaß an der Freude, selbst wenn`s zusätzliches Geld kostet


    Genau. Das wird es auch... denn auch wenn meine Eigenbauleuchten gegenüber handelsüblichen LED-Leuchten sicher Geld sparen, so sind (ineffiziente) Fertigstrips billiger (und deutlich schlechter, was Farbwiedergabe angeht). Den Rest will ich so bauen, dass es bei der Installation (s.u.) kostenneutral bleibt oder günstiger wird (z.B. ist die Ansteuerung der 48V-Seite per I2C und verteilten Kleinleistungs-MOSFETs viel billiger als die Verwendung von KNX-Schaltaktoren).


    Zitat


    Das größte Problem sehe ich in der Anbindung der Insel an einen String der netzparallelen Anlage. Ich hab jetzt noch keinen Planungsthread von dir gefunden aber es wird ja voraussichtlich darauf hinauslaufen, daß der String den du anzuzapfen gedenkst mehrere hundert Volt Stringspannung hat. Das grenzt die Auswahl an brauchbaren Ladereglern doch schon sehr ein.


    Den Planungsthread gibt es schon eine Weile, aber noch ohne finales Ergebnis:


    http://www.photovoltaikforum.c…gsueberlegun-t114975.html


    "Anzapfen" will ich nicht, ich wollte eher das tun, was du weiter unten geschrieben hast, nämlich den String auftrennen und einige Module fest umhängen. Damit das keine überlangen Leitungen erzeugt, wollte ich dazu eine Schaltbox auf dem Spitzboden vorsehen (kurze Wege zu den Modulen) und es da (nachts, stromlos) durch das Umsetzen von Brücken realisieren (wäre ja nur zweimal im Jahr). So eine Box will ich in der einen oder anderen Form aber ohnehin bauen, denn ich habe schon zu viele Threads gelesen, in denen nachträglich mit viel Aufwand umverstringt werden musste. Wenn man mit minimalem Mehrkabeleinsatz auf dem Spitzboden einige Solltrennstellen vorsieht, ist auch eine Umverstringung kein grosses Problem mehr, als Nebeneffekt könnte man einige Module aus einem String nehmen.


    Aber: Wie "alterego" in einem Parallelthread anmerkte, dürfte das ein steuerliches Problem sein, da die netzparallele Anlage ja zum Unternehmen gehört und eine solche Entnahme ja steuerlich das gleiche ist wie ein Eigenverbrauch nach dem WR. Also von daher besser per Netzteil hinter dem WR.


    Zitat


    Tagsüber per Netzteil mit dem Strom der netzparallelen Anlage den Akku laden ist natürlich eine Möglichkeit, erzeugt aber Verluste wie du ja auch selbst weisst. Wieviel das ist solltest du natürlich noch genau messen aber das musst du ja sowieso
    um den tatsächlichen Bedarf zu ermitteln und den Akku dazu passend auszuwählen.


    Eben... aber dazu muss das Haus erstmal stehen... s.o.


    Was die Verluste angeht, so ist das vermutlich gar nicht so schlimm bzw. nicht schlechter als das Umhängen von Modulen. An schlechten Tagen wird das Umhängen mehr bringen, weil die Wandlungsverluste fehlen, an guten Tagen hingegen führt das Umhängen zu Verlusten in der netzparallelen Anlage, weil die abgehängten Module bei vollem Akku ja nicht mehr sinnvoll nutzbar sind. Ich vermute beinahe, letzteres wird überwiegen.


    Zitat


    Wäre schonmal interessant was du bei deinen Messungen herausbekommst


    Yep... sehe ich auch so. Da als erster Schritt aber die Verbrauchsseite entsteht und anfangs nur auf Netzteil läuft, ist das ja problemlos messbar. Selbst da erwarte ich aber Einsparungen gegenüber vielen kleinen "Netzteilen" in vielen kleinen LED-Leuchten bei 230V-Betrieb.


    Den Akku kann man dann so auslegen, dass er einen normalen Abend durchhalten kann. Luxus wäre die Auslegung auf zwei oder mehr Abende, um längere Schlechtwetterperioden zu überbrücken. Allerdings denke ich, dass es derlei höchstens bei viel Schnee auf den Modulen geben wird,denn sobald man sich via Netzteil aus der netzparallelen Anlage bedienen kann zum Akkuladen (ist ja auch Solarstrom), hat man deren volle Modulfläche. Ich plane aktuell mit 10 KWp... ich könnte mir fast vorstellen, dass die auch bei trüben Wetter 500Wh am Tag bringen könnte.


    Für die Insel habe ich auch noch eine andere Idee... einfach ein paar Gebrauchtmodule (für die es keine Vergütung mehr gäbe) auf die Nordgaube (25 Grad DN, Ausrichtung 160, allerdings zum Teil durch das 45er Satteldach abgeschattet - ich muss mal ausrechnen, bei welchem Sonnenwinkel die vordere Kante des Gaubendaches noch Sonne bekäme). Ohne direkte Sonneneinstrahlung käme da ja auch ein wenig was... für so eine Miniinsel wäre das vielleicht auch schon ein Beitrag.


    Auf der Südseite wäre es beim aktuellen Überlegungsstand kein grosses Problem, der Insel 2 Module um 260...290 W zu spendieren (die wären dann einfach Teil des grossen Modulfeldes für die netzparallele Anlage, mit dieser aber nicht verschaltet). Das wäre dann DN 45 und Ausrichtung -20 (auch da gäbe es eine Gaube mit DN 25, aber im Interesse des Winterertrags wäre die steilere Fläche wohl sinnvoller für die Insel).


    Zitat


    Die Hausverkabelung sollte kein Problem darstellen, einfach alles (wirklich ALLES, also jeden Schalter, jede Lampenzuleitung etc.) direkt in den Technikraum ziehen und dort verdrahten. Dann bist du auf alles vorbereitet und kannst dort jederzeit einzelne Geräte/Lampen etc. an die Insel oder an das Netz hängen. Wenn man dabei gleich überall eine Ader mehr legt als nötig hat man sogar noch Luft für Erweiterungen. Kostet natürlich ein paar Euro mehr, ist aber sicher günstiger wie ein Extra-DC-Netz.


    Die bedingungslose Sternverkabelung (genau das schlägst du ja vor) ist in jedem Fall gesetzt und unabhängig von diesen Inselplänen. Schalter werden alle über KNX-Kabel angebunden und dann entweder als KNX-Schalter ausgeführt oder aber als normale Taster und dann via KNX-Kabel (als Schaltdraht missbraucht) auf einen KNX-Binäreingang (ist so für Nebenräume günstiger, erlaubt aber den späteren Ausbau auf KNX direkt). Ich plane einen zentralen Installationsschacht ausreichender Größe, der auf beiden Etagen auch die Verteilerkästen enthalten wird. Hier ist die Idee, neben dem normalen Kasten für die 230V-Verbraucher je einen zweiten Kasten aufzubauen, der nur für die Insel gedacht ist. Je nach Bedarf kann man die Zuleitungen zu den Lampen dann entweder in den einen oder den anderen Kasten einschleifen - entsprechend nutzt man sie dann mit 230V AC oder 48V DC. Bei den geringen Strömen sollte übliches 1,5 mm² Kabel dafür vollkommen ausreichen. Aus Sicherheitsgründen muss man dann nur dafür sorgen, dass es nirgendwo gemeinsame Abzweigdosen gibt, aber dazu besteht bei einer Sternverkabelung ja ohnehin kein Bedarf. Damit sollte alles möglich sein inkl. der Möglichkeit der Umrüstung. Damit kann man Lampen dann direkt an 230V betreiben, man kann sie an einer 230V-Insel betreiben oder man kann sie mit 48V DC laufen lassen. Zusätzlich bekommt jede Lampe parallel ein Datenkabel, über das je nach Bedarf KNX, Schaltadern (da meine Leuchten die Leistungstransistoren enthalten, kann man sie ohne Probleme mit geringer Leistung schalten) oder I2C geleitet werden kann (mit geringer Bitrate und Betrieb mit Verstärkerbausteinen kann man I2C auf über 250m Länge laufen lassen).


    Einzig fraglich (wobei die Frage steht, ob und wen sowas interessiert) ist, ob ein Elektriker das so toll findet, wenn auf üblichen Installationsleitungen 48V DC geführt werden. Eigentlich sollte das aber egal sein, weil man derlei ja grundsätzlich nicht anfassen sollte und grundsätzlich von 230V ausgehen sollte. Selbst muss man beim Lampenanklemmen natürlich aufpassen, für welche Spannung der Raum verkabelt ist. Aber aufpassen muss man ja ohnehin... auch eine 230V-Lampe schliesst man ja nicht gedankenlos unter Spannung an.


    Viele Grüße,


    Jan