Das Wichtigste in Kürze
Ein Laderegler sitzt zwischen Solarmodul und Batterie. Er hält die Batterie möglichst voll und schützt sie vor Überladung und Tiefentladung. Gebraucht wird er vor allem in Inselanlagen, im Wohnmobil, im Gartenhaus und auf dem Boot.
- Zwei Bauarten: PWM (einfach, für kleine Anlagen) und MPPT (holt mehr Energie aus den Modulen)
- Mehrertrag MPPT: 24 bis 29 % gegenüber PWM bei Zelltemperaturen unter 50 Grad, gemessen in einem Feldversuch in Nairobi mit 12-Volt-Anlage
- Bei Hitze: Im selben Versuch schrumpfte der Vorteil bei sehr heißen Zellen auf 0,2 %
- Auslegung Strom: Kurzschlussstrom der Module mal 1,4, Empfehlung des Florida Solar Energy Center
- Temperatur: Bei Bleibatterien sinkt die richtige Ladespannung um 30 Millivolt je Grad Erwärmung (12-Volt-Batterie)
- Hausanlage mit Speicher: Ein eigener Laderegler ist meist nicht nötig, die Ladeelektronik steckt im Wechselrichter oder Speicher
Was ist ein Laderegler?
Ein Laderegler ist das Gerät, das in einer Solaranlage mit Batterie das Laden steuert. Er sitzt zwischen den Solarmodulen und der Batterie. Das Florida Solar Energy Center, ein Forschungsinstitut der University of Central Florida, beschreibt seine Aufgabe so: die Batterie auf möglichst hohem Ladestand halten und sie zugleich vor Überladung durch die Module und vor Tiefentladung durch die Verbraucher schützen.
Beides ist nötig, weil Solarmodule Strom liefern, sobald die Sonne scheint, ob die Batterie ihn braucht oder nicht. Ist eine Bleibatterie voll und wird trotzdem weiter geladen, steigt ihre Spannung zu stark. Die Folgen sind nach dem Institut starke Gasung, Verlust von Elektrolyt, Erwärmung und schnellere Korrosion der Platten.
Typische Einsatzorte sind die Insel-Solaranlage, das Wohnmobil, das Gartenhaus und das Boot. Bei einer Hausanlage mit Batteriespeicher gibt es das Bauteil selten als eigenes Gerät. Dort übernimmt der Hybrid-Wechselrichter oder der Batterie-Wechselrichter das Laden.
Wie funktioniert ein Laderegler?
Ein Laderegler misst laufend die Spannung der Batterie und entscheidet danach, wie viel Solarstrom er durchlässt. Das Laden läuft in Stufen ab. Die Namen der Stufen stehen so auch im Display vieler Geräte.
| Phase | Was passiert | Ladestand |
|---|---|---|
| Hauptladung (Bulk) | Der ganze verfügbare Solarstrom fließt in die Batterie | bis etwa 80 bis 90 % |
| Nachladung (Absorption) | Die Spannung bleibt konstant, der Strom sinkt nach und nach | bis voll |
| Erhaltung (Float) | Niedrigere Spannung, gleicht nur die Selbstentladung aus | voll |
Die zweite Aufgabe ist der Schutz vor Tiefentladung. Dafür haben viele Laderegler einen Lastausgang. Fällt die Batteriespannung unter einen Grenzwert, schaltet der Regler die dort angeschlossenen Verbraucher ab. Wichtig: Das gilt nur für Geräte am Lastausgang. Hängt ein Wechselrichter direkt an der Batterie, muss er sich selbst rechtzeitig abschalten.
Eine warme Bleibatterie braucht weniger Ladespannung als eine kalte. Als üblichen Wert nennt das Florida Solar Energy Center minus 5 Millivolt je Grad und Zelle. Bei einer 12-Volt-Batterie mit sechs Zellen sind das 30 Millivolt je Grad. Schwankt die Batterietemperatur um 30 Grad, verschiebt sich die richtige Ladespannung um bis zu 1 Volt. Ein Regler mit Temperaturfühler gleicht das aus.
PWM oder MPPT: Was ist der Unterschied?
Ein PWM-Regler verbindet Modul und Batterie direkt, ein MPPT-Regler wandelt die Spannung dazwischen um. Das ist der ganze Unterschied, und er entscheidet darüber, wie viel von der Modulleistung in der Batterie ankommt.
PWM steht für Pulsweitenmodulation. Der Regler arbeitet wie ein sehr schneller Schalter. Solange er durchschaltet, arbeitet das Modul auf der Spannung der Batterie. Ein klassisches 12-Volt-Modul mit 36 Zellen hat seine beste Leistung aber bei etwa 17 Volt, so das Florida Solar Energy Center. Was zwischen Batteriespannung und 17 Volt liegt, bleibt ungenutzt.
MPPT steht für Maximum Power Point Tracking, auf Deutsch: Suche nach dem Punkt der höchsten Leistung. Der Regler lässt das Modul bei seiner besten Spannung arbeiten und wandelt die überschüssige Spannung in zusätzlichen Ladestrom um. Je größer der Abstand zwischen Modulspannung und Batteriespannung, desto mehr bringt das.
Der Versuch zeigt zweierlei. Bei mäßigen Temperaturen lieferte der MPPT-Regler rund ein Viertel mehr Energie. Bei sehr heißen Zellen war der Vorteil weg, weil die beste Modulspannung mit steigender Temperatur sinkt und sich der Batteriespannung nähert. Für das kühlere Klima in Mitteleuropa spricht das eher für MPPT. Die Zahlen stammen aber aus Kenia und von kleinen Modulen mit 36 Zellen, sie lassen sich nicht eins zu eins übertragen.
MPPT passt, wenn
- die Modulspannung deutlich über der Batteriespannung liegt, zum Beispiel bei großen Dachmodulen an einer 12-Volt-Batterie
- die Anlage das ganze Jahr läuft, auch an kalten Tagen
- mehrere Module in Reihe geschaltet werden sollen
- jede Kilowattstunde zählt, weil die Fläche knapp ist
PWM reicht, wenn
- ein kleines 12-Volt-Modul mit 36 Zellen eine 12-Volt-Batterie lädt
- die Anlage nur im Sommer genutzt wird
- der Preis wichtiger ist als der letzte Ertrag
- die Module ohnehin mehr liefern, als gebraucht wird
Wie groß muss ein Laderegler sein?
Ein Laderegler muss zu vier Werten der Anlage passen: Batteriespannung, Batterietyp, höchste Modulspannung und höchster Strom. Alle vier stehen auf den Datenblättern von Modul, Batterie und Regler.
- Batteriespannung: Der Regler muss für die Spannung der Batterie gebaut sein, bei kleinen Anlagen meist 12 oder 24 Volt.
- Batterietyp: Bleibatterien und Lithium-Eisenphosphat-Akkus brauchen verschiedene Ladespannungen. Der Regler muss ein Ladeprofil für den eigenen Akku haben.
- Höchste Modulspannung: Die Leerlaufspannung aller in Reihe geschalteten Module darf die Eingangsspannung des Reglers nie überschreiten. Bei Kälte steigt die Leerlaufspannung, deshalb gehört eine Reserve dazu.
- Höchster Strom: Den Kurzschlussstrom aller parallel geschalteten Module zusammenzählen und mit 1,4 malnehmen.
Der Faktor 1,4 stammt vom Florida Solar Energy Center. Der Grund: Spiegelungen an Wolken, Wasser oder Schnee können die Einstrahlung kurzzeitig auf das 1,4-fache des Normwerts von 1.000 Watt je Quadratmeter erhöhen. Die Module liefern dann mehr Strom, als auf dem Datenblatt steht.
Zwei Module mit je 6 Ampere Kurzschlussstrom sind parallel geschaltet. Zusammen sind das 12 Ampere. Mal 1,4 ergibt 16,8 Ampere. Passend ist ein Regler mit 20 Ampere. Die Modulwerte sind frei gewählte Beispielwerte.
Bei einem MPPT-Regler kommt eine zweite Rechnung dazu, weil er Spannung in Strom umwandelt. Hier zählt der Strom auf der Batterieseite: Modulleistung geteilt durch Batteriespannung. Bei 400 Watt Modulleistung an einer 12-Volt-Batterie sind das rund 33 Ampere. Auch die Kabel brauchen Reserve. Das Institut empfiehlt Leitungen für mindestens 125 % des höchsten Stroms und einen Spannungsabfall von in der Regel unter 5 %. Wer Watt, Volt und Ampere umrechnen will, nutzt den Volt-Watt-Ampere-Rechner.
Praxis: Laderegler anschließen und prüfen
Beim Anschließen eines Ladereglers kommt es auf die Reihenfolge an. Viele Hersteller schreiben vor, zuerst die Batterie und erst danach die Module zu verbinden, damit der Regler die Systemspannung erkennt. Das ist eine Herstellerangabe, maßgeblich ist immer die Anleitung des eigenen Geräts.
- Regler trocken, schattig und gut belüftet montieren, nah an der Batterie.
- Sicherung in die Plusleitung zur Batterie setzen, so nah an der Batterie wie möglich.
- Batterie anschließen und prüfen, ob der Regler die richtige Spannung anzeigt.
- Batterietyp am Regler einstellen.
- Module abdecken oder trennen, dann anschließen. Auf Plus und Minus achten.
- Verbraucher an den Lastausgang klemmen, wenn der Tiefentladeschutz greifen soll.
- Temperaturfühler an der Batterie anbringen, falls vorhanden.
Im Betrieb braucht ein Laderegler wenig Pflege. Sinnvoll ist ein Blick auf die Klemmen, denn lose Kontakte werden warm. Wer ab und zu Batteriespannung und Tagesertrag notiert, erkennt Fehler früh. Diese drei Bilder kommen am häufigsten vor:
| Fehlerbild | Zuerst prüfen |
|---|---|
| Batterie lädt nicht trotz Sonne | Modulspannung am Eingang des Reglers messen, Kabel, Stecker und Sicherung prüfen, Schatten auf den Modulen suchen |
| Regler wird sehr heiß | Strom mit dem Nennwert des Reglers vergleichen, Belüftung prüfen |
| Batterie ist schnell leer | Verbraucher abschalten und Ruhestrom messen, Alter der Batterie bedenken |
Solarmodule stehen unter Spannung, sobald Licht darauf fällt. Batterien können bei einem Kurzschluss sehr hohe Ströme liefern. Arbeiten Sie mit isoliertem Werkzeug und lassen Sie größere Anlagen von einem Fachbetrieb anschließen.
Wann braucht man keinen Laderegler?
Keinen eigenen Laderegler braucht, wer keine Batterie hat oder wessen Speicher die Ladeelektronik schon mitbringt. Eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage ohne Speicher speist ihren Strom über den Wechselrichter ins Hausnetz. Da gibt es nichts zu laden.
Bei Hausspeichern ist das Laden Teil des Systems. Der Speicher hat eine eigene Überwachung, und der Wechselrichter regelt den Strom. Wer einen Speicher nachrüstet, kauft deshalb keinen einzelnen Laderegler dazu.
Für Inselanlagen nennt das Florida Solar Energy Center nur zwei Ausnahmen, beide bei kleinen Anlagen mit gut bekanntem Verbrauch: Module mit so niedriger Spannung, dass sie die Batterie von selbst nicht überladen, und eine Batterie, die im Verhältnis zu den Modulen sehr groß ist. In allen anderen Fällen gehört ein Laderegler dazu.
Häufige Fragen
Was ist ein Laderegler in der Photovoltaik?
Ein Laderegler sitzt zwischen Solarmodul und Batterie und steuert das Laden. Nach dem Florida Solar Energy Center hat er zwei Aufgaben: Er hält die Batterie möglichst voll und schützt sie vor Überladung durch die Module und vor Tiefentladung durch die Verbraucher.
Wie funktioniert ein Solar-Laderegler?
Der Laderegler misst laufend die Spannung der Batterie. Solange sie niedrig ist, lässt er den ganzen Solarstrom durch. Nähert sich die Batterie der Ladeschlussspannung, begrenzt er den Strom und hält die Spannung konstant. Ist die Batterie voll, gleicht er nur noch die Selbstentladung aus.
Was macht der Solarladeregler, wenn die Batterie voll ist?
Er drosselt den Ladestrom. Die Module könnten dann mehr liefern, als die Batterie aufnimmt, dieser Überschuss bleibt ungenutzt. Ohne diese Begrenzung würde die Spannung einer Bleibatterie zu stark steigen, mit starker Gasung, Verlust von Elektrolyt, Erwärmung und schnellerer Korrosion.
Was ist besser: PWM oder MPPT?
Ein MPPT-Regler holt mehr Energie aus den Modulen, wenn die Modulspannung deutlich über der Batteriespannung liegt und die Zellen kühl bleiben. In einem Feldversuch in Nairobi brachte er unterhalb von 50 Grad Zelltemperatur 24 bis 29 % mehr Energie als ein PWM-Regler. Bei sehr heißen Zellen schrumpfte der Vorteil auf 0,2 %. Für kleine Anlagen mit passenden Modulen reicht ein PWM-Regler.
Was für einen Laderegler brauche ich?
Der Regler muss zu vier Werten passen: zur Spannung der Batterie, zum Batterietyp, zur höchsten Spannung der Module und zum höchsten Strom. Für den Strom empfiehlt das Florida Solar Energy Center, den Kurzschlussstrom aller parallel geschalteten Module mit 1,4 malzunehmen. Bei zwei Modulen mit je 6 Ampere ergibt das 16,8 Ampere, also einen Regler mit 20 Ampere.
Was ist der Unterschied zwischen Laderegler und Wechselrichter?
Der Laderegler arbeitet auf der Gleichstromseite und lädt die Batterie. Der Wechselrichter macht aus Gleichstrom den Wechselstrom, den Haushaltsgeräte brauchen. In einer Inselanlage gibt es oft beide Geräte. Bei Hausanlagen mit Speicher steckt die Ladeelektronik meist im Hybrid-Wechselrichter oder im Speicher.
Kann man eine Solaranlage ohne Laderegler betreiben?
In den meisten Inselanlagen nicht. Das Florida Solar Energy Center nennt nur zwei Ausnahmen bei kleinen Anlagen mit festem Verbrauch: Module mit so niedriger Spannung, dass sie sich selbst begrenzen, und eine Batterie, die im Verhältnis zu den Modulen sehr groß ist. Eine netzgekoppelte Anlage ohne Batterie braucht keinen Laderegler.
In welcher Reihenfolge schließt man einen Laderegler an?
Viele Hersteller schreiben vor, zuerst die Batterie und danach die Module anzuschließen, damit der Regler die Systemspannung erkennt. Beim Abklemmen gilt dann die umgekehrte Reihenfolge. Maßgeblich ist die Anleitung des Geräts.
Wie erkennt man einen defekten Laderegler?
Verdächtig ist es, wenn die Batterie trotz Sonne nicht lädt, wenn ihre Spannung ungewöhnlich hoch steigt oder wenn der Regler sehr heiß wird. Prüfen Sie zuerst Kabel, Klemmen und Sicherungen und messen Sie die Modulspannung am Eingang des Reglers. Oft liegt der Fehler nicht am Regler, sondern an einem Kontakt oder an der Batterie.
Fazit
Der Laderegler ist ein kleines Bauteil mit großer Wirkung: Er entscheidet, wie lange die Batterie hält. Für die Insel-Solaranlage, das Wohnmobil und das Gartenhaus ist er Pflicht. Bei der Hausanlage mit Speicher ist er schon eingebaut.
Bei der Wahl hilft eine einfache Regel. Kleines 12-Volt-Modul an 12-Volt-Batterie: PWM genügt. Größere Module, höhere Spannung oder Betrieb das ganze Jahr: MPPT. Den Strom mit dem Faktor 1,4 auslegen, die Modulspannung mit Reserve für kalte Tage. Wer statt einer Insellösung eine Anlage fürs Hausdach plant, kann mit dem Solarrechner starten.
Quellen und Methodik
Aufgabe des Ladereglers, Folgen der Überladung, Ladestand der Hauptladung, Temperaturkompensation, Modulspannung, Auslegung mit dem Faktor 1,4, Leitungen und die Ausnahmen ohne Regler stammen aus einem Bericht des Florida Solar Energy Center. Der Bericht behandelt Bleibatterien. Der Mehrertrag von MPPT gegenüber PWM stammt aus einem Feldversuch in Nairobi, veröffentlicht in einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift. Die Rechenbeispiele sind eigene Rechnungen mit frei gewählten Werten, die Anschlussreihenfolge ist eine Herstellerangabe. Solar.red hat keine Geräte gemessen.
- Florida Solar Energy Center (J. Dunlop): Batteries and Charge Control in Stand-Alone Photovoltaic Systems - Funktion, Ladephasen, Temperaturkompensation, Auslegung
- Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems: Performance of MPPT Charge Controller Under Moderate- to High-Temperature Field Condition - Mehrertrag MPPT gegenüber PWM
Hinweis: Solar.red steht in keiner geschäftlichen Verbindung mit den genannten Einrichtungen. Die Rechenbeispiele dienen der Orientierung und ersetzen nicht die Angaben in den Datenblättern und Anleitungen der Geräte. Arbeiten an elektrischen Anlagen gehören in die Hände eines Fachbetriebs.
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