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Elektroinstallation in Wohnmobil und Camper

Elektroinstallation Wohnmobil

Wenn man sich mit dem Selbstausbau eines Campers oder Wohnmobils beschäftigt, dann kommt zwangsläufig die Frage nach der Elektroversorgung des Wohnbereichs auf. Wie diese Elektroversorgung dimensioniert werden soll, hängt dann in erster Linie von den möglichen Nutzungsszenarien des Fahrzeugs ab und den elektrischen Verbrauchern, die man betreiben möchte. Unten findet ihr eine Beschreibung unserer Elektroinstallation, die sicher für den einen oder anderen Camper-Ausbau interessant sein kann. Bei Fragen könnt ihr euch gerne bei uns melden.

Sicherheitshinweis

Ich beschreibe hier nur, wie ich die Elektroinstallation in unserem Offroad-Camper ausgeführt habe. Ich bin lediglich Elektrofachkraft honoris causa (über 20 Jahre DIY und Strom-Experimente überlebt 🙂 ) und jeder arbeitet, wie das nun mal im echten Leben so ist, auf eigene Gefahr!

In diesem Beitrag benutze ich die Begriffe “Batterie” und “Akku” gleichbedeutend. Tatsächlich geht es hier immer um Akkumulatoren (aufgebaut aus Sekundärzellen), die mehrfach wiederaufgeladen werden können.

Nutzungsszenarien

Wie und in welchen Gegenden wird das Fahrzeug genutzt? Ist Landstrom verfügbar, bzw. soll dieser genutzt werden?

Rahmenbedingungen

  • Reisefahrzeug für die Langfahrt durch Afrika und Südamerika, komplett stromautark
  • Kein Landstrom verfügbar
  • Regelmäßige Fahretappen, in der Regel mindestens 1-2 Stunden
  • Maximale Verweildauer am selben Ort, ohne bewegt zu werden, ca. eine Woche
  • Sonne / Solar in der Regel verfügbar. Regentage, Bewölkung, Abschattung durch Bäume oder kurze Tage im Winter sind zu berücksichtigen
  • Kein Wintercamping in Mittel- oder Nordeuropa

Elektrische Verbraucher, die betrieben werden sollen

Folgende elektrische Verbraucher sind bei uns im Einsatz und sollten immer zur Verfügung stehen:

  • Engel Kompressor Kühlbox (max. 30 W wenn der Kompressor läut, dauerhaft in Betrieb)
  • Planar 2 KW Diesel-Standheizung (max. 29 W elektrisch)
  • LED-Kabinenbeleuchtung 4 x LED-Streifen warmweiß (max. 10 W)
  • Druckpumpe der Wasserversorgung (max. 50 W, nur sporadisch im Einsatz, wenn Wasser aus dem Tank gefördert wird beim Duschen oder Zapfen aus dem Wasserhahn)
  • USB-Ladeport für diverse Elektronikgeräte (3 W)
  • 12V Steckdose „Zigarettenanzünder“ mit weiteren 2 USB-HiPower-Ladeports (max. 24W)
  • 230 V Inverter / Wechselrichter zum zeitgleichen Laden von 2 Laptops (Macbook pro „late 2013“ und Lenovo X240) und zum Betrieb der Kamera Ladegeräte. “Echte” Sinusspannung, max. 500 W.

Beispielrechnung für den Stromverbrauch

Anbei eine Beispielrechnung, um den täglichen Stromverbrauch anhand der oben genannten Verbraucher abzuschätzen:

Gerät Stromaufnahme [A] Laufzeit pro Tag [h] Stromverbrauch [Ah]
Kühlbox 2,5 A 8 h (in tropischen Regionen) 20 Ah
Standheizung 2,4 A 4 h (abends nach der Fahrt vor dem Schlafengehen) 9,6 Ah
LED-Beleuchtung 0,8 A 4 h (an langen Kniffel-Abenden) 3,2 Ah
Druckpumpe 4,2 A 0,25 h (wenn geduscht wird) 1,05 Ah
USB Ladeport 0,25 A 12 h (es gibt oft was zu laden) 6 Ah
12 V Steckdose mit Hi-Power USB 1 A (Annahme) 2 h 2 Ah
Wechselrichter 500W (zum Laden von 2 Laptops gleichzeitig. Mac: 60 W, Lenovo: 90 W) 12,5 A 2 h 25 Ah
Gesamt:     66,85 Ah

Man sieht, dass der „unvermeidliche“ Hauptverbraucher die Kühlbox (Dauerbetrieb) ist. Der Wechselrichter verbraucht beim dargestellten Nutzungsszenario bereits 25 Ah, kann aber entsprechend seiner Nominalleistung noch einen deutlich höheren Stromverbrauch haben und wird damit zum größten Einzelverbraucher.

 

Energiespeicher

Bleiakku

Es gibt unterschiedliche Arten von Bleiakkus, die unterschiedliche Vor- und Nachteile haben. Allen gemein ist, dass sie bei überschaubarer Energiedichte auf Grund des Bleianteils recht schwer sind. Auch kann nicht die gesamte angegebene Kapazität ausgenutzt werden, ohne den Akkus zu schädigen. Als Faustregel gilt, dass man nicht mehr als 40 – 50% der Nennkapazität entnehmen sollte. Bei einer 100 Ah Batterie stehen also tatsächlich nur ca. 40 Ah tatsächlich zur Verfügung, wenn man lange etwas von der Batterie haben möchte.

Die Vorteile sind der relativ günstige Anschaffungspreis und die weltweite Verfügbarkeit. Letztere war auch dafür verantwortlich, dass ich mich im Jahr 2019 noch immer für Bleiakkus entschieden habe, da ich bei Problemen im Zweifelsfall auch einfach überall verfügbare Starterbatterien zur Versorgung der Kabine nutzen könnte.

AGM Akkus (Absorbant Glas Mat) und Gel-Akkus

Ich habe mich für AGM Akkus entschieden, bei denen die Säure in einem Glasfaser-Vlies gebunden ist. Die Akkus sind wartungsfrei und lageunabhängig und gasen nicht aus. Außerdem sind sie günstig zu bekommen. Sie erfordern allerdings eine etwas höhere Ladeschlussspannung, die vom Laderegler bereitgestellt werden muss.

Es gibt einige Für und Wider, die man bei der Wahl des Akkus abwägen kann. So haben auch Blei-Gel-Akkus einige Vorteile, wie z.B. die Möglichkeit einer langsamen und tieferen Entladung. Damit sind sie theoretisch die erste Wahl für Versorgerbatterien im Wohnmobil. Sie sind allerdings recht teuer. Das Internet bietet hier wie so oft unendliche Möglichkeiten der Recherche und Diskussion.

Nach mehr als einem halben Jahr dauerhaft „on the road“ funktionieren die AGM Akkus noch völlig problemlos.

 

Lithium-Ionen Akkus

Lithium-Ionen Akkus sind eine tolle aber teure Alternative. Man kann diese mit hohem Strom (falls verfügbar) laden und sie haben bei gleicher Kapazität ein deutlich geringeres Gewicht. Dieser Vorteil verstärkt sich noch, da die gesamte angegebene Kapazität des Energiespeichers abgerufen werden kann, ohne die Lebensdauer zu reduzieren. Diese Akkus erfordern allerdings auch eine komplett andere Art der Ladeinfrastruktur und können entsprechend nicht einfach durch Blei-Säure-Akkus ersetzt werden, sollten sie in entlegenen Regionen der Welt ausfallen.

Dimensionierung

Gehen wir jetzt davon aus, dass wir an einem „normalen“ Tag einen Stromverbrauch von 66,85 Ah haben und zumindest einen kompletten 24 h Tag ohne Lademöglichkeit auskommen wollen, sollte bei Verwendung eines Blei-Säure Akkus eine nominale Kapazität von 66,85 Ah / 0,4 = 167 Ah verbaut werden.

Wir haben zwei neue baugleiche 12V AGM Akkus mit jeweils 95 Ah parallel geschaltet und kommen somit auf eine nominale Akku-Kapazität von 190 Ah.

Installation
Installation

Lademöglichkeiten, Energiegewinnung

Da wir möglichst autark sein wollen, habe ich auf die Möglichkeit einer Landstromversorgung verzichtet. Diese wäre aber einfach nachzurüsten.

Solar

Als wir das Reisefahrzeug gekauft haben, waren bereits 3 x 100 W Solarmodule auf dem Hubdach montiert. Diese habe ich in der neuen Elektroinstallation weiterhin genutzt und halte diese, nach einem halben Jahr Dauerbetrieb, für die richtige Dimensionierung. Auch bei Bewölkung, unter teilweiser Abschattung oder bei Verschmutzung (besonders nach Pistenfahrt in Afrika) können wir so unseren Strombedarf im Stillstand immer decken. Der Laderegler (siehe unten) kann den Batterieblock mit max. 20 A laden, wozu er (Verluste berücksichtigt) die installierten 300 W fast vollständig benötigt.

 

Über die Lichtmaschine

Lange Zeit war es Standard, die Blei-Säure Versorgerbatterie des Campingbereichs parallel zur Starterbatterie des Fahrzeugs zu laden. Ein Relais sorgte dafür, dass die beiden Batterien getrennt wurden, wenn der Motor nicht läuft und so die Versorgerbatterie leer gesaugt werden kann, ohne dass die Starterbatterie ebenfalls in die Knie geht. Die beiden Batterien haben somit einen unterschiedlichen Ladestand und die Versorgerbatterie wird in der Regel nie richtig voll oder altert schneller, da nicht entsprechend einer batteriespezifischen und ladungsabhängigen Kennlinie geladen wird. So habe ich in den vergangenen 20 Jahren einige Batterien in alten VW-Bussen und zuletzt auch noch auf unserer Panamericana-Tour in Rekordzeit zu Sondermüll verarbeitet. Einen weiteren Beitrag dazu leistete das Nichtvorhandensein eines Unterspannungsschutzes.

Der Laderegler muss dies verhindern. Er wandelt die Gleichspannung der Lichtmaschine um und stellt dem Akkus entsprechend seines Ladezustandes die richtige Ladespannung und den richtigen Ladestrom zur Verfügung. Gleichzeitig trennt er die Starter- und Versorgerbatterie voneinander.  

Laderegler

Ist die Energieversorgung sichergestellt, zum Beispiel über Solar, Landstrom oder die Lichtmaschine und die Art des Energiespeichers festgelegt, muss ein „intelligenter“ Laderegler zum Einsatz kommen.

Ctek D250SA

Da ich in der Vergangenheit bereits mit Ctek Ladegeräten gute Erfahrungen gemacht habe, habe ich mich für dieses Modell des schwedischen Herstellers entschieden.

Der Laderegler wandelt die von den Solarmodulen (ca. 20 V) und der Lichtmaschine (ca. 14,4 V) bereitgestellte Gleichspannung um und lädt die Versorgerbatterie entsprechend einer Ladespannungs- / Ladestrom-Kennlinie mit maximal 20 A. Zur optimalen Ausnutzung der bereitgestellten Solarenergie arbeitet der Solarladeregler mit MPPT (Maximum Power Point Tracking). Eine AGM Einstellung (Ladeschlussspannung 14,7 V) und eine Temperaturkompensation mittels Temperaturfühler sind auch vorhanden. Alles andere regelt die Elektronik automatisch und vollkommen problemlos. Sind die Versorgerbattieren voll, wird auch die Starterbatterie geladen.

Hinweis: Mit der Version D250SE gibt es jetzt auch eine Variante, die mit Lithium Akkus umgehen kann! 

Link zur Herstellerwebsite mit Datenblatt und Bedienungsanleitung: https://www.ctek.com/products/vehicle/d250sa

CTEK d250sa
CTEK D250SA

Schaltbild

Anbei findet Ihr mal ein sehr vereinfachtes Schaltbild zu unserer Elektroinstallation.

CTEK D250SA Installation
CTEK D250SA Installation

Schutzbeschaltung, Kabel und Sicherungen

Spannungswächter / Unterspannungsschutz

Um ein kaltes Bier in der Kühlbox zu haben, tut man einiges. Wenn man dafür aber riskiert (so wie ich in der Vergangenheit), die Versorgerbatterie vollständig zu entladen, wird das Bier recht schnell teuer. Ein Spannungswächter oder Unterspannungsschutz verhindert dies. Fällt die Batteriespannung unter einen definierten Wert ab, wird der Stromkreis unterbrochen und dadurch verhindert, dass die Batterie durch Tiefentladung Schaden nimmt. Bei modernen Lithium-Ionen Akkus ist eine solche Schutzbeschaltung häufig bereits in die Batterie integriert. Sinnvoll, da bei vollständiger Entladung schnell einige Tausend Euro Schaden entstehen können. Aber auch bei allen Arten von Bleiakkus ist dieser Schutz notwendig, da auch diese eine Tiefentladung nicht verzeihen.

Victron Battery Protect BP 100 (100 A Batteriewächter)

Die Aufgabe des Batteriewächters übernimmt der Victron Battery Protect BP 100, welcher in der Lage ist, bei 12V Ströme bis 100 A zu schalten. Der Batteriewächter wird in die Haupt-Plus-Leitung der 12 V Installation geschaltet und überwacht die Batteriespannung. Bei Unterschreiten einer einstellbaren Mindestspannung, unterbricht der Spannungswächter den Stromkreis und verhindert so, dass die Batterien tiefentladen werden. Steigt die Batteriespannung wieder über einen definierten Wert an (z.B. durch Aufladen), wird der Stromkreis wieder geschlossen. Die Konsequenz ist bei uns, dass sämtliche elektrischen Verbraucher ausgeschaltet werden, wenn der Spannungswächter auslöst. Er ist somit die „last line of defense“, bevor die Akkus Schaden nehmen. Es kann Anwendungsfälle geben, wo einigen elektrischen Systemen Priorität gegenüber dem Wohlergehen der Akkus eingeräumt werden soll. Dies könnten Funkgeräte und die Satellitennavigation in entlegenen Regionen sein. Dies muss entsprechend bei der Elektroinstallation berücksichtigt werden.

Victron Spannungswächter
Victron Spannungswächter

 

Kabel und Kabelquerschnitt

Der benötigte Kabelquerschnitt (korrekter wäre: Die Querschnittsfläche des Leiters) errechnet sich wie folgt:

A = (2 * I * 0,0171 * L) / (fk * U)

A = Querschnittsfläche in mm²

I = Maximale Stromstärke in Ampere

L = Leitungslänge in Meter

fk = Verlustfaktor. Dieser wäre bei einem akzeptablen Spannungsverlust von 2% entsprechend 0,02

U = Spannung in Volt

0,0171 ist der spezifische Widerstandswert von Kupfer bezogen auf einen Leiter mit 1 mm² Querschnittsfläche und einem Meter Länge (Ohm*mm²/m)

Beispiel: Bei unserer 12V Installation soll der 500 W Wechselrichter angeschlossen werden. Er ist über ein 2,5 m langes Kabel mit der Batterie verbunden.

A = (41,67 A * 0,0171 * 2,5 m * 2) / (0,02 * 12) = 14,84 mm²

In diesem Fall habe ich dann ein Kabel mit einem Querschnitt von 16 mm² zum Anschluss des Wechselrichters gewählt.

Die Verwendung falscher oder zu dünner Kabel kann dazu führen, das es zu einem Kabelbrand kommt. Hier also im Zweifelsfall lieber zu dick als zu dünn. Ebenso sollten die Kabel der 12V Installation immer flexibel, also feindrähtig (Litze) sein und die Kabelenden sauber mit einem Kabelschuh versehen werden. Dazu muss ein geeignetes Crimpwerkzeuge zum Einsatz kommen.

Kabelschuh
Kabelschuh

Die Kabel sind so zu verlegen, dass sie sich auch bei starken Fahrzeugbewegungen (in unserem Fall z.B. im Offroad-Betrieb) nicht aufscheuern. Dies kann durch die Verlegung in einem Kabelrohr oder durch die Verwendung von Wellrohren sichergestellt werden.

Wellrohr
Wellrohr

Sicherungen

Die unterschiedlichen Komponenten der Elektroinstallation sind abzusichern. Hierzu wählt man den Wert der Sicherung so, dass diese nicht im normalen Betrieb und bei den zu erwartenden Einschaltströmen auslösen. Den Wechselrichter, dessen maximale Stromaufnahme bei 42 A liegt, habe ich in diesem Fall mit einer 50 A Sicherung abgesichert. In unserer Installation kommen einfache Schmelzsicherungen zum Einsatz.

Es hat mir Spass gemacht, die Elektroinstallation in unserem Fahrzeug selber zu planen und auszulegen. Solltet ihr Fragen oder Anregungen haben, meldet euch gerne bei mir.

Viele Grüße,

Euer Armin

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