Fallstudie zum Van-Build: Neuverkabelung der Solarenergie in einem Wohnmobil

Solarelektrische Systeme sind gar nicht so kompliziert, wenn man erst einmal die Grundlagen verstanden hat. Aber es ist auch leicht, etwas falsch zu machen, vor allem bei all den schlechten und/oder unvollständigen Informationen, die es im Internet gibt.

Vor kurzem haben wir eine fehlerhafte Solaranlage im Wohnmobil eines Freundes überarbeitet, bei der einige wichtige Komponenten ausgetauscht und Verkabelungsprobleme behoben werden mussten.

LiTime war so freundlich, eine ihrer 230Ah LiFePO4 Plus-Batterien zu spenden, und BougeRV spendete einen 40A MPPT Solarladeregler. Ohne diese Spenden hätten wir dies nicht möglich machen können, und wir empfehlen die Produkte dieser beiden Unternehmen sehr.

Diese Fallstudie zeigt den Prozess der Installation eines elektrischen Vanlife-Solarsystems und veranschaulicht, was NICHT zu tun ist. Wir hoffen, dass dies Ihnen auf Ihrer elektrischen Reise hilft!

Das Problem: 18 Monate lang kein Strom

Ein guter Freund von uns (und manchmal Autor für Gnomad Home), Jupiter aus @doesthiscountasvanlife, hatte seit dem Umzug in sein Thor 24HE Class C RV im Jahr 2021 mit elektrischen Problemen zu kämpfen. Sie hatten ein Wohnmobil-Solarmodul-Kit von GoPower in ihrem vorherigen Rig installiert, aber seit der Übertragung auf ihr neues Wohnmobil hatte nichts mehr richtig funktioniert.

Die Batterien wurden von den Solarmodulen der Wohnmobile nicht vollständig aufgeladen. Ihr Konverter schaltete sich ein und aus. Ihr Wohnmobil-Kühlschrank lief nicht. Wohlmeinende Freunde, die sich ihr System ansahen, konnten nicht herausfinden, was falsch war, oder taten Dinge, die die Situation verschlimmerten. All dies gipfelte in einem fast katastrophalen elektrischen Brand im Batterieschacht.

Sie lebten über 18 Monate lang ganztägig ohne Strom.

Aus dem Wenigen, was wir zuvor von Jupiters System persönlich gesehen hatten, und aus einer Reihe von Fragen aus der Ferne, ermittelten wir die grundlegenden Probleme, mit denen sie konfrontiert waren.

• Sie hatten 400 Ah AGM-Batterien, die keine Ladung halten konnten und wahrscheinlich erschossen wurden.
• Sie hatten ihre 380-W-Solarmodule an die Solarvorverkabelung ihres Wohnmobils angeschlossen und waren besorgt, dass die Verkabelung nicht dick genug war.
• Sie hatten auch einen ineffizienten PWM-Laderegler, was die Situation wahrscheinlich nicht verbesserte.

Sie brauchten mindestens neue Batterien, einen besseren MPPT-Laderegler und einen guten Blick auf ihre Verkabelung.

Da wir es lieben, Van-Bauprojekte durchzuführen und Freunden zu helfen, haben wir angeboten, einige vertrauenswürdige Unternehmen dazu zu bringen, neue Komponenten zu spenden, sie selbst einzubauen und alle anderen Probleme zu beheben, die wir finden konnten. 

Beschaffung neuer Komponenten: Batterie und Laderegler

Wenn wir die Batterien sowieso austauschen mussten, wollten wir Jupiter auf LiFePO4 (LFP)-Batterien aufrüsten, die in mehrfacher Hinsicht besser sind als AGM-Batterien.

• LFP-Batterien können zu 100 % entladen werden, während AGMs nur zu 50 % regelmäßig entladen werden können, ohne Schaden zu nehmen. Das bedeutet, dass Sie mit einer 400-Ah-AGM-Batteriebank nur 200 Ah nutzbare Kapazität haben und Sie auf Ihre Batteriespannung achten müssen, um sicherzustellen, dass Sie sie nicht zu stark nach unten ziehen. Mit einer 200-Ah-LFP-Batterie erhalten Sie eine nutzbare Kapazität von 200 Ah. Einfach und leicht.
• Sie halten viel länger. LFP-Batterien halten 3000-5000 Entladezyklen, bevor sie auf 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität gesunken sind, während AGM-Batterien etwa 500 Zyklen halten.
• Sie sind viel, viel leichter. Die 400-Ah-AGM-Batterien von Jupiter wogen 300 Pfund, während die entsprechende Kapazität von LFP-Batterien unter 50 Pfund wiegt.

Das Hauptproblem bei LFP-Batterien waren in der Vergangenheit höhere Kosten. Aber das ändert sich gerade, vor allem mit hochwertigen preisgünstigen LFP-Batterien, die wie die von LiTime auf den Markt kommen.

LiTime entwickelt seit über einem Jahrzehnt seine eigenen erschwinglichen LFP-Batterien, und ihre Batterien gehören zu unseren Favoriten, die wir Vanlifern mit kleinem Budget empfehlen können.

Wir haben uns an LiTime gewandt, um zu sehen, ob sie bereit wären, eine Batterie für dieses Projekt bereitzustellen, und sie haben uns großzügigerweise ihre 230Ah Plus LiFePO4-Batterie geschickt. Wir haben also nicht nur die Batterien aufgerüstet, sondern auch die nutzbare Kapazität.

Wir brauchten auch einen guten MPPT-Laderegler, der mit der neuen Batterie funktioniert. Die LiTime-Batterie hat einen empfohlenen Ladestrom von 46 A, so dass ein 40-A-Laderegler die Rechnung erfüllen würde.

Wir haben BougeRV gebeten, uns ihren 40A MPPT Laderegler mit Bluetooth zu schicken, da sie im Allgemeinen großartige Sachen herstellen und wir einen testen wollten.

Ein Upgrade des Ladereglers auf MPPT würde Jupiter helfen, seine Sonnenenergie zu maximieren. PWM-Laderegler sind billig, leiden aber im Vergleich zu MPPT-Ladereglern unter einem Leistungsverlust von bis zu 30 %. Und das integrierte Bluetooth würde ihnen helfen, ihr System einfach über eine Telefon-App zu überwachen.

Abgesehen von diesen beiden Komponenten waren wir uns nicht sicher, welche anderen Probleme wir finden würden, als wir anfingen, das System von Jupiter zu untersuchen.

Als wir alles in der Hand hatten, machte sich Jupiter auf den Weg nach Norden zu unserem Standort.

Diagnose der elektrischen Probleme

Als Jupiter an unserem Platz stand, tauchten wir tief in ihr System ein und entwickelten einen Spielplan.

Die Solarzufuhr war ein Problem, also hüpfte ich auf das Dach und nahm einige Spannungsmessungen von den Solarmodulen vor. Sie verfügen über zwei 190-W-Solarmodule, die in Reihe geschaltet sind. Beide funktionierten einwandfrei und das gesamte Array gab 43 V ab.

Dies war die perfekte Spannungsmenge für diese beiden Panels, und dies bestärkte die Entscheidung, auf einen MPPT-Laderegler aufzurüsten. PWM-Laderegler verlieren an Wirkungsgrad, je höher die Solarspannung über der Batterieladespannung liegt (ca. 14,4 V für LFP), so dass das meiste davon nur verschwendet wird.

Dann habe ich die Spannung getestet, die aus der Verkabelung am Laderegler kommt, um sicherzustellen, dass alles richtig angeschlossen ist. Ich habe auch die Drahtgröße überprüft – 10 AWG, was die optimale Größe für eine typische in Reihe geschaltete Wohnmobil-Solaranlage ist.

Da gibt es keine Bedenken.

Der Rest der Verkabelung war eine andere Geschichte.

Ehrlich gesagt, war es ein ziemliches Chaos.

Ihr 2000-W-Wechselrichter-Ladegerät war nicht geerdet und auch nicht an irgendetwas verschraubt – was bedeutete, dass der Wechselrichter während der Fahrt herumkippen konnte, was möglicherweise zu Problemen mit den Kabelverbindungen führte. Nicht sicher.

Die Batteriebank wurde parallel mit einem 8AWG-Kabel verdrahtet – viel zu klein, um den Strom zu bewältigen. Dies geschah ebenfalls mit vorgefertigten Kabeln, und an Stellen, an denen die Verkabelung nicht lang genug war, wurden zwei Drähte mit einer Mutter und einer Schraube durch die Laschen miteinander verbunden.

Das ist eine schlechte Nachricht, denn diese Art von Verbindung fügt den Widerstand an einer Stelle hinzu, an der man wirklich Strom zum Fließen benötigt.

Die Batteriebank war nicht richtig abgesichert. Im Lieferumfang des Wechselrichters befand sich eine 300-A-Sicherung der Klasse T – eine gute Nachricht, denn das ist genau die Sicherung, die wir für die neue LFP-Batterie brauchten. Die Sicherung befand sich jedoch auf der falschen Seite des Batterieabschaltschalters.

So wurde es eingerichtet:

Batteriebank → Abschaltschalter → Sicherung → Wechselrichter

Dieses Verdrahtungsschema ist sowohl falsch als auch gefährlich. Die Sicherung ist zu weit vom Pluspol der Batterie entfernt, und wenn dieser Abschaltschalter "aus" ist (was der Fall war), tut die Sicherung nichts. Das bedeutet, dass es einen Kurzschluss in der Nähe der Batterie geben könnte und die Batterie überhaupt nicht abgesichert wäre, was zu einem Brand (oder Schlimmerem) führen könnte.

Sie benötigen eine geeignete Sicherung innerhalb von 7 Zoll von Ihrem positiven Batteriepol. Für AGM-Batterien ist es in Ordnung, eine hochwertige ANL-Sicherung zu verwenden, aber eine an den Klemmen montierte MRBF-Sicherung ist besser. Für LFP-Batterien benötigt man aber wirklich eine Klasse-T-Sicherung.

Die Verkabelung war falsch dimensioniert. Die Drähte vom Wechselrichter zur Sicherung der Klasse T betrugen 2/0 AWG, was in Ordnung war. Aber das Kabel, das von der Sicherung zum Schalter zur Batterie führte, betrug nur 2 AWG. Ich vermute, wer auch immer es installiert hat, hat kein 2/0-Kabel mehr und hat einfach das verwendet, was er zur Hand hatte.

Das solltest du niemals tun. Verwenden Sie immer einen Draht, der für die zu verarbeitende Strommenge geeignet ist.

Der Laderegler war gebraten (und auch nicht abgesichert). Wir stellten fest, dass der Laderegler irgendwann an die Solaranlage angeschlossen war, während die Batterien abgeklemmt waren, was den Laderegler durchbrannte.

Wenn Sie mit Solarenergie arbeiten, schließen Sie Ihre Solarmodule niemals an Ihren Laderegler an, ohne dass die Batterien angeschlossen sind. Wenn Sie die Batterien abklemmen müssen, trennen Sie zuerst den Laderegler. Wir beschlossen, das System mit einem Solar-Abschaltschalter auszustatten, damit Jupiter die Solaranlage bei Bedarf leicht abschalten kann.

Es gab auch keine Sicherung zwischen dem Laderegler und der Batteriebank. Wir haben uns entschieden, hier eine 40A ANL-Sicherung hinzuzufügen, um diese Verbindung zu schützen.

Probleme mit dem Crimpen der Verkabelung. Viele der Drahtösen waren gespalten oder wiesen lückenhaft aussehende Crimpungen auf. Diese mussten wir abschneiden und neue Ösen ancrimpen.

Puh! Das sind eine Menge Probleme! Wir wollten das System im Grunde komplett neu machen.

Installieren des neuen Systems

Die Nachrüstung eines bestehenden Systems ist immer schwieriger als eine Neuinstallation, und wir hatten einige Einschränkungen und Dinge, die wir umgehen mussten.

Vorbereiten des Batterieschachts

Der Batterieschacht befand sich im Stufenschacht des Wohnmobils. Dies ist der unterste Teil des Wohnmobils und er ist ziemlich anfällig für Rückschläge von nassen oder schlammigen Straßen.

Ich habe keine Ahnung, warum Thor es für eine gute Idee hält, dort Batterien zu platzieren, aber ̄\_(ツ)_/ ̄ .

Der Stufenschacht ist kein guter Ort für einen Batterieschacht. Aber die Verkabelung des Wohnmobilhauses endete dort, und eine Wiederholung all dessen würde diesem Projekt zu viel Komplexität verleihen. Wir haben uns entschieden, das Batteriefach im Stufenschacht zu belassen und nur die Nachteile zu umgehen.

Nachdem wir die alten Batterien entfernt hatten, haben wir den Stufenschacht mit Cloroplast (Wellplastik) ummantelt, um die Batterie vor Spritzern auf der Straße zu schützen. Die Nähte haben wir mit FlexSeal-Klebeband versiegelt.

Es ist nicht ideal, eine LFP-Batterie an einem Ort zu platzieren, der den Außentemperaturen so stark ausgesetzt ist. LFP-Batterien können nicht unter 32 Grad F geladen werden, ohne sie zu beschädigen, wenn Ihre Batterien also kalten Temperaturen ausgesetzt sein könnten, ist es eine gute Idee, eine mit einer Kälteabschaltung (mindestens) und/oder einer Selbstheizfunktion zu kaufen, wenn Sie häufig bei kaltem Wetter sind.

Die 230Ah Plus-Batterie von LiTime verfügt nicht über eine Niedertemperaturabschaltung oder Selbsterwärmung (es gibt auch andere Batterien mit beidem). Die meiste Zeit verbringt Jupiter jedoch im Süden, wo dies selten ein Problem darstellt. Um die Batterie vor dem Aufladen bei kaltem Wetter zu schützen, kann Jupiter den neuen Solar-Abschaltschalter, den wir gerade installieren wollten, einfach ausschalten.

Neukonfiguration des Bedienfelds

Jupiters Wohnmobil hatte ein Bedienfeld an der Seitentür, das als Drehscheibe des elektrischen Systems diente.

Wir haben den alten Laderegler herausgenommen, die Wechselrichter-Fernbedienung verschoben und

• Ein Abschaltschalter für die Solaranlage
• Eine 12-V-USB-Steckdose zur Stromversorgung des Waggle-Geräts, das an den alten Laderegler angeschlossen war

Wir mussten auch die Löcher von den Dingen abdecken, die wir herausgenommen hatten. Zu diesem Zweck haben wir ein 12" x 12" großes Stück Aluminiumgitter von Home Depot verwendet, das auch für eine gewisse Belüftung des neuen Ladereglers sorgte.

Positionierung des neuen Ladereglers

Der einzige Ort, an dem wir den neuen Laderegler platzieren konnten, war an der Seitenwand des Wohnmobils in der Küchenzeile (direkt hinter dem vorhandenen Bedienfeld). Dieser Standort bedeutete, dass Jupiter die Anzeige nicht leicht sehen konnte, aber die Möglichkeit, über eine Bluetooth-Verbindung auf alle Informationen und Einstellungen auf ihrem Telefon zuzugreifen, machte dies unnötig.

Ich wollte nicht in die fadenscheinige Wohnmobilwand bohren, um den Laderegler zu montieren, also konstruierte ich ein hölzernes Montagebrett, das ich am Rahmen der Küchenzeile befestigte.

Nachdem der Laderegler montiert war, schloss ich die PV-Ein- und Batterieausgänge sowie das Erdungskabel an (das Anschließen der Solarkabel war kein Problem, da ich den neuen Solarabschaltschalter auf "Aus" gestellt hatte).

Beheben der Wechselrichtersituation

Um den Wechselrichter dauerhaft zu montieren, habe ich eine 1×12-Platte verwendet, um eine ebene Fläche für ihn zu schaffen, und alles mit Schrauben am Boden befestigt.

Dann habe ich an beiden Enden der Wechselrichterkabel neue Kabelschuhe gecrimpt und ein Erdungskabel von der Erdungsklemme zum Erdungspunkt des Hauptgehäuses geführt.

Wiring and fusing everything

Once that was done, I ran all the wires through a hole in the RV floor, underneath the vehicle, and into the side of the battery bay (ground wires ran to a nearby chassis grounding post on the vehicle frame). 

Ich habe auch dafür gesorgt, dass die Verkabelung, die unter dem Wohnmobil verläuft, ordentlich und ordentlich ist, und alle positiven Kabel in Drahtwebstühle gewickelt, um das Risiko zu verringern, dass Metall durch die Isolierung reibt und einen Kurzschluss verursacht.

Ich habe alle Pluskabel zu einer 300-A-Sammelschiene geführt, die ich an der Seite des Batteriefachs montiert habe (das Solarkabel führte zuerst zu einer 40-A-ANL-Sicherung, ebenso wie das Kabel, das vom Ladesystem der Lichtmaschine des Fahrzeugs kam). Ein weiterer Draht verlief von der Sammelschiene zur 300A Class T Sicherung.

Das Minuskabel des Wechselrichters, das Minuskabel des Ladereglers und das Erdungskabel der Hauptbatterie verliefen zu einer Minussammelschiene von 300 A.

Anschließen der Batterie

Sobald alles verkabelt war, war es an der Zeit, die Batterie einzulegen und die Klemmen anzuschließen. Ich habe die letzten Drähte abgeschnitten und gecrimpt und zuerst den Minuspol angeschlossen, indem ich einen Draht an die Minusschiene angeschlossen habe.

The positive terminal connected to the other end of the Class T fuse with a very short wire (less than 7” as required). 

To help prevent movement, I strapped the battery down with some heavy duty zip ties.

Turning on and testing the system

Everything was hooked up and ready to go! It was time to turn on the switches and see if everything worked.

I turned the main battery switch to the “on” position, and lo and behold, the lights turned on!

Nachdem es 18 Monate lang keinen Strom gegeben hatte, war Jupiters Bohrinsel nun mit Strom versorgt.

Dann habe ich den Solarabschaltschalter eingeschaltet und mich über Bluetooth mit dem Laderegler verbunden. Die App zeigte mir die Batteriespannung, die Solarspannung und den Strom an. Alles sah gut aus, und das System wurde geladen!

Power auf der Straße!

Wir brauchten etwa fünf Tage, um dieses System zu überarbeiten – zwei Tage für die Diagnose und Spielplanung und drei volle Tage für die Installation selbst.

Die Beschaffung hochwertiger Komponenten von LiTime und BougeRV war eine große Hilfe, um dies innerhalb des Budgets von Jupiter zu erreichen, und der Versand am nächsten Tag von Amazon half uns, schnell Kabel, Sicherungen und andere Kleinigkeiten zu beschaffen, die wir brauchten. Wir hatten bereits alle Elektrowerkzeuge, die wir brauchten, darunter ein gutes Multimeter, Crimpzangen, Drahtschneider und Abisolierzangen.

Wir sind froh, dass wir unserem Freund helfen konnten, und wir lieben es, uns die Hände schmutzig zu machen, indem wir ein paar gute alte Van-Bauarbeiten erledigen.

source : Fallstudie zum Van-Build: Neuverkabelung der Solarenergie in einem Wohnmobil (gnomadhome.com)