Hinweise zu Auswahl/Auslegung/Betrieb von Batterie-Backupsystemen von der Powerbank bis zum Ersatzstrom für das ganze Haus

eingestellt am 18. Jul 2022
Hallo Leute, nachdem auf mein Deal zu einer Power Station letztens einiges an Rückmeldungen und Anfragen gekommen ist dachte ich mir ich teile mal einige Informationen die sich bei mir in den letzten Jahren angesammelt haben.

Ob eine PowerBank/PowerStation oder sogar ein noch größeres System sinnvoll ist um sich gegen Stromausfälle zu wappnen oder eventuell auch nur für Campingausflüge muss jeder für sich selbst entscheiden, ich will hier keinem etwas einreden sondern nur Tipps geben was zu beachten ist woran man vielleicht gar nicht immer denkt.

Um es nicht allzu sehr zu verkomplizieren teile ich den Rest in die drei groben Kategorien PowerBank / PowerStation / Vollbackup


PowerBank

Ich denke das ist hier am wenigsten kritisch, die Investition ist gering und der Nutzen für jeden klar erkennbar. Trotzdem gibt es auch hier einige Unterschiede.

  • Kapazität – wird von quasi allen Herstellern als Nennkapazität der Lithium-Ionen bzw. Lithium-Polymer Akkus angegeben – der Ausgang über USB ist normalerweise 5V (oder höher), Akkus haben eine Nennspannung von 3,7V. Eine Powerbank mit 10.000 mAh kann also über USB bei 5V ca. 7.400mAh ausgeben - ohne Verluste zu berücksichtigen, in Wirklichkeit also noch weniger. Da Handy- und Tabletakkus genauso angegeben werden ist das aber nicht so kritisch. Wer es genau wissen will sollte immer auf den Energieinhalt in Wattstunden Wh schauen.
  • Anschlüsse – im Idealfall hat die Powerbank sowohl USB-A als auch USB-C Ausgänge, als Eingang ist bei aktuellen Powerbanks USB-C bzw. Lightning für Apple User interessant, somit kann das gleiche Kabel für auf- und entladen genutzt werden. Ein “billiges” Kabel ist übrigens einer der größten Faktoren wenn das laden nur langsam klappt.
  • Stromstärke der Ausgänge – billige Powerbanks bieten oft nur USB-A Anschlüsse mit 5V bei 1A (5W), etwas besser zumindest bis zu 2,4A (18W). Will man mehr als nur sein Handy laden oder hat ein Handy mit Schnelladefunktion wird es hier etwas komplizierter – die verschiedenen Schnellladestandards sind oft nicht untereinander kompatibel. Die häufigsten sind Qualcom Quickcharge mit bis zu 18W Ladeleistung und PowerDelivery über USB-C, hier geht der Standard derzeit bis zu 100W (5A bei 20V), der nächste Schritt mit 200W ist auch schon standardisiert aber noch nicht im Markt.
    PowerBanks mit entsprechendem USB-C PD Anschluss können in vielen Fällen auch aktuelle Laptops aufladen un betreiben, je nach Kapazität natürlich nicht besonders lange.

PowerStation

Hier gibt es eine enorme Bandbreite, von einer „größeren PowerBank“ bis zu Systemen die schon (fast) als Ersatzstromversorgung für ein ganzes Haus/Wohnung dienen können. Je nach Anwendungszweck sind hier die Anforderungen sehr verschieden. Grundsätzlich zu unterscheiden sind die Geräte nach Batterietechnologie. Lithium-Ionen Batterien sind kompakter und leichter, daher bestens geeignet für den mobilen Einsatz. Nachteil dieser Geräte ist allerdings die begrenzte Haltbarkeit (ca. 500-800 volle Ladezyklen) und die höhere Gefahr eines Batteriebrandes. Hierbei ist es natürlich so dass ein Gerät eines Markenherstellers bei pfleglicher Behandlung kein deutlich höheres Risiko als zB ein Handy bedeutet. Kauft man billige Chinaware und/oder kommt es zu mechanischen Beschädigungen der Akkus ist es aber doch etwas das man wissen sollte. Ihr könnt gerne mal auf Youtube nach „fire lithium ion battery“ suchen um euch hier selbst ein Bild zu machen.
Die andere Art von Akkus sind Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePo4), die sind schwerer und etwas größer, dafür ist das Risiko einer Selbstentzündung durch zB Überladung quasi nicht vorhanden und die Lebensdauer ist deutlich länger (ca. 2500 – 8000 volle Ladezyklen). Hat man also vor die PowerStation für den täglichen Gebrauch zu verwenden ist man hier definitiv deutlich im Vorteil.

Einige generelle Anwendungsmöglichkeiten und Richtlinien für benötigte Kapazitäten/Leistungen:

Handy(s) - ca. 10–20 Wh pro Ladung / USB

Laptop - ca. 40-90 Wh pro Ladung / entweder USB-C oder normales Netzteil

Elekrische Kühltasche - ca. 40-60 W Dauerleistung, bei Kompressorkühlbox evtl. weniger bzw. nicht dauerhaft

Stand-PC mit Bildschirm - „Bürogerät“ ca. 70-150W, Gaming-PC »bis zu 1000W

Haarföhn - ca. 1200 – 2000W dauerhaft

Kochplatte - ca. 1200 – 2000W, nur beim aktiven heizen

Kühlschrank - Je nach Alter ca. 400 bis 1000 Wh/240h, mit Gefrierteil bis zu 2000Wh/24h

Internet-Router/Wlan - ca. 10-30W

Fernseher klein - ca. 30-100W

Fernseher groß - ca. 150-500W

Heizungspumpe alt - ca. 60-150W

Heizungspumpe >2011 - ca. 10-40W

Beleuchtung - Bitte am Leuchtmittel nachschauen, extrem variabel

Heizlüfter - ca. 1500-2000W durchgehend


Zusätzlich zu diesen Richtwerten für den Energieverbrauch bitte drauf achten dass alles was einen Motor hat kurzfristig beim einschalten einen zum Teil SEHR viel höheren Strom zieht. Bei Elektromotoren ohne Sanftanlauf/Inverter kann der Startstrom ca. 5-7 mal höher sein als der „normale“ Betriebsstrom. Wenn ihr also zB eine Wasserpumpe mit 500W betreiben wollt ist es NICHT ausreichend ein Gerät auszuwählen das eine Dauerleistung von 500W liefern kann. Als Richtwert schaffen es die meisten Geräte ca. das doppelte der Nennleistung kurzfristig als Startstrom zu liefern. Generell ist es auch nicht zu empfehlen mit der Leistung „auf Kante“ zu nähen da viele Geräte hier nach einiger Zeit heißlaufen, speziell wenn die Umgebungstemperatur auch noch hoch ist.

Bei den Angaben zur Kapazität einer PowerStation könnt ihr davon ausgehen dass ca. 15-20% der Kapazität am Ausgang verloren gehen durch die Umwandlung der Spannung (bei den DC-Ausgängen) bzw. durch den Wechselrichter.

Ein wichtiger Faktor bei den PowerBanks ist natürlich die Möglichkeit diese über Solar nachzuladen, hier unterscheiden sich die Möglichkeiten zum Teil sehr deutlich. Worauf ihr achten solltet:

  • maximale Ladeleistung über Solar – generell gilt je größer die PowerStation desto höher aber die Unterschiede sind teilweise trotzdem enorm
  • MPPT-Spannungsbereich – wie hoch muss/darf die Spannung der Solarpanele sein

    • ein größerer Bereich ermöglicht es Solarpanele in Serie zu schalten, dadurch werden dünnere Kabel benötigt und man muss sich nicht um Adapter kümmern um Panele parallel zu schalten
    • viele PowerStations haben ein fixes Limit wieviele Ampere aufgenommen werden können, ein praktisches Beispiel:
      max. 400W, 12-65V, 10A
      verwendet man ein „normales“ tragbares Solarpanel hat das ca. 18V MPPT-Spannung, bei 10A ergeben sich also maximal 180W Ladeleistung.
      Schaltet man 2 Panele in Serie ergibt sich 36V Spannung, somit bei 10A eine Ladeleistung von 360W.
    • Solarpanele haben zwei Angaben zu Spannung und Stromstärke:

      • VOC (Leerlaufspannung) ist etwas höher aber für die Leistung nicht relevant da sie nur anliegt wenn kein Strom fließt. Wichtig um zu wissen ob ein Panel den Eingang beschädigen kann! ACHTUNG: Bei tiefen Temperaturen steigt diese Spannung um bis zu 20%!
      • VMP oder VMPPT (Spannung bei maximaler Leistung). Dieser Wert multipliziert mit AMP/AMPPT (Stromstärke bei maximaler Leistung) ergibt die tatsächliche Ausgangsleistung des Panels. Speziell in China-Shops wird hier gerne die Leistung eines Panel mit Leerlaufspannung x Kurzschlussstrom (ASC) angegeben, dieser ist vollkommen irrelevant und deutlich höher als das was das Panel wirklich liefern kann.
  • Will man die Powerstation als Backup für den Fall eines Stromausfalls im Winter verwenden beachtet bitte dass im Winter in Österreich mit Solar relativ wenig zu holen ist. Selbst bei optimaler Ausrichtung könnt ihr im Winter im Durchschnitt mit maximal 10-20% der durchschnittlichen Leistung im Sommer rechnen, also ca. zB. 50-100Wh/Tag bei einem 100W Panel. Kommen dann noch Tage mit Schlechtwetter dazu sollte man auf jeden Fall eine alternative Heiz-/Koch-/Beleuchtungsmöglichkeit/... haben.

Vollbackup

Grundsätzlich gilt alles was bei der PowerStation gilt aber das ist quasi die„Luxus-Variante“ – hier wird das gesamte Haus/die gesamte Wohnung mit Strom versorgt indem im Zählerkasten ein sogenannter„Transfer-Schalter“ eingebaut wird. Der hat im einfachsten Fall drei Stellungen

  • Netz - normale Stromversorgung aus dem öffentlichen Stromnetz
  • Aus – kein Strom im gesamten Hausnetz
  • Ersatzstrom/Generator – das Haus ist vom öffentlichen Stromnetz abgekoppelt und man kann seinen eigenen Strom einspeisen ohne dass die Gefahr besteht jemanden außerhalb zu verletzen

Es gibt hier sowohl manuelle als auch automatische Varianten, diesen Teil würde ich euch unbedingt empfehlen von einem Elektro-Fachmann durchführen zu lassen. Je nach Standort kann es ein dass dieser Einbau auch melde- und/oder genehmigungspflichtig ist.

Am Ersatzstrom Eingang des Transferschalters kann entweder fix ein Wechselrichter (unbedingt mit einer Sicherung dazwischen!) angeschlossen werden oder zB eine Einspeisedose (spezielle Steckdose die verpolungssicher ist). An diese ließe sich dann zB auch eine größere Powerstation anschließen um einen kürzeren Ausfall zu überbrücken.

Für ein derartige Vollbackup kann ich euch als Beispiel mein eigenen System schematisch darstellen. Hier werden über einenHybrid-Wechselrichter drei LiFePo4 Batterien geladen, bei einem Netzausfall erzeugt dieser aus dem Strom in den Batterien normale 230V Wechselspannung die dann am Transferschalter in mein Hausnetz eingespeist werden. Die maximale Leistung beträgt hier theoretisch 5000W, aufgrund der Kabelquerschnitte und um keine Überlastung des Nullleiters zu riskieren bei mir begrenzt auf 3.680W. Somit können auch die Kabel der Nullleiter nicht überlastet werden obwohl im Haus alle drei Phasen gebügelt sind (bei Netzausfall). Was mit diesem System nicht möglich ist wäre der Betrieb von„Starkstrom“-Verbrauchern, alles was 400V braucht ist in diesem Zustand also nicht betriebsbereit. Ich denke aber auch nicht dass ich unbedingt die Mischmaschine anwerfen muss wenn das Stromnetz ausfällt.

Der Hybrid-Wechselrichter kann die Batterien sowohl über Netzstrom als auch mittels eingebautem MPPT-Laderegler aufladen. Bei mir hängt er nur an der PV, bei Bedarf könnte ich noch mittels kleinem Notstromaggregat die Batterien laden.

Ein kurzer Disclaimer noch zum Schluss – ich bin zwar Techniker aber kein Elektriker, Arbeiten an spannungsführenden Leitungen und Komponenten sind potentiell gefährlich. Wer sich nicht absolut sicher ist was er tut muss bitte unbedingt einen Professionisten ans Werk lassen.

Ich erhebe auch keinen Anspruch auf Vollständigkeit geschweige denn dass hier alle notwendigen/gültigen Vorschriften vollumfänglich eingehalten werden – bitte lasst euch hier von dem Elektriker eures Vertrauens beraten, die Vorschriften sind zum Teil auch von Bundesland zu Bundesland und Netzbetrieber zu Netzbetrieber verschieden.

Jeder der hier gerne etwas ergänzen / korrigieren will ist höchst willkommen. Ich denke wer das bis jetzt alles gelesen hat ist definitiv an dem Thema interessiert
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