DIY Notstromanlage – ein Erfahrungsbericht

Die Unwetterkatastrophe in NRW und Rheinland-Pfalz hat gezeigt, dass die Befürchtungen vieler Wissenschaftler schnell Realität werden können. Innerhalb von nur wenigen Stunden waren ganze Landstriche von der Außenwelt abgeschnitten. Ich selbst war mit im Krisengebiet, da meine Eltern und viele Freunde aus der Schulzeit dort wohnen. Das Bild vor Ort kann man nicht beschreiben.

Update 26.08.2021: Das Projekt ist in der stetigen Weiterentwicklung und wir freuen uns über eure Kommentare. Wir haben daher den Artikel erweitert. Ihr könnt mir gerne eine DM zukommen lassen auf Twitter

Wir als Gesellschaft sind gewohnt, dass alles funktioniert. Wir sind abhängig von funktionierenden Infrastrukturen. Diese Tatsache ist als Verletzlichkeitsparadoxon bekannt und gilt gerade für kritische Infrastrukturen als Hauptargument, um diese zu schützen. Es gibt mehrere Gesetze, um die Sicherheit und Verfügbarkeit dieser Infrastrukturen zu gewährleisten. Naturkatastrophen können jedoch unberechenbar und verheerend sein.

Die Gebiete, in denen ich war, wurden gerade am Anfang relativ wenig von THW und Feuerwehr unterstützt, da erst einmal die Dämme und überflutete Gebiete versorgt werden mussten. Es gab vor Ort oft keinen Strom, kein sauberes Wasser und keine Kommunikation. Aufgrund des Ausfalls des Mobilfunknetzes war bei sehr vielen Handys der Akku viel schneller als üblich leer, weil Handys in diesen Situationen mit maximaler Leistung nach verfügbaren Netzen suchen. Selbst als die Mobilfunknetze teilweise wieder funktionierten, konnten viele aufgrund der leeren Handy-Akkus und der fehlenden Stromversorgung immer noch nicht telefonieren und beispielsweise keine Hilfe organisieren oder ihre Verwandten und Freunde darüber informieren, dass es ihnen gut geht und was genau sie als Unterstützung brauchen. Zudem gab es ohne Strom auch weitere Probleme. Junge Eltern konnten mangels alternativer Kochmöglichkeiten beispielsweise den Brei oder die Milch für ihre Babys nicht erwärmen.

In diesem Projekt soll daher gezeigt werden, wie man sich auf solche Situationen vorbereiten und mit vorhandenen Mitteln vor Ort eine kleine Ersatzversorgung aufbauen kann. Normale Generatoren erfordern Treibstoff und Wartung. Zudem funktionieren sie ohne regelmäßige Testläufe gemäß Murphys Gesetz „natürlich“ gerade im Notfall nicht. Je nach Bedarf gibt es sehr viele am Markt verfügbare Optionen. So kann eine USB Powerbank reichen oder eine große unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) im Keller. Auch im Caravan Bedarf gibt es entsprechende Anlagen. Diese kosten aber Teils über 1.000 Euro.

Da ich bereits viel mit Strom und Photovoltaik Systemen als Hobby arbeite, entstand die Idee einer mobilen Notstromversorgung auf Photovoltaik-Basis mit Batteriepuffer. Das System sollte einen Batteriespeicher besitzen, das Laden von USB Geräten unterstützen und ein 230V Wechselstrom-System für Dinge des alltäglichen Bedarfs (Flaschenwärmer, Licht, etc.) sowie einen 12V Ausgang für Ladegeräte besitzen. Fertige Lösungen gibt es natürlich zu kaufen. Diese kosten auch entsprechend.

Eine Kernfrage bestand in der Auswahl der Batterie. Kauflösungen setzen fast ausnahmslos auf Lithium-Polymer-Akkumulatoren (auch LiPo genannt). Diese wurden in diesem Projekt jedoch ausgeschlossen, weil die Verwendung von LiPos nicht ganz trivial und erst recht nicht für jeden Handwerker geeignet ist. Zudem gibt es extreme Qualitätsunterschiede, die schnell in einem Brand enden können. Daher wurden normale KFZ-Batterien verwendet. Eine KFZ-Batterie ist überall erhältlich und kann im Worst Case auch aus einem defektem Fahrzeug vor Ort ausgebaut werden. Natürlich sind diese nicht für den Dauereinsatz geeignet, da diese nicht zyklenfest sind. Wir reden jedoch von einem Notsystem, das nur ein paar mal genutzt werden soll. LiFePO4 Akkus sind eine weitere aber noch sehr teure Alternative.

Um mobil zu bleiben, sollte nur ein kleines Photovoltaik-Panel genutzt werden. Die normalen Panele für Häuser haben meist Maße von 1 Meter mal 1,8 Metern. Dies passt nicht wirklich gut in ein Auto oder Lastenfahrrad. Grundsätzlich ist die Wahl der Technik eine Preis- und Geschmacksfrage. Um mehr aus einer kleinen Fläche zu holen, sollte ein monokristallines Modul genutzt werden, weil dieses eine bessere Energieausbeute hat. Genauso gut geht es mit den günstigeren polykristallinen Modulen.

Die letzte technische Frage bezog sich auf den PV-Wechselrichter. Dieser dient als Bindeglied zwischen dem PV-Panel und der Batterie. Es gibt zwei typische Verfahren; PWM-Laderegler (Pulsweitenmodulation) sind hierbei die einfacheren Geräte im Vergleich zu MPPT-Reglern (Maximum Power Point Tracking). Kostenmäßig sind die PWM-Geräte günstiger und reichen für die Anwendung vollkommen aus. Das Ziel bestand schließlich darin, ein günstiges Modul zu bauen.

Der Aufbau

Zuallererst sei darauf hingewiesen, dass im fertigen System auch mit Wechselspannung gearbeitet wird. Für den normalen Maker also Neuland. Arbeiten an diesen Anlagen dürfen nur von einer Elektrofachkraft durchgeführt werden. Sofern der Sinus-Wechselrichter für die 230V Systeme eine fertige Schuko-Steckdose hat, sollte dies nicht weiter ins Gewicht fallen. Aber auch mit 12V kann man bei hohen Ampere Zahlen schöne Lichtbögen erzeugen.

Der Zusammenbau ist relativ einfach und in zwei Stunden erledigt. Die Kosten belaufen sich auf ca. 320 Euro. Wenn man bestimmte Dinge anpasst, können auch die angepeilten 250 Euro erzielt werden.

1. Um die Batterie vor dem Verrutschen zu sichern, wird eine passgenaue Bodenplatte aus Spannholz zurecht geschnitten. Diese hat eine Aussparung für die Batterie, so dass sie nicht mehr rutschen kann. Die Aussparung muss natürlich je nach Box passend geschnitten werden.
2. Im nächsten Schritt wird der Strom angeschlossen. Die Sicherungen sollten noch nicht gesteckt sein! Es besteht Kurzschlussgefahr. Bei dem von mir genutzten PV-Set sind bereits alle Kabel enthalten. Bitte achtet bei eigenen Kabeln auf die passenden Kabelquerschnitte (6-10mm) und Sicherungen (maximal 15 cm von der Batterie weg). Als erstes wird das Kabel zum Solar Panel angeschlossen. Plus auf Plus, Minus auf Minus. Da hohe Ströme fließen, bitte fest anziehen. Das PV-Panel wird noch nicht verbunden.
3. Danach wird die Batterie angeschlossen. In die Plus-Leitung muss eine 20A Sicherung eingebaut werden. Auch hier wieder Plus auf Plus, Minus auf Minus.
4. Der 230V-Wechselrichter darf nicht direkt an den Solar Wechselrichter angeschlossen werden, weil er zu viel Leistung benötigt. Er muss direkt an die Batterie angeklemmt werden. Bei meinem Wechselrichter waren 2 Kabel mit dabei, welche jedoch nicht direkt angeschlossen werden konnten. Diese habe ich gekürzt, neu gecrimpt und dann entsprechend direkt an die Batterie angeschlossen. Auch hier wird direkt eine Sicherung in der Plus Leitung der Batterie eingebaut, welche ebenfalls noch nicht gesteckt ist.
5. Am Lastausgang des Solar Wechselrichters wird eine Standard 12V KFZ Buchse angeschlossen. Auch hier ist eine Sicherung in der Buchse eingebaut. An den 12V Ausgang sollten nur kleine Abnehmer angeschlossen werden (Ladegeräte oder kleinere 12V Verbraucher wie LED-Licht).
6. Nach Verkabelung wird das innere der Box mit Holz ausgekleidet und alles mit Holzleim verbunden. Das Holz-Paneel wird über der Batterie nur aufgelegt und kann zu Wartungszwecken geöffnet werden.
7. Für den finalen Test werden das PV-Panel angeschlossen und die Sicherungen eingebaut. Das System schaltet sich automatisch ein. Da ich eine Nass-Batterie verwende, habe ich dies im PV-Wechselrichter eingestellt. Bitte prüft daher euren Wechselrichter daraufhin, welche Typen unterstützt werden. Dann wird die 12V Buchse an den Laptop geklemmt und geprüft, ob geladen wird. Funktioniert alles, können die Kabel noch schön verlegt werden und die Batterie initial voll aufgeladen werden.

Im geschlossenen Zustand passt es zusammen mit dem Solarpanel in den Kofferraum eines Autos oder auch in ein Lastenrad. Durch die 6 Meter Kabel kann das Modul genau dort platziert werden, wo gerade Sonne ist.

Was kann die Box?

Da man bei Bleibatterien nie die volle Leistung entnehmen sollte (maximal 50%), kann grob eine 27Ah Leistung erreicht werden, womit der 300W Wechselrichter für eine Stunde bei maximaler Last laufen kann. Natürlich nutzt der Wechselrichter selten die volle Leistung und daher reicht die Batterie im Feldbetrieb normalerweise einen Tag. Zudem wird die Batterie im Betrieb durch das Solarpanel aufgeladen. Je nach Budget und Größe der Box können natürlich größere Batterien benutzt werden. Dies erhöht aber auch das Gewicht. Mit Batterie-Schnellklemmen kann die Batterie auch schnell gegen eine andere Batterie getauscht werden. Daher sollten genügend Kabel in der Box vorrätig sein, um eine externe Batterie schnell anklemmen zu können. Die Auswahl ist daher sehr variabel.

Als geplante Verbesserung ist ein Update des Solar-Wechselrichters auf eine 30A Version geplant, an welcher auch direkt die Module einer bestehenden PV-Anlage angeschlossen werden können. So wurde zu Testzwecken ein 600W Balkonkraftwerk auf dem Gartenhaus montiert, welches aber nur als Insellösung konzipiert war. Hier können auch mehrere Batterien geladen und bei Bedarf in das mobile System eingebaut werden. Es wurde darauf geachtet, dass alle PV-Panele vor Ort (Dach, Garten, mobil) über MC4 Adapter verfügen, damit diese untereinander ausgetauscht werden können. Hierbei ist darauf zu achten, dass die PV-Wechselrichter mit der Leistung der Module klar kommen. Auch hier noch ein Warnhinweis: Die PV-Anlage auf dem Dach hat oft DC-Spannungen über 500V. Bitte niemals unter Last die Verbindungen trennen und unbedingt generell darauf achten, dass die Anlage abgeschaltet und im besten Fall verschattet ist.

Die kleine Box ist regelmäßig beim Outdoor-Einsatz mit dabei und wird auch auf den nächsten Camps vom CCC oder dem niederländischen Pendant dabei sein.

Teileliste:

• Auto Batterie (in meinem Fall eine Anlasser Batterie, 12V, 45Ah, 400A)
• 12V auf 230V Wechselrichter
• 12V Buchse (ein Zigarettenanzünder aus dem KFZ-Bedarf)
• Solar-Wechselrichter (als Set mit Solarmodul und Kabel, z.B. von Offgrid Tec. Hinweis: Die Sets sind heiß begehrt und ggf. gerade ausverkauft. Viele Baumärkte haben diese auch im Angebot.)
• PV-Panel (ist ggf. im Set inbegriffen)
• Anschlusskabel (ist ggf. im Set inbegriffen)
• Werkzeug (Stichsäge, Seitenschneider, Holzleim, Crimp-Zange sind von Vorteil)
• Spanplatten 1cm
• Kiste zum Einbau (Hier nutze ich eine Stanley/DeWalt TSTAK, da ich mein ganzes Werkzeug hiermit organisiere.)
• Lust am basteln