Mit der Sonne laden - Energie mobil

Flexibles 25W Solar-Faltmodul in Grönland

Letzte Überarbeitung: 13.3.2021

Mit diesen Tabellen und Hinweisen können Sie den Leistungsbedarf Ihrer Geräte abschätzen und das richtige Solarmodul sowie den passenden Akkupack wählen. Bedenken Sie bitte, dass die Solarleistung sehr stark abhängig vom Breitengrad, von der Umgebungstemperatur und der Bewölkung ist!

Die Randbedingungen

Alle Verbrauchsangaben in den Tabellen beruhen auf Mittelwerten normaler Benutzung in Mitteleuropa nach den Daten unserer 5,4 kW CIGS-Referenzanlage südlich von Stuttgart.

Vorausgesetzt werden wolkenfreier Himmel ohne Schattenwurf, Ausrichtung der Module nach Süden und ca. 25 bis 30° schräg aufgestellt.
Flach liegend oder senkrecht hängend leisten die Module ca. 20 bis 30% weniger.
Der mögliche Ertrag geht bei zunehmender Bewölkung bis auf fast „Null“ zurück. CIGS-Zellen verhalten sich bei diffusem Licht günstiger als Silizium-Zellen, die dafür bei voller Einstrahlung wieder etwas mehr Leistung abgeben.

Die individuelle Nutzung

Bei elektronischen Geräten sind wie auch bei Kühlgeräten Abweichungen von +/- 30% einzukalkulieren, die von der individuellen Nutzung abhängen:
Nur Standby, Emails abrufen = lange Laufzeit. Videos abspielen, Streamen, WiFi, Bluetooth, laut Musik hören = kürzere Laufzeit.
Eine Kühlbox, die nur wenige Mal am Tag geöffnet wird, benötigt wesentlich weniger Energie, als ein Kühlschrank, aus dem ständig kalte Getränke entnommen und warme eingestellt werden. Wir sind bei den angenommenen Werten von Ta = 30°C und Ti = 10°C ausgegangen.
Suchen Sie aus der untenstehenden Tabelle zuerst ein Gerät aus, das dem von Ihnen auf der Reise mitgenommenen entspricht:

Beispiel Laptop

Ausgerüstet mit einem 60Wh Li-Ion-Akku kann man den Laptop ca. 5h betreiben, ist man aber 10h mit der Arbeit am Laptop beschäftigt, beträgt der Energiebedarf 120Wh am Tag. Zum Aufladen sind also etwa 145 Wh Tages-Solar-Ertrag notwendig.
Entsprechend der untenstehenden Tabelle benötigen Sie zwischen April und September ein Faltmodul mit mindestens 25 Watt Nennleistung, soll das System auch im Februar und im Oktober funktionieren, ist ein Modul mit 62 Watt Nennleistung erforderlich.
Geht man von realistischeren Wetterbedingungen aus, ist das 62 Watt Modul die beste Wahl und dazu noch mit einiger Reserve.
Plant man aber mit ein, dass das Modul nicht den ganzen Tag über streng ausgerichtet getragen werden soll oder kann und das Wetter Bewölkung erwarten lässt, muss man ein zusätzliches Reserve Modul mitnehmen – oder weniger arbeiten.

Beispiel iPad

Sie möchten Ihr iPad mitnehmen. Der integrierte Li-Ion-Akku hat je nach Modell eine Kapazität von 25 bis 42 Wh und reicht bei normaler Benutzung ca. 10 Stunden.
Wenn Sie das iPad Pro 12,9″ an einem Sonnentag aufladen möchten, benötigen Sie ca. 40Wh (iPad Pro 12,9″: 50Wh) Tages-Ertrag, da der Wirkungsgrad von Akku und Ladeelektronik nicht 100% ist, sondern nur 85 bis 90%. 10 bis 15% der solar-erzeugten elektrischen Energie werden nutzlos in Wärme umgewandelt.
Entsprechend der untenstehenden Tabelle benötigen Sie zwischen April und September ein Faltmodul mit mindestens 6 Watt Nennleistung, soll das System auch im Februar und im Oktober funktionieren, ist ein Modul mit 12 Watt Nennleistung erforderlich. Geht man von realistischeren Wetterbedingungen aus und möchte etwas Reserve haben, ist das 12 Watt Modul eine gute Wahl. Plant man aber mit ein, dass das Modul nicht den ganzen Tag über streng ausgerichtet getragen werden soll oder kann und das Wetter Bewölkung erwarten lässt, muss man das nächst größere 25 Watt Modul einsetzen.
Hinweis: Für das iPad Pro 11″ ist etwa die doppelte Solarleistung oder die doppelte Ladezeit gegenüber dem iPad 4 von 2015 erforderlich.

Allgemeines

Es lässt sich sehr leicht erkennen, dass die kleinen, postkartengroßen Module in der Praxis gerade zum Nachladen oder Auffrischen von Mobiltelefonen und Kleinakkus geeignet sind.
Auf der anderen Seite ist auch klar ersichtlich, dass Absorber-Kühlgeräte und Thermoelektrische (Peltier-) Kühlboxen und Ventilatoren nicht für die Nutzung in Verbindung mit mobilen Solarmodulen gedacht sind!

USB-Ladekabel und -Adapter

Eine Besonderheit stellt das Laden von elektronischen Geräten über eine USB Steckdose am PC oder an einem Adapter dar. Diese Adapter und Netzladestecker haben z.B. Beschriftungen wie:

iPad: 5V / 2,1A
iPhone: 5V / 1 A
12V Zig.Anz.: 5V / 900mA
PC USB-Buchse: 5V / 500mA

Das bedeutet keinesfalls, dass ein iPad-Netzlader ein iPhone schneller auflädt! Die Angabe bezieht sich ausschließlich auf den max. möglichen Strom, der vom angeschlossenen Gerät abgerufen werden kann!
Daher kann man prinzipiell jedes über USB zu ladende Gerät an jeden Adapter anschließen – ggfs. mit unterschiedlichen Ladezeiten. Einzelne Geräte, z.B. iPads erfordern jedoch einen Mindest-Startstrom, der von den 500mA USB-Adaptern meist nicht geleistet werden kann.
Bei der USB-Nenn-Spannung von 5V nimmt das gleiche 500mA-Gerät an allen 4 Beispieladaptern den gleichen Strom auf und nur das für 2,1A ausgelegte Gerät (iPad) ist in der Lage aus dem entsprechenden 2,1A Adapter auch diesen Strom zu ziehen.
Dazu sind aber besondere techn. Voraussetzungen im angeschlossenen Gerät erforderlich, die die Möglichkeiten der jeweiligen Adapter erkennen und danach den max. Ladestrom erst ermöglichen.
Ein iPad mit 50% geladenem Akku nimmt an einem normalen 5V-USB-Anschluss, z.B. an dem 10W Solar-Gorilla 220mA auf, am 25W-Faltmodul 690mA und am Original-Netzlade-Adapter 710mA.
Misst man jetzt die anstehende Ladespannung, so liegt diese beim Solar-Gorilla bei 4,8V, beim 25W-Faltmodul bei 5,9V und beim iPad Original-Netzlade-Adapter bei 6,1V. Letzterer wird z.B. durch das iPad erkannt und eine wesentlich höhere Ladespannung „eingestellt“, welche den deutlich höheren Ladestrom ermöglicht. Steckt man stattdessen ein iPhone in den gleichen Adapter, wird ein geringerer Ladestrom bei niedrigerer Spannung „eingestellt“.
Ein ähnliches Verhalten zeigen die USB-Buchsen an PCs oder Macs. Je nach Kombination werden hier Ladeströme von 500mA bis 2000mA und mehr erreicht. Entsprechend verlängern sich die Ladezeiten an den unterschiedlichen USB-Spannungsquellen.

Von einer manipulierten Ladeeinrichtung, die manuell statt 5V auf 6V eingestellt wird, um eine schnellere Ladung zu erreichen, muss dringend abgeraten werden, da hiermit die softwareseitigen, sensorgestützten Kontrolleinrichtung im Gerät umgangen werden und Gerät und Akku Schaden nehmen können.

Akkupacks

Darunter versteht man über USB oder durch Solarmodule aufladbare Speicherbatterien, die an den entsprechenden USB-Ausgängen diese Energie bei Bedarf, z.B. zum Aufladen der Geräteakkus oder zum direkten Betreiben von Geräten zur Verfügung stellen.
Diese modernen Akkupacks haben ausschließlich integrierte Li-Ion Akkus unterschiedlicher Technologie verbaut. Zur Auswahl ist es entscheidend, die Speicherkapazität in Wh und die Masse in Gramm zu wissen und mit dem Bedarf – siehe obere Tabelle – abzustimmen.
Die neuesten, mobilen Akkupacks haben eine spezifische Kapazität von nur noch 5,4g/Wh und können bequem auch auf längeren Trekkingtouren mitgeführt werden.

Brennstoffzellen

Seit 2010 werden mobile Brennstoffzellen angekündigt, die mit einer Masse von ca. 250g kontinuierlich 2,5 bis 4 W an USB bereitstellen können. Als Energievorrat werden kleine, runde Pads benutzt, die jeweils 30g Masse aufweisen und 4Wh ( 7,5g/Wh bei ca. 3€ je Pad!) erzeugen können. Die Geräte sollen 2013 lieferbar sein, jedoch hat die Weiterentwicklung der Akkupacks die Leistung der Mini-Brennstoffzellen bezogen auf Volumen, Gewicht und Preis überholt. Dazu kommt ein weitgehendes Transportverbot in Flugzeugen.
Unabhängig von dieser Betrachtung gibt es seit Jahren größere, tragbare Geräte mit 20W bis 40W Dauerleistung, die mit Methanol betrieben werden (Efoy) und für den Einsatz in Wohnmobilen o.ä. konzipiert sind.

Thermoelektische Generatoren

Diese bieten sich an, bequem Wärme oder Abwärme in elektrische Energie umzuwandeln. Leider haben diese Zellen bei verträglichen Temperaturdifferenzen, wie sie mit Konvektionskühlung möglich ist, einen Wirkungsgrad von ca. 10%. Das bedeutet, dass rund 90% der zugeführten Wärme wirkungslos (es sei denn man heizt sein Zelt…) in die Umgebung abgeführt werden muss.
Beispiele sind z.B. Kochtöpfe oder Petroleum-/Gaslaternen mit aussen angebrachten Thermozellen. Die Idee dahinter: Während des Kochens kann mit der Abwärme vom Topf elektrische Energie erzeugt werden. Nur ist das in der Realität so wenig, dass man mehr oder weniger sinnfrei den Kochtopf über längere Zeit befeuern muss, um wenigstens das Handy aufladen zu können. Das darf man als technischen Gimmick betrachten.
Etwas günstiger sieht es aus, wenn man z.B. beim Paddeln die zu kühlende Seite im Wasser halten könnte und die heiße Seite mit einer Flamme bedient. Damit wären dann Wirkungsgrade von über 15% erreichbar. Aber auch dann – 85% verpuffen wirkungslos in die Umgebung.

Viel Sonne wünscht euch