Autarke Stromversorgung

Nachdem in den Medien immer mal wieder davon gesprochen wird, dass der Strom wegen Überlast ausfallen soll, habe ich mir auch einige Überlegungen dazu gemacht, wie man zumindest zeitweise diesen Ausfall überbrücken kann.

Leider weiss ich nicht, wie lange der Strom ausfallen soll, aber ich gehe hier eher von einem kurzen Stromausfall, von einer Stunde aus. Weiterhin wichtig war zu überlegen, was für Geräte wichtig sind, die weiter betrieben werden sollen.

Die Idee hinter meiner Stromsicherung ist die, dass ein Akku aus dem Stromnetz geladen wird und bei Bedarf dann seinen Strom über einen Wechselrichter abgibt. Dabei kann auch der Akku im Notfall über einen DC DC Ladegerät von einem Auto heraus geladen werden. Somit dient die Lichtmaschine im Auto als Stromgenerator mit Benzin als Energieträger. Zusätzlich kann auch parallel zum Ladegerät ein Solarladeregler angeschlossen werden, um den Akku zu laden.

Das Herzstück der Anlage ist also der Akku. Hier wollte ich einen Akku mit viel Energiespeichervermögen wählen, der auch viel Leistung abgeben kann. Reicht die Energiemenge nicht aus, so kann jederzeit parallel ein zweiter Akku angeklemmt werden. Reine LithiumIonen Akkus sind zwar kompakt aber brandgefährlich. Deshalb bin ich auf einen im Wohnwagenbereich üblichen LiFePO4 Akku gegangen. Dieser kann zwar auch brennen, ist aber ein Stück sicherer, dafür eine etwas geringere Energiedichte.

Eine weitere Überlegung ist die Spannung. Die meisten Akkus liefern 12V und bestehen aus 4* 3,2V Zellen (3,2V *4 = 12,8V). In der Akkukiste ist auch ein Batteriemanagmentsystem BMS verbaut, dass die Ladung der einzelnen Zellen steuert. Dies bestimmt meist den Lade und Entladestrom des Akkus. Problematisch werden 12V, wenn man eine hohe Leistung am Wechselrichter haben will. Bei 2000W sind das dann schon 167A, die fliessen können (2000W/12V). Hier müssen dann die Kabel des Akkus zum Wechselrichter entsprechend dimensioniert sein. Dabei gilt für Gleichstrom:

A = ( I * L) / (fk * U * S )
A:=Leitungsquerschnitt, L:=Leitungslänge, I:=Strom, U:=Spannung, S:=Leitfähigkeit (Kupfer = 58), fk:= Verlustfaktor in % (3%)

Hier wäre man schon bei 70mm² und solche Kabel sind schwer zu bekommen. Alternativ kann man zwei Kabel mit jeweils halben Querschnitt verwenden. Zum Laden des Akkus ist es wichtig zu wissen, wieviel Ladestrom der Akku verträgt. In dem Fall sind es 40A. Ein 12V Ladegerät liefert hier 20A. Theoretisch könnte man also zwei davon anschließen, damit das Aufladen schneller geht. Ein 2000W Wechselrichter ist hier etwas überdimensioniert, da der Strom bei 167A liegt und die batterie aber nur 100A liefert. Somit sollte der Wechselrichter insegsamt nur mit 1200W belastet werden. Kurzfristig gehen aber auch 280A für Einschaltströme. Will man mehr haben, so müsste man sich hier den Strom aus einem zweiten Akku dazu holen. Der Nachbau geht auf eigenes Risiko. Ich will hier nur meinen Weg vorstellen.

Bauteile:

LiF2PO4 12V / 200Ah Akku

Wechselrichter 12V 2000W

Batterieklemmen 12Wege

M8 Schrauben 35mm mit 4 Beilegscheiben d=2cm

Zusammenbau:

Beim Akku ist es wichtig darauf zu achten, dass die Pole nicht verbunden werden. Der Kurzschlussstrom ist so hoch, dass er Metalle schmelzen kann. Deswegen hab ich immer an einem Pol gearbeitet und den anderen abgeklebt. Zuerst hab ich ich die Polklemmen mit den M8 Schrauben und Beilegscheiben festgemacht.

Anschließend das Ladegerät angeklemmt und am Stromnetz angeschlossen Theoretisch sollte das komplette Aufladen bei 20A und 200Ah die Ladezeit 10h betragen. Der ideale Lagerzustand von LiFePO4 Akkus ist bei halber Ladung.

Am Wechselrichter habe ich zwei Kabeln an jedem Pol angebracht.

Die Kabel wurden dann ebenfalls an den Batterieklemmen festgeschraubt.

Somit ist mein Notstromgerät erstmal fertig augebaut.

Damit man damit auch sein Stromnetz speisen kann, muss der Wechselrichter direkt an eine Steckdose angeschlossen werden. Darüber können dann alle an einem Stromzähler hängenden Geräte versorgt werden. Offiziell sind aber nur 600W erlaubt. Auch solten zum An- bzw Abklemmen keine Schukostecker verwendet werden, da ein Lichtbogen entstehen kann.

Wieland sichere Buchse und Stecker 250V 20A

2x Schuko Stecker

an zwei einzelnen 230V Kabeln werden jeweils ein Schukostecker angeschrubt und einer mit einer Buchse, beim anderen ein Stecker angebracht.

Mit diesem Kabel kann der Wechselrichter nun an das Stromnetz angeschlossen werden. Auch wenn die Phase nicht dem, des vom Versorger liefernden Stromes ist, so wird die Phasenverschiebung von den angeschlossenen Geräten im Gleichrichter wieder ausgefiltert. Ausserdem bezieht sich der Strom immer auf das Potential von der gleichen Quelle.

Update:

Der Wechselrichter kann so nicht an die Hausstromversorgung angeschlossen werden. Es muss hier komplett vom Netzstrom getrennt werde inklusive Nullleiter bevor mit der Batterie eingespeist werden kann. Möglich ist das nur mit einem Tie-Grid-Inverter (Balkonwechselrichter), der netzgeführt ist und die Phase misst, wie ein „Inselwechselrichter“ sich mit der Phase synchronisiert. Ansonsten kann ein 4-phasen Netz-Transferschalter automatisch zwischen Primärquelle und Akku umschalten, sobald der Wechselrichter angeschaltet wird.

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