Absorberkühlschrank mit Solarüberschuß betreiben

Ich habe aktuell nun endlich^(*) meinen Kühlschrank im WoMo derart elektrisch verschaltet, dass er, gesteuert über den programmierbaren Schaltkontakt des Victron Batteriemonitor BMV-712 Smart bei Solar-Überschuss vornehmlich zuerst die Energie aus der Aufbau-Batterie / Solar zieht.

Gleichwohl wollte ich eine Lösung, die auch den bisherigen Stand, 12V-Betrieb bei laufendem Motor, direkt unterstützt. So funktioniert das dann auch ohne eingeschaltetem / verbauten Booster (B2B-Lader).

Hintergrund ist, die verbauten 450Wp Solarmodule optimal zu nutzen und, was bei den aktuellen Diesel und Gaspreisen immer aktueller wird, möglichst viel fossile Energie zu sparen.

In einem meiner anderen Beiträge habe ich mal ausgerechnet, das der Absorber-Kühlschrank (Kühli) über die 12V von der Lichtmaschine zu einem Verbrauch von etwa 0.5 l/h Diesel führt, das liegt im wesentlichen an der extrem schlechten Wirkungsgradkette bis zur Lichtmaschine.

Der Gasbetrieb ist zwar etwas effizienter (im Vergleich zur Energiekette Motor-Lichtmaschine), aber mit der Erweiterung „Solarüberschuss-Betrieb“ lassen sich geschätzte 150g Propan je Tag wohl sparen, wenn der Kühli tagsüber soweit als möglich über Solarstrom betrieben werden kann. Generell sind Absorber-Kühlschränke wahre Wirkungsgradmonster (im negativen Sinne natürlich), aber sie lassen sich halt aufgrund ihres Funktionsprinzips mit verschiedenen Energiearten (12V/230V/Gas) betreiben.

Den B2B-Konverter (bei mir Votronic 1212-50) benötige ich so nur bei Bedarf, er ist so konfiguriert, das er nur auf ein vorhandene „D+“ – Signal reagiert/einschaltet. Das „D+“-Signal ist zudem noch über einen Schalter geführt um ihn komplett abschalten zu können, im Sommer reichen die PV-Module auch während der Fahrt zum Nachladen der Aufbaubatterien (und noch zu viel mehr).

In der D+ gesteuerten Funktion des Votronic ist dann auch die Backup-Ladung (Erhaltungsladung) der Fahrzeugbatterie aktiv – also der umgekehrte Weg.

Das ist übrigens der Grund, weshalb ich hier einen Votronic verbaut habe und keinen Victron – obwohl alle anderen Geräte (Solarregler, Landstrom-Ladegerät, Batteriemonitor) von Victron -Energy sind. Denn deren B2B-Konverter haben diese Funktion, die Ladung der Starterbatterie zu erhalten, nämlich (noch) nicht.

Erweiterter 12V-Betrieb Kühlschrank

Letztlich wird über ein KFZ-Leistungsrelais mit Wechsler-Kontakt zwischen den beiden Spannungsquellen 12V-Fahrzeug und 12V-Aufbau umgeschaltet. Ich habe hier den bei mir unbenutzten Anschluss „Backofen/Klimagerät“ am CBE-Elektroblock genutzt um die Spannung der Aufbaubatterie abzugreifen.

Bei der Auswahl des KFZ-Leistungsrelais ist darauf zu achten, das es mindestens 25A-Dauerstrom auf dem Öffner-Kontakt (NC) kann (das steht nur im Datenblatt), oftmals wird nur der Strom auf dem Schließer-Kontakt (NO) angegeben, der ist im allgemeinen/meist höher. 

Das von mir gewählte Relais kann 30A (Ö-NC) und 40A (S-NO).

Rechnerisch fließen bis zu 20.5A@14.4V, Worst-Case könnten es auch 24 Ampere werden (siehe Artikel zur „Obsolenz der Kühlschrank-Steuerbaugruppe„), in das nominal 205W@12V leistende Heizelement bei den großen Thetford (Dometic Absorber-Kühlschränke  haben hier max. 175W Leistung).

Aus meiner beruflichen Erfahrung sollten Automotive-Relais, die entweder häufig schalten und/oder auch lange Zeit hohe Ströme führen, deutlich (Faktor 1.2-1.5) überdimensioniert sein, sonst droht ein schneller Ausfall aufgrund der hohen thermischen Belastung (Eigenerwärmung Relaisspule & Kontaktverlustleistungen).

Anmerkung 2022/09: Das Relais, einer mir unbekannten Marke aus CN, hat nun nicht mal 30 „Arbeitstage“ gehalten, just zum letzten Urlaub hin hat es nicht mehr abgeschaltet. Was mich verwundert hat, das Relais sollte 2W-Spulenleistung haben, wurde aber so verdammt heiß – da dachte ich schon, das lebt nicht lange. Nach Ausbau und Prüfung zeigte sich dann, das es elektrisch völlig i.O. war, nur mechanisch nicht mehr gängig – es klemmt ganz einfach – thermisch total verzogen.

Kurzum, nun ein Relais verbaut, das zwar auch in CN produziert wird, aber ein Markenhersteller aus der USA im dortigen eigenen Werk produziert – ein Zettler AZ979-1C-12D (Zettler America). Dies hat zwar auch eine Spule mit typ. 2W Verlustleitung (gemessen 1.77W@13.5V), ist aber auf 60A/40A ausgelegt und hat zudem Flachsteckzungen 9.5×0.6mm2. Da sind die Übergangswiderstände an den Anschlüssen definitiv geringer und sie verbessern auch die Wärmeableitung aus dem Relais-Inneren.

Der Relaisspulenverbrauch stört mich sowieso ziemlich, den der Ruheverbrauch des Fahrzeugaufbau steigt dadurch stark an (auf etwa das 1.5-fache). Daher demnächst  auf diesem Kanal: Eine elektronische Lösung mit einem Ruheverbrauch von 1Wh/d und einer Verlustleitung bei eingeschaltetem Kühli von unter 2W.

Dem Leistungsrelais ist ein Printrelais mit zwei Wechsler-Kontakten (Finder 42-Serie mit Sockel 95.95.3) vorgeschaltet, dessen Spule direkt vom Schaltkontakt des Victron BMV-712 Smart angesteuert wird. Diese hat die Aufgabe über einen Kontakt entweder das „D+“ Signal durchzuschalten bzw. eben ein fiktives zu generieren, wenn der Kühli über die Aufbaubatterie versorgt wird.

Hierzu am EBL einen freien Anschluss „Aufbaubatterie“ als 12V-Quelle verwendet, über einen Wurfsicherungshalter mit 1A-Sicherung diesen Steuerkreis abgesichert (der BMV-7xx Schaltkontakt hat nur 1A zulässigen max. Kontaktstrom!).

Diese Steuerkreisspannung führt zum Batteriemonitor – Schaltkontakt und dann noch auf den ersten und zweiten Schließer-Kontakt (NO) des zusätzlichen Steuerrelais .

Der erste Wechsler-Kontakt schaltet nun entweder „D+“ zum Kühlschrank, auf dem Öffner-Kontakt liegt das bisherige zum Kühli führende „D+“-Signal, auf dem Schließer-Kontakt wie oben beschrieben 12V – generieren des „D+“ – Signales bei Betrieb über Aufbaubatterie.

Gibt nun das BMV-7xx die Quelle „Aufbaubatterie“ frei (Relais zieht an) wird nun damit das fiktive „D+“-Signal generiert.

Der zweite Schaltkontakt schaltet über den Schließer (NO) dann das Leistungsrelais ein. Hier bitte darauf achten, das eine Freilaufbeschaltung für die Leistungsrelaisspule nicht vergessen wird, sonst lebt der Steuerkontakt nicht lange.
Als Freilaufbeschaltung optimalerweise nicht nur eine Freilaufdiode verwenden, sondern eine mit zusätzlicher seriell verschalteter 12V Z-Diode. Dadurch wird im Spulenfreilauf in Leistungsanpassung gearbeitet, so schaltet das Leistungsrelais um Faktor 3-4 schneller ab, die Lebensdauer des Öffner-Kontaktes wird dadurch deutlich positiv beeinflusst (hierzu gibt es diverse Fachartikel im Netz).

Parametereinstellung am Batteriemonitor (Victron BMV-7xx)

Das BMV-712 wird dann über die APP so programmiert, das der Kontakt als „Kapazitätsalarm“ aktiv ist (bei den nicht „smarten“ Versionen ist das auch manuell einstellbar – direkt am Gerät halt – siehe Dokumentation bei Victron-Energy ).

Ich habe als untere Grenze 90% Batteriekapazität eingestellt, dann wird bei Erreichen der Grenze der Alarm „aktiv“, das Relais  zieht an (nein, es fällt ab, den zusätzlich das Relais invertiert – extra Einstellparameter).

Der „Alarm“ wird zurückgesetzt, wenn die Batteriekapazität auf min. 95% wieder angestiegen ist, das Relais zieht dann wieder an.

Damit habe ich dann immer min. 216Ah Restkapazität auf meinen LiFePO4 (bei Nennkapazität 240Ah), gleichzeitig kann die Batterie, sollte die Solarleistung etwas schwanken, mit 12Ah zusätzlich puffern/überbrücken.

Dadurch wird eine Laufzeit von > 30min sicher erreicht, den 12Ah reichen bei einem Strom von real etwa 18A für 0.67h, also typ. 40 Minuten.

Zusätzlich habe ich zwei weitere Werte konfiguriert, nämlich die Mindesteinschaltzeit des Relais auf „20min“ und eine Abschaltverzögerung von „10min“.
Damit wird verhindert, das der Gasbrenner nicht zu schnell ab-/ und wieder eingeschaltet wird, sollte durch zusätzlich Lastströme (wie E-Bike-Akku laden oder Wechselrichter-Betrieb) der 12Ah Puffer zu schnell verbraucht sein.

Im Ergebnis erhält man dann eine erweiterte „AES“-Funktion am Kühlschrank mit folgender Priorität:

(AES = Advanced Energy System – heißt nicht anderes wie „automatische Energiequellen – Umschaltung“, der Begriff stammt glaube ich von Dometic)

• Priorität 1 Kühli auf 12V-Aufbaubatterie/Solar, egal ob wir stehen oder fahren
• Priorität 2 Wenn zu wenig Sonne (also Solarstrom) und die Aufbau-Batterie unter 90% Kapazität fällt oder noch nicht wieder auf 95% aufgeladen ist.
  • 2a – Kühli auf Gasbetrieb, wenn wir stehen (Motor AUS)
  • 2b – Kühli auf 12V-Fahrzeugbatterie (Lichtmaschine), wenn wir fahren (Motor AN)

Schließen wir Landstrom (230VAC) an, hat dieser natürlich die „Priorität 0“ und wir nutzen weder Solar noch 12V – aber wer braucht den noch Landstrom 😎 

Anmerkung: Das Ganze funktioniert hervorragend mit einer LiFePO – Aufbaubatterie, aber auch – mit gewissen Einschränkungen – mit Bleibatterien.

Was bringt das Ganze?

Im aktuellen Urlaub, zwei Tage an der Mosel im Raum Schengen, zwei Tage im Nord-Brabant in den Niederlanden und eine Woche in Zeeland (NL), habe ich mal die Werte erfasst. 

Der Ruheverbrauch meines WoMo beträgt rund 120Wh/d, der Tagesverbrauch bei sommerlicher Nutzung so um die 400-500Wh. In neun Tagen mit sehr guten Sommerwetter – davon drei Tage mit Fahrt – haben wir im Durchschnitt täglich 2360 Wh (2.36kWh) „Sonnenstrom“ geerntet.

Die Betriebsparameter meines Kühlschrankes sind (gemessen) 18.6A@13.2V, also rund 245W. Damit errechnet sich eine „Solarbetriebszeit“ zu etwa 1900Wh/245W = 7,75h (7:45).

Bezieht man sich auf den mittleren Gastagesverbrauch von 450g/24h (Brennwert Gas 12.87kWh/kg), ergibt sich eine Gas-Einsparung von 145g/d (oder bei den aktuellen Gaspreisen von etwa €2,50/kg immerhin 0.35€/d). Klingt alles nicht nach viel, aber wie sagt man „Kleinvieh macht auch Mist“……..

Ein Wort zur Energieeffizienz

Das ein Absorber-Kühlschrank kein Effizienz-Monster ist, wissen wir – er hat ja andere Vorteile (Energiequellen).

Ein kleiner Vergleich: Rechnet man die obige Energiemenge in Amperestunden um, entspricht sie etwa 150Ah (1900Wh/13.2V).

Ein 12V-Kompressorkühlschrank gleicher Baugröße (Thetford Serie 2152) würde vergleichsweise etwa 14.5Ah (45Ah/d) in dieser Zeit brauchen.

Da sieht man mal wie schlecht ein Absorber-Kühlschrank vom Wirkungsgrad her ist – ist ja aber egal, wir nutzen ja nur sonst ungenutztes Solarpotential – also verzeichnen wir nur einen Gewinn.

(*) Manches braucht länger, zwischen Planung und Umsetzung vergingen glatt drei Jahre bei mir, zweieinhalb Jahre bis die vorhandenen PV-Module endlich auf's Dach kamen...