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Selbstbauer von neuen Booten und solche die es werden wollen.

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  #1  
Alt 21.02.2022, 19:32
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Heimfried Heimfried ist offline
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Standard Solarstrahlung - Angebot (und Belastung)

Ich will ja mit meinem Boot solarelektrisch fahren, soweit das möglich ist. Weil ich ein Langsamfahrer bin, habe ich da gute Chancen, aber wer "Heckwelle" braucht, kann das vergessen.

Auch die Zahl der Boote, die mit kleineren oder größeren Solarpanels bestückt werden, um die Verbraucherbatterien an Bord nachzuladen, wird offensichtlich größer.

Um einschätzen zu können, was da an "Saft" zu ernten ist, helfen einzelne Faustwerte nicht besonders viel, wie zum Beispiel 1 kW/m² Einstrahlungsleistung auf eine der Sonne zugewandte Fläche als Maximum.

Die Bauphysik beschäftigt sich unter anderem mit der Wärmestrahlungsbelastung von Gebäuden und da gibt es einen entsprechenden Abschnitt von Prof. Dr. Peter Häupl im "Lehrbuch der Bauphysik". Dort hat er ein mathematisches Modell der typischen "kurzwelligen Strahlungswärmestromdichte" erstellt, das ich in einer VBA-Excel-Mappe als Tool nachgebildet habe.

Er hat die Daten, die sein Modell ausgibt, auf die langjährigen Durchschnittswerte von Dresden (TRY, Test-Referenz-Jahr, der Meteorologen) eingestellt. Man kann übrigens viele und umfangreiche Solardaten kostenlos beim Deutschen Wetterdienst herunterladen (dwd.de).

Es werden Zahlen und auf Wunsch Diagramme ausgegeben, wie z.B. das Diagramm unten. Das zeigt die Strahlungsleistung über ein ganzes Jahr. Die einhüllende Sinuswelle ergibt sich aus dem jährlichen Sonnenlauf, das Zackenmuster ist eine willkürlich auf eine Periode von 10 Tagen angesetzte Wetterfunktion. Die Willkür liegt aber nur darin, dass genau 10 Tage gesetzt sind, das Wetter hält sich natürlich an feste Perioden von Schönwetter und Sauwetter, aber die Resultate für einen nicht zu kurzen Zeitraum stimmen natürlich wieder.

Edit: in dem Diagramm sind auf der x-Achse die Tage in laufender Zählung aufgetragen (1. Januar = 1, 31.12. = 365), in der y-Achse die Strahlungsleistungsdichte in W/m².
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Geändert von Heimfried (22.02.2022 um 14:24 Uhr)
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  #2  
Alt 21.02.2022, 20:05
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Die Solarstrahlungsdaten der Meteorologen beziehen sich immer auf die Einstrahlung der Sonne auf eine horizontal liegende Fläche. Das passt ganz gut für ein nur flach gewölbtes Kajütdach. Wenn ich aber wissen möchte, ob es sinnvoll ist, die relativ großen Seitenwände meiner Kajüte auch mit Solarpanels zu pflastern, ist es nicht mehr so einfach. Entsprechendes gilt natürlich für Gebäude.

Das Modell gibt daher auch die Möglichkeit, die Einstrahlung auf eine Fläche (z.B. Hauswand oder Schrägdach) zu berechnen, wenn ich deren Orientierung (Himmelsrichtung) und Neigung (Dachwinkel) eingebe.
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Gruß, Günter
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  #3  
Alt 21.02.2022, 21:00
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Moin!
Diverse Winkel lassen sich per PVGIS am Besten simulieren:

https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/de/#PVP
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Gruß Ingo
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  #4  
Alt 22.02.2022, 09:37
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Moin Ingo,
danke für den Hinweis auf die Website, die insgesamt einen guten Eindruck macht. Sie ist im Gegensatz zu dem hier von mir vorgestellten Rechenmodell ist sie auch speziell auf Photovoltaik ausgerichtet.

Allerdings bleibt für mich so einiges im Dunkeln, z.B. die Einstrahlungsdatenmodelle werden nicht erklärt. Die Erläuterungen bevorzugen die aus Satellitenauswertungen gewonnenen Daten. Ich meine mich zu erinnern, dass die meteorologischen Veröffentlichungen, die ich dazu las, hier Fragezeichen setzen. Etwa die Hälfte der photovoltaisch gewonnenen Energie kommt aus der diffusen Einstrahlung, über die die Satellitendaten nicht viel aussagen können.

Um das näher beurteilen zu können, muss ich da noch vieles ausprobieren und abgleichen.

Bei der Gelegenheit weise ich noch euf eine andere Website hin, die noch sehr neu ist. Dabei geht es um Heizen und Lüften von Häusern, was natürlich ebenfalls mit Solarstrahlung verbunden ist. der Autor hat seine Berechnungen offengelegt und den Softwarecode (python) bei Github hinterlegt.
https://www.heizen-co2-sparen.de/exp...onnenstrahlung
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Gruß, Günter
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  #5  
Alt 22.02.2022, 13:00
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Zitat:
Zitat von Heimfried Beitrag anzeigen
...Es werden Zahlen und auf Wunsch Diagramme ausgegeben, wie z.B. das Diagramm unten. Das zeigt die Strahlungsleistung über ein ganzes Jahr. ...
Ich habe eine Frage zu den Diagramm
Auf der x-Achse liegen die durchnummerierten Tage ab 1.Januar. Welche Einheit hat die y-Achse bei der Grafik? Wh/m²??
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  #6  
Alt 22.02.2022, 13:15
Oldskipper Oldskipper ist gerade online
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Zitat:
Zitat von Heimfried Beitrag anzeigen
Die Solarstrahlungsdaten der Meteorologen beziehen sich immer auf die Einstrahlung der Sonne auf eine horizontal liegende Fläche. Das passt ganz gut für ein nur flach gewölbtes Kajütdach. Wenn ich aber wissen möchte, ob es sinnvoll ist, die relativ großen Seitenwände meiner Kajüte auch mit Solarpanels zu pflastern, ist es nicht mehr so einfach. Entsprechendes gilt natürlich für Gebäude.

Das Modell gibt daher auch die Möglichkeit, die Einstrahlung auf eine Fläche (z.B. Hauswand oder Schrägdach) zu berechnen, wenn ich deren Orientierung (Himmelsrichtung) und Neigung (Dachwinkel) eingebe.
Jeder m2 hilft siegen. Senkrechte Flächen liefern im Winter mehr Ertrag, als horizontale Flächen.
Der Trick ist, die Flächen so zu verschalten, dass eine abgeschattete Fläche nicht die gut belichteten Flächen blockiert.
Aber es ist in unseren Breiten kaum möglich soviel Solarfläche auf einem Boot unterzubringen, dass es damit nennenswerte Reichweiten bei akzeptabler Geschwindigkeit erzielt. Und wenn es dann doch halbwegs funktioniert, hat es mit Boot im herkömmlichen Sinne nicht mehr viel zu tun.
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  #7  
Alt 22.02.2022, 14:19
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Heimfried Heimfried ist offline
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Zitat:
Zitat von nawarthmal Beitrag anzeigen
Ich habe eine Frage zu den Diagramm
Auf der x-Achse liegen die durchnummerierten Tage ab 1.Januar. Welche Einheit hat die y-Achse bei der Grafik? Wh/m²??
Nein, es ist die Leistungsdichte aufgetragen, Einheit W/m².
Um die eingestrahlte Energiemenge zu erhalten, muss man über die Zeit (numerisch) integrieren, was die Mappe automatisch macht.
Ich werde dazu noch etwas Näheres schreiben.

Danke für deine Nachfrage, ich hatte die Angaben oben vergessen und werde das natürlich ergänzen.
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Gruß, Günter

Geändert von Heimfried (22.02.2022 um 14:25 Uhr)
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  #8  
Alt 22.02.2022, 17:25
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Spüli Spüli ist offline
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Zitat:
Zitat von Heimfried Beitrag anzeigen
Allerdings bleibt für mich so einiges im Dunkeln, z.B. die Einstrahlungsdatenmodelle werden nicht erklärt. Die Erläuterungen bevorzugen die aus Satellitenauswertungen gewonnenen Daten. Ich meine mich zu erinnern, dass die meteorologischen Veröffentlichungen, die ich dazu las, hier Fragezeichen setzen. Etwa die Hälfte der photovoltaisch gewonnenen Energie kommt aus der diffusen Einstrahlung, über die die Satellitendaten nicht viel aussagen können.

Um das näher beurteilen zu können, muss ich da noch vieles ausprobieren und abgleichen.
Die Modelle bei PV-GIS passen sehr gut, da die Datenquellen langjährige Beobachtungen zusammenfassen. Da brauchst Du ganz nichts mehr abgleichen oder probieren.
Entscheidend ist die Ausrichtung der Module, dafür gibt es auch eine vereinfachte Darstellung:



Über den dicken Daumen sind je nach region in etwa 1000kWh/kWp in Deutschland drin. Der Tages-Spitzenwert liegt bei bis zu 7kWh/kWp.
Wenn die Ausrichtung dabei nicht ideal sein sollte, werden die Werte entsprechend geringer. Wobei natürlich auch die Schwankungen zwischen den Jahren enorm sein können, in 2021 gab es je nach Region 10-20% geringere Erträge.
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Gruß Ingo
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  #9  
Alt 22.02.2022, 18:57
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Heimfried Heimfried ist offline
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Zitat:
Zitat von Oldskipper Beitrag anzeigen
[...]
Aber es ist in unseren Breiten kaum möglich soviel Solarfläche auf einem Boot unterzubringen, dass es damit nennenswerte Reichweiten bei akzeptabler Geschwindigkeit erzielt. [...]
Da stimme ich dir zu, aber ich habe mich ja schon im Eröffnungsbeitrag als Langsamfahrer bezeichnet, insofern sind für mich Geschwindigkeiten akzeptabel, über die andere nur die Nase rümpfen würden. Aber sicherlich werde auch ich, je nach Umständen und Witterung ab und zu die Batterien mit Landstrom nachladen müssen.



Zitat:
Zitat von Oldskipper Beitrag anzeigen
[...]
Und wenn es dann doch halbwegs funktioniert, hat es mit Boot im herkömmlichen Sinne nicht mehr viel zu tun.
Ja, auch mein Boot wird nicht herkömmlich aussehen, aber doch eine Spur schiffiger als ein BunBo oder sowas.
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Gruß, Günter

Geändert von Heimfried (22.02.2022 um 19:07 Uhr)
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  #10  
Alt 22.02.2022, 19:36
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Zitat:
Zitat von Spüli Beitrag anzeigen
Die Modelle bei PV-GIS passen sehr gut, da die Datenquellen langjährige Beobachtungen zusammenfassen. [...]
Das von mir oben genannte Testreferenzjahr ist ebenfalls die Essenz aus langjährigen Beobachtungen.


Zitat:
Zitat von Spüli Beitrag anzeigen
[...] Da brauchst Du ganz nichts mehr abgleichen oder probieren. Entscheidend ist die Ausrichtung der Module, [...]
Doch, "Abgleichen und Probieren" bezieht sich darauf, dass ich die Ergebnisse einer mir nicht näher bekannte Website gern "auf Herz und Nieren prüfe". Ich habe seit 2017 eine kleine Anlage auf dem Dach und kenne die Frage der Ausrichtung in Theorie und Praxis. Die Tabelle, die du eingestellt hast, sieht gut aus, ich habe die entsprechenden Daten in einer Grafik (DGS).
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  #11  
Alt 22.02.2022, 21:23
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Heimfried Heimfried ist offline
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Ich wollte ja noch etwas Näheres zu der Mappe mit dem Häupl-Modell schreiben.

Vorweg: ich mache hier keine Werbung für ein Softwaretool (Excel-Mappe), wer einfach seine Photovoltaikpläne für sein Boot (oder Haus) prüfen möchte oder überhaupt erstmal solche Pläne aufstellen will, ist sicherlich mit dem Link, den Ingo oben gepostet hat, besser bedient. Wer aber ein bisschen mehr im Thema stöbern möchte, dem bietet die Mappe sehr viel mehr Details, wobei es immer nur um die solare Einstrahlung pro Fläche geht, nicht um das, was Solarpanels daraus machen.

(Ich habe ja schon in der Thread-Überschrift auch von der "Belastung" gesprochen, weil die Sonnenstrahlung ja auch das Boot erwärmt - manchmal mehr, als uns lieb ist.)

Ein Beispiel: im Bild unten wird der Eingabebereich gezeigt. Man wählt ein Anfangsdatum, (ggf. mit Uhrzeit) und einen Zeitraum, der berechnet werden soll, dazu das Zeitintervall, das die zeitlichen Stufen der Berechnung bestimmt. Ich gebe den Sommeranfang ein: "21.06." (Jahreszahlen gibt es nicht, weil hier alle Jahre gleich sind) und eine 1 als Zeitraum, weil ich nur die Daten für einen Tag berechnet haben will. Dazu das kleinste Intervall, eine Viertelstunde. (Die Zahl, die man dort sieht, muss man sich nicht merken, ein Tag hat 24 Stunden, also 96 Viertelstunden, wenn ich in das Feld eingebe "=1/96" ist Excel so nett und rechnet den Bruch in eine Dezimalzahl um.)

Bei der Bauteilfläche gebe ich noch eine Dachneigung von 45° ein und eine Orientierung nach Südosten (Zählung in der Bauphysik beginnt mit 0° im Norden und geht im Uhrzeigersinn über 180° im Süden.)

Links oben ist ein grünes Feld "rechnen", klick.
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Alt 22.02.2022, 21:54
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Nach dem Klick erscheinen die Ergebnisse.
In der linken Spalte Datum und Uhrzeit in der üblichen Schreibweise, gleich daneben die "technische" Zeit als laufender Tag mit der Uhrzeit als Dezimalbruch. In der Spalte "Gg horiz" ist die "Globalstrahlungsleistungsdichte" (in W/m²) auf eine horizontale Fläche aufgeführt, in der Spalte "GgBauteilflä" das gleiche für die Dachfläche gemäß Eingabe. (In welchen Spalten Daten stehen und welche leer bleiben, bestimmt man vor dem Rechenklick.) Wir sehen also, dass um 04:15 Uhr (WOZ) die ersten Leistungszahlen erscheinen (Sonnenaufgang).


Rechts unten sind die numerisch integrierten Energiemengen in kWh/m² aufgeführt. Q g = 5,26 auf eine horizontale Fläche, Q g o W = 8,40 ist der entsprechende Wert ohne Wettereinfluss, also bei wolkenlosem Himmel. Q g Fläche = 4,79 zeigt den Wert für die Dachfläche.


Auf einen weiteren Klick wurde das Diagramm erstellt, es zeigt die Leistungskurven. Grün ist die Einstrahlung auf die Dachfläche, die ist morgens natürlich besser besonnt, zeigt also höhere Werte und ein früheres (und auch geringfügig höheres) Maximum als die Horizontalfläche. Aber noch vor der Mittagszeit zeigt die Horizontale stärkere Werte und das bleibt so bis zum Sonnenuntergang.
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Alt 22.02.2022, 22:03
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Hier das Diagramm auf 10 Tage Dauer ausgedehnt.
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Alt 24.02.2022, 14:51
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ST1100 ST1100 ist offline
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Mal eine etwas ketzerische Zwischenbemerkung, Günter.

Wenn Du Deine Solarpanels immer genau auf die Sonne ausrichten könntest, hättest Du vermutlich den dreifachen Ertrag.

Ich will die Panels bei meinem Hausboot ja auch flach montieren, aber hab auch über 30 m² Fläche.

Hier bei uns sind die meisten Freiflächenanlagen auch fix montiert, ab es gibt auch einige nachgeführte Großanlagen.
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Alt 24.02.2022, 18:20
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Nachgeführte Flächen kommen auch bald für private Haushalte auf den Markt. Ein Freund hat seinen nachgeführten freistehenden Spiegel knapp vor Serienreife, in ca. 4 Wochen wird der erste aufgestellt. Ich überlege mir, so einen anzuschaffen. Viel weniger Fläche. viel höhere Effizienz und vor allem haue ich mir mein ohnehin ungünstig gelegen Schieferdach nicht voll mit dem Zeug.
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  #16  
Alt 24.02.2022, 18:53
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Heimfried Heimfried ist offline
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Zitat:
Zitat von ST1100 Beitrag anzeigen
[...]
Wenn Du Deine Solarpanels immer genau auf die Sonne ausrichten könntest, hättest Du vermutlich den dreifachen Ertrag.
[...]
Im Vergleich zu Panels, die horizontal montiert sind, ist ein dreifacher Ertrag mit Nachführung nicht möglich. Natürlich kommt erheblich mehr als bei den horizontalen dabei raus, aber eben doch weniger, als man meint.

Ich habe hier einen Drehkranz liegen, den ich zu Beginn meiner Solar-Planung gekauft habe, um die Sonne wenigstens einachsig zu verfolgen. Kann auch sein, dass ich den mal irgendwo einbaue, weil ich gern tüftle und messe. Aber dem Mehrertrag steht auch ein erheblicher Mehraufwand an Technik gegenüber, der natürlich kostet und gleichzeitig immer auch eine potentielle Fehlerquelle ist. Außerdem habe ich dann ein "Segel" auf dem Kajütdach, windanfällig ist mein Boot sowieso schon. Ich zähle jetzt nicht alles auf, was noch dagegen spricht.

Ich habe mich, wie ich weiter oben angedeutet habe, recht intensiv mit meteorologischen Fachaufsätzen in Bezug auf Atmosphärenphysik und Solarstrahlung beschäftigt und kann, glaube ich, ganz gut abschätzen, was da möglich ist.
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Geändert von Heimfried (24.02.2022 um 19:14 Uhr)
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  #17  
Alt 24.02.2022, 19:11
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Zitat:
Zitat von fignon83 Beitrag anzeigen
Nachgeführte Flächen kommen auch bald für private Haushalte auf den Markt. Ein Freund hat seinen nachgeführten freistehenden Spiegel knapp vor Serienreife, in ca. 4 Wochen wird der erste aufgestellt. Ich überlege mir, so einen anzuschaffen. Viel weniger Fläche. viel höhere Effizienz und vor allem haue ich mir mein ohnehin ungünstig gelegen Schieferdach nicht voll mit dem Zeug.
Ich will mal nachgeführte Flächen von einem nachgeführten Spiegel unterscheiden. Beim Spiegel geht es ja vermutlich um einen (parabolischen) Hohlspiegel, der die Sonnenstrahlung auf eine kleine Fläche fokussiert. Das macht man, wenn man hohe Temperaturen haben will (solarthermische Zwecke), z.B. für ein solares Dampfkraftwerk oder einfach zum Kochen. Da musst du zwingend nachführen, weil das Fokussieren sonst nicht klappt.

Ob die Nachführung von normalen Panels sinnvoll ist, dürfte sich für jeden gegebenen Fall je nach den entsprechenden Umständen bei spitzem Nachrechnen ergeben. Bauchgefühl ist da kein guter Ratgeber.
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  #18  
Alt 24.02.2022, 19:26
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Es gibt da noch einen Punkt, den "negativen Temperaturgradienten" der Effizienz der Panels. Dessen Wirkung wird oft unterschätzt. Übersetzt in Umgangssprache: je höher die Temperatur des Panels ist, desto weniger Strom liefert es (bei sonst gleichen Bedingungen natürlich). Und die Einbußen liegen nicht im Bereich der Nachkommastellen, sondern, wie ich in Fachforen las, ist es typisch, dass flexible Panels, aufgeklebt auf Dächer von Wohnmobilen, bei vollem Sonnenschein, etwa ab dem späteren Vormittag effektiv nichts mehr liefern.

Deswegen ist es auf einem Boot ziemlich sicher viel wichtiger, die Panels zu kühlen (auch nicht etwa unproblematisch), als sie nachzuführen. Immerhin, Wasser ist ja da - ich habe mir sagen lassen, dass es ein recht gutes Kühlmittel ist.
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  #19  
Alt 24.02.2022, 22:04
Arzgebirger Arzgebirger ist offline
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Zitat:
Zitat von Heimfried Beitrag anzeigen
Ja, auch mein Boot wird nicht herkömmlich aussehen, aber doch eine Spur schiffiger als ein BunBo oder sowas.
So einem BunBo macht es aber nix aus wenn dort Wellen an die Plattform klatschen...Schiffig aussehen war auch nie deren Anspruch...

Es nützt alles nix wenn keine Speichermöglichkeit vorhanden ist...oder diese den Kahn auf Tiefgang zwingen...vom Geld her mal ganz zu schweigen...

Glück Auf !
Gunar
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  #20  
Alt 25.02.2022, 08:43
kreuzberger kreuzberger ist offline
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Ich erinnere mich an EMV-Messungen an einer Versuchsanlage hier in Adlershof, bei der ein etwa 10 m mal 5 m großes Solarpanel nachgeführt wurde. Nach Eingabe der Koordinaten und des Datums folgte diese Anordnung dem Verlauf der Sonne.
Imposant, aber eben auch eine kräftige Tragekonstruktion ( das muß etwa 20 Jahre her sein, ich weiß nicht, ob das Teil noch steht und betrieben wird ).
Aber für die Installation von Solarpaneln an deinem Katamaran hier eine meiner genialen Erfindungen: du könntest doch die Schwimmerkammern fluten oder leerpumpen, um das Bootshaus dreidimensional zu neigen und damit immer den optimalen Winkel zur maximierten Insolation zu bekommen...?! Die Idee stelle ich als sog. "open- source" patentfrei zur Verfügung...
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Alt 25.02.2022, 10:41
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Ich würde mir auch nicht so ein Segel aufs Dach stellen.

https://www.kirchner-solar-group.de/nachfuehrsysteme/ spricht von 45% Mehrertrag mit Nachführung gegenüber fixer Schrägmontage.

Dazu kommt noch der Minderertrag bei horizontaler statt schräger Montage.

Ich denke, bei vier oder sechs m² Fläche kann es schon Sinn machen,
das optimal auf die Sonne auszurichten, wenn man irgendwo ankert.

Aber ich ziehe auch mehr Fläche und Flachdach vor,
da es bei mir ja auch die Dacheindeckung ersetzen soll.

Bei uns an der A92 gibt es ne Solaranlage auf nem Lärmschutzwall,
da werden die Panels im Herbst in eine steilere Position geklappt.
Das ist vermutlich ein Tag manuelle Arbeit für die ganze Anlage, aber scheint sich beim Ertrag zu lohnen.
Auf nem steiler montierten Panel bleibt auch nicht so leicht Schnee liegen, aber auf nem Boot spielt das wohl kaum eine Rolle.

Tom
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Geändert von ST1100 (25.02.2022 um 10:59 Uhr)
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  #22  
Alt 25.02.2022, 10:43
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Genau um so was geht es bei meinem Freund. Spiegel war der falsche Begriff. der wird zweiachsig ausgeführt. Bm gespannt

Noch zum Thema Temperatur und Effizienz
Ich habe bei mir 2 x 150w flache Panels aufgeklebt. Liegen flach auf dem Salondach, leider hat das Dach noch ringsum eine ca 20cm hohe "Bordüre".
Meine maximale Leistung lag bei knapp über 200w.
Mit schrägstellen würde sicher ordentlich was mehr gehen. Aber: ein Nachlassen wegen Temperatur konnte ich nicht bemerken, die Leistung folgte dem Sonnengang. Jetzt war der letzte Sommer auch nicht der Burner. Aber die Dinger funktionieren besser als erwartet
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