Die Vor- und Nachteile von 12 V vs. 24 V
für deine autarke Stromversorgung

Bevor es an die Zusammenstellung der autarken Stromversorgung im Wohnmobil geht, musst du entscheiden, ob du eine Systemspannung von 12 V oder 24 V wählst. Genau die Frage nach der besten Spannung für die Versorgungsbatterie stellt sich nicht nur bei Wohnmobilen, sondern bei allen stationären autarken Stromversorgungen. Meist kannst du selbst frei entscheiden, ob du dich für eine Systemspannung von 12 V oder 24 V entscheidest. Beide Systemspannungen haben Vor- aber auch Nachteile, die du schon vor der Auswahl der einzelnen Komponenten kennen solltest. Wir vergleichen die beiden Systemspannungen, zeigen worauf es ankommt und helfen dir bei der richtigen Auswahl für dein nächstes autarkes Stromprojekt.

Die Wichtigkeit der richtigen Batteriespannung für autarke Stromversorgungen

Bevor es um die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Systemspannungen deiner der Stromversorgung geht, ist es wichtig, abzugrenzen, um welche Bereiche der Elektronik es sich handelt. In Wohnmobilen gibt es meist drei Teilbereiche der Stromversorgung.
Zum einen ist das die Fahrzeugelektronik mit Gleichstrom und einer Nennspannung von 12 V oder 24 V. Die Spannung der KFZ-Elektronik ist vom Fahrzeughersteller vorgegeben und kann nicht verändert werden. Im Wohnbereich, also in dem Bereich des Wohnmobils, der von der zusätzlichen Versorgungsbatterie versorgt wird, kann beim Ausbau entschieden werden, welche Systemspannung verwendet werden soll. Meist werden entweder Versorgungsbatterien mit 12 V oder 24 V Nennspannung und somit auch als Systemspannung gewählt. Wenn im Wohnbereich Haushaltgeräte mit 230 V Wechselstrom betrieben werden, erfolgt dies über einen zusätzlichen 230 V Stromkreis, der über Landstrom oder einen Wechselrichter gespeist wird.
Die einzelnen Stromkreise können getrennt voneinander betrieben werden, meist kommen jedoch spezielle Bauteile wie Ladebooster oder Wechselrichter zum Einsatz, um den Strom von einem Stromsystem in das andere sicher übertragen zu können.

Die drei unterschiedlichen Stromkreise im Wohnmobil

In Wohnmobilen wird die Versorgungsbatterie entweder über Landstrom, Solarstrom oder mittels Lichtmaschine und Ladebooster des Verbrennungsmotors geladen. Der Ladebooster wandelt den elektrischen Strom der KFZ-Elektronik um, sodass die Versorgungsbatterie schonend und schnell geladen werden kann. Ein zusätzlicher Wechselrichter wandelt den in den Versorgungsbatterien gespeicherten Gleichstrom in 230 V Wechselstrom um. Der so erzeugte Wechselstrom kann für die Verwendung von Haushaltsgeräten wie Wasserkocher oder Werkzeugen genutzt werden.
Zwischen den einzelnen Systemen, KFZ-Elektronik, Systemspannung der autarken Stromversorgung und 230 V Wechselstrom, erfolgt meist eine Transformation der Spannung. Durch die optimale Auswahl der Systemspannung der Stromversorgung kann die Transformation möglichst effizient gestaltet werden.

12 V vs. 24 V Batteriespannung: Die gesamte Stromversorgung muss aufeinander abgestimmt sein

Die Entscheidung zwischen 12 V und 24 V als Systemspannung für deine autarke Stromversorgung musst du vor der Auswahl der einzelnen Komponenten treffen. Versorgungsbatterien, BB-Ladebooster, Wechselrichter und MPPT-Solarregler von ECTIVE werden jeweils für 12 V oder 24 V Systemspannungen angeboten.

Vorteile von autarken Stromversorgungen mit 12 V System- und Versorgungsbatteriespannung.

Der Aufbau von autarken Stromversorgungen mit 12 V als Systemspannung ist nach wie vor sehr verbreitet, was durchaus seine Berechtigung hat. Viele Anwender sind mit der 12 V Elektronik aus dem PKW-Bereich vertraut. Die meisten Camping- und KFZ-Elektronikgeräte sind auf 12 V Gleichspannung ausgelegt, was eine große Auswahl an Produkten und Zubehör sicherstellt. Bei Fahrzeugen mit einer 12 V KFZ-Spannung muss diese nicht zwingend umgewandelt werden, sondern kann unter Umständen sogar direkt zum Aufladen der AGM- oder Gel-Versorgungsbatterie verwendet werden. Für LiFePo4-Versorgungsbatterien muss immer ein Ladebooster installiert werden.
Die Verfügbarkeit von unterschiedlichen 12 V Batterien und Ladegeräten ist sehr groß. Für stromintensive Anwendungen können mehrere 12 V Batterien parallel geschalten werden und die Systemspannung wird nicht verändert. Vor allem bei hohen Leistungen können dadurch sehr hohe elektrische Ströme entstehen, was direkt einer der Nachteile bei 12 V Systemen ist.

Die Nachteile der 12 V Versorgungsbatterie

Durch die geringere Systemspannung und dadurch höheren Ströme sind die Verluste in den Leitungen höher als bei 24 V Systemen. Diese Wärmeverluste werden umso größer, je mehr Leistung abgerufen wird und je länger und dünner die Leitung ist. Auch bei der Umwandlung von 12 V Gleichstrom in 230 V Wechselstrom entstehen Umwandlungsverluste, diese sind bei 12 V höher als bei der Umwandlung von 24 V Gleichstrom auf 230 V Wechselstrom.

12 V oder 24 V Wechselrichter? Was sind die Nachteile von leistungsstarken 12 V Wechselrichtern?

Bei leistungsstarken Wechselrichtern schneiden Systeme mit 12 V Batteriespannung schlechter ab als Systeme mit 24 V. Bei einem leistungsstarken Wechselrichter, wie beispielsweise dem ECTIVE SSI 30 mit bis zu 3000 W Dauerleistung, fließt bei 12 V ein Strom von ca. 250 A. Für zwei Sekunden kann dieser Wechselrichter sogar bis zu 6000 W abgeben. Auf der 12 V Eingangsseite ist das ein Strom von ca. 500 A. Auf diesen extrem hohen Strom müssen alle Leitungen, Sicherungen, Verbindungen und Bauteile ausgelegt sein. Bei der 24 V Ausführung des SSI 30 wären das 125 A für die Dauerleistung bzw. 250 A für die kurzfristige Maximalleistung.

Ein handelsübliches USB-Ladegerät für ein Smartphone hat eine Dauerleistung von gerade etwa 15 W. Der Strom auf der 12 V Seite der USB-Buchse beträgt in diesem Fall ungefähr 1,5 A. Der maximale Strom des Wechselrichters SSI30 bei 12 V aus ist 500-mal stärker als der Strom eines USB-Ladegeräts. Wie stark dieser Strom ist, wird auch an den empfohlenen Kabelquerschnitten deutlich.

Vergleicht man die empfohlenen Kabelquerschnitte der Leitungen analog der Anleitung wird der Unterschied bei den Systemspannungen sehr deutlich. Bei dem ECTIVE SSI 30 werden sogar zwei Kabelsätze, sprich je zwei Plus- und zwei Minusleitungen, pro Wechselrichter verwendet. Die empfohlenen Kabelquerschnitte des 12 V Wechselrichters sind in etwa doppelt so groß wie die des 24 V Wechselrichters.

Zusätzlich sind die Umwandlungsverluste bei der 24 V Version in etwa 2 % geringer als bei der 12 V Version, was bei einer Maximalleistung von 3 000 W immerhin einen Unterschied von 60 W bedeutet. Das ist in etwa so viel, wie ein Campingkühlschrank an Leistung benötigt. Der tatsächliche Wirkungsgrad ist von der Art der Verbraucher, der Temperatur und der Auslastung abhängig. Den höchsten Wirkungsgrad erreichen die ECTIVE Wechselrichter unabhängig von der Ausführung bei einer Auslastung von ca. 70 %.

Sind 12 V Batterien bei älteren Wohnmobilen ein Nachteil und sollten sie gegen 24 V Batterien ausgetauscht werden?

Bei älteren Wohnmobilen ohne leistungsstarke Elektrogeräte und bei Fahrzeugen ohne 230 V ist dieser Punkt zu vernachlässigen, da der Leistungsverlust in den Leitungen durch kurze Leitungen mit größerem Leitungsquerschnitt kompensiert werden kann. Dies gilt im Besonderen, wenn das Wohnmobil überwiegend auf Campingplätzen oder Stellplätzen mit 230 V Landstromanschluss genutzt wird. Bei 230 V Wechselrichtern sollte in diesem Fall immer die Bypass-Funktion genutzt werden.

Halbe Maximalleistung bei MPPT-Solarregler für 12 V Batterien

Nicht zu vernachlässigen ist jedoch der geringere Wirkungsgrad von MPPT-Solarreglern bei geringerer Systemspannung. Ein MPPT-Solarladeregler kann bei 12 V Systemen nur die Hälfte der Maximalleistung im Vergleich zu 24 V Systemen erreichen. Grund hierfür ist, dass die maximale Stromstärke bei MPPT-Solarreglern begrenzt ist. Ein SC 20 Silent mit maximalem Ladestrom von bis zu 20 A ist bei 24 V Systemspannung für eine maximale Solarmodulleistung von bis zu 480 Wp geeignet. Bei 12 V Systemspannung kann der SC 20 Silent für eine Solarmodulnennleistung mit bis zu 240 Wp eingesetzt werden. Zudem gilt:

Warum 24 V besser sind als 12 V: Die Vorteile von 24 V bei autarken Stromversorgungen und im Wohnbereich von Wohnmobilen

Im Bereich der autarken Stromversorgung, im Wohnmobil oder im Wohnwagen bieten 24 V Systeme eine Reihe von Vorteilen gegenüber der klassischen Batteriespannung von 12 V. Diese Vorteile betreffen nicht nur die Leitungsquerschnitte und Effizienz, sondern auch die Aufladedauer der Versorgungsbatterie.

Höhere Leistung und geringere Verluste bei 24 V Systemspannung

Mit einer Systemgleichspannung von 24 V ist es möglich, eine höhere Leistung pro Baugruppe zu erzielen und gleichzeitig die Verlustleistung zu reduzieren. Insbesondere Leitungen, Wechselrichter, MPPT-Solarladeregler und Ladebooster profitieren von der höheren Gleichspannung und erreichen eine noch höhere Effizienz.

Erhöhung der Ladeboosterleistung bei vergleichbarer Stromstärke

Ein Beispiel für die höhere Leistung bei vergleichbarer Stromstärke sind die Ladebooster für Wohnmobile und Fahrzeuge. Ein Ladebooster sorgt für ein schnelles und effizientes Aufladen der Versorgungsbatterie mittels Lichtmaschine. Bei zu geringer Ladeleistung wird die Versorgungsbatterie auf kurzen Fahrtstecken nicht vollständig geladen. Der 24 V Ladebooster ECTIVE BB50 kann eine höhere Ladeleistung erreichen als der vergleichbare 12 V Ladebooster ECTIVE BB60. Das ermöglicht geringere Ladezeiten, sodass auch auf kurzen Fahrtstecken die Versorgungsbatterie vollständig aufgeladen werden kann.

Ein ähnliches Bild ergibt sich auch beim Einsatz von MPPT-Solarladereglern.

Effizienzsteigerung von MPPT-Solarladereglern durch Nutzung des 24 V Modus

Alle ECTIVE MPPT-Solarregler der SC- und SC Pro-Serie können sowohl 12 V als auch 24 V Versorgungsbatterien aufladen und erkennen die anliegende Batteriespannung selbständig. Durch die Verwendung einer Systemspannung von 24 V können Solarladeregler den gewonnenen Solarstrom noch effizienter in der Batterie speichern.
Identische MPPT-Solarladeregler der SC- oder SC Pro-Serie können im 24 V Arbeitsmodus höhere Ladeleistungen erreichen als im 12 V Modus, sodass bei größeren autarken Solaranlagen weniger MPPT-Solarladeregler eingesetzt werden müssen. Hierbei solltest du jedoch immer darauf achten, dass die Solarmodulspannung stets höher als die Systemspannung sein muss. Um dies zu erreichen können die Solarmodule der ECTIVE MSP Black S Serie eingesetzt werden. Möchtest du bei den Solarmodulen nicht auf die leistungsstarke und langlebige Shingle-Technologie verzichten, kannst du durch das In-Reihe-Schalten mehrerer Solarzellen eine höhere Spannung erreichen. Bitte beachte hierbei immer die geltenden gesetzlichen Bestimmungen sowie die maximale Solareingangsspannung der ECTIVE MPPT-Solarladeregler. Die MPPT-Solarladeregler der ECTIVE SC Pro-Serie sind mit der maximalen Solareingangsspannung von 100 V beziehungsweise 150 V und passiver Kühlung besonders für effiziente 24 V Batteriespannungen geeignet.

Nutzung von leistungsstarken USB-C Steckdosen ohne Step-Up möglich

Wenn du dein Notebook oder andere Geräte mit bis zu 100 W über USB-C laden möchtest, wird hierfür eine erhöhte Spannung benötigt. Eine konventionelle USB-C Steckdose mit 12 V und 5 A kann im Idealfall maximal 12 V * 5 A = 60 W abgeben. Bei einer Eingangsspannung von 24 V und 5 A sind jedoch bis zu 120 W über eine USB-C Steckdose ohne zusätzliche Step-Up Elektronik möglich. Der Vorteil ist, dass viele Geräte aus dem Fahrzeugbereich sowohl für PKWs mit 12 V als auch für LKWs mit 24 V entwickelt wurden, sodass du hier meist auf bereits vorhandene Bauteile aus dem LKW-Bereich zurückgreifen kannst.

Anpassung der Spannung im Wohnmobil: Umwandlung von 12 V auf 24 V — Die Nachteile von 24 V Batterien

Leider hat die Batteriespannung von 24 V auch Nachteile. Bestehende 12 V Gleichstromversorgungen in Wohnmobilen können nicht ohne weiteres umgebaut werden. Beim Umbau muss jedes einzelne Bauteil genau geprüft werden. Obwohl viele Geräte aus dem Outdoor und Camping Bereich sowohl mit 12 V als auch mit 24 V Gleichstrom betrieben werden können, kann es vorkommen, dass einzelne Geräte nicht für 24 V geeignet sind. Um 12 V Geräte dennoch zu betreiben, müsste ein kleiner 24 V auf 12 V Step-Down Spannungswandler eingesetzt werden. Rein technisch ist es meist einfacher, die Spannung zu reduzieren als zu erhöhen.

Eine Erhöhung der Spannung kann auch bei 24 V Batteriespannung notwendig sein. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn du eine 24 V Versorgungsbatterie verwenden möchtest, in deinem Wohnmobil aber nur eine 12 V Lichtmaschine verbaut ist. Früher wurde in einzelnen Fällen die gesamte Fahrzeugelektronik sehr aufwändig von 12 V auf 24 V umgebaut. Das ist heutzutage zum Glück nicht mehr notwendig. Ein extra hierfür entwickelter Step-Up Ladebooster, wie beispielsweise der BB25 von ECTIVE oder der Solarladebooster SBB25 erhöht die von der Lichtmaschine kommende Spannung und kann somit deine 24 V Versorgungsbatterie aufladen.

Auch bei den 230 V Wechselrichtern und 230 V Ladegeräten müssen die 24 V Versionen eingesetzt werden. Für die Verwendung in Wohnmobilen bieten sich hierfür vor allem die 24 V Versionen der CSI- der SSI-Wechselrichter-Serie mit integriertem 230 V Ladegerät an.

Fazit und Zusammenfassung

Die Wahl zwischen einem 12 V System und einem 24 V System für deine autarke Stromversorgung oder dein Wohnmobil hängt von verschiedenen Faktoren ab. Je höher die verbaute Leistung (Solarmodule, Versorgungsbatterie, Wechselrichter) ist, desto deutlicher sind die Vorteile von 24 V Systemen. Vor allem bei Systemen mit Wechselrichtern die regelmäßig mit einer Leistung von mehr als 1500 W genutzt werden, empfiehlt sich eine Systemspannung von 24 V, wenn keine anderen Gründe dagegensprechen.