Mobile Stromversorgung
Bei diesem Artikel handelt es sich um eine Sammlung von Wissen/Methoden/etc. über die Möglichkeiten für eine mobile Stromversorgung, z.B. für PA Anlagen (Musik-/Beschallungsanlagen). Einen Überblick über den Akkubetrieb von PA-Anlagen bietet der Artikel Akku PA-Anlage / Akku Beschallungsanlage.
Inhaltsverzeichnis
Stromerzeugungsaggregat
Stromerzeugungsaggregate (Notstromaggregate, "Generatoren") sind offensichtlich mist, da sie einen Verbrennungsmotor nutzen, (kleinere Leistungen) Benzin, Gas (Methan, Propan etc.) oder (größere Leistungen) Diesel verbrennen und damit u.A. CO2 produzieren.
Dabei gibt es im Grunde zwei Arten, traditionelle und Inverter.
"traditionelles" Stromerzeugungsaggregat
Ein normales Notstromaggregat besteht im Grunde nur aus einem Motor und einem Generator. Der Motor dreht sich mit einer Konstanten Drehzahl, damit der Generator die 230V 50Hz Wechselspannung erzeugen kann, verbraucht dadurch aber auch bei geringem Stromverbrauch eine konstante Menge an Treibstoff.
Normale Aggregate erzeugen meist eine nicht so schöne Sinuswelle.
Inverter Stromerzeugungsaggregat
Diese Aggregate besitzen ebenfalls einen Motor und einen Generator, jedoch zusätzlich einen Inverter. Der Motor dreht sich unterschiedlich schnell, abhängig von der Leistung die die el. Verbraucher benötigen. Der Generator erzeugt dadurch unterschiedliche Spannungen, aber durch den Inverter werden diese zu 230V 50Hz gewandelt. Dadurch, dass der Motor unterschiedlich schnell dreht verbraucht er unterschiedlich Treibstoff und ist somit effizienter. Außerdem produzieren Inverter Notstromaggregate eine schönere Sinuswelle. Diese Aggregate sind jedoch teurer.
nachhaltigere Möglichkeiten Stromerzeugungsaggregate zu betreiben
Es gibt Generatoren, welche mit Gas (Erdgas, Propan-/Butangas (Autogas/LPG)) betrieben werden können, diese sind aber selten und teurer. Es gibt aber wohl Umrüst-Sets zu kaufen, mit denen man Benzin-Generatoren umbauen kann (ähnlich dem Umrüsten von Autos auf Autogas). Neben der Umrüstung auf Gas ist auch die Nutzung von Benzin- und Diesel-artigen Biokraftstoffen (z.B. Biodiesel), welche aus Pflanzen gewonnen werden und daher neutraler sind, eine Alternative. Etwas ähnliches gibt es bei der https://biofabrik.com/, bei der auf Plastik und Altöl widerverwertet werden.
Photovoltaik
Für kleinere Verbraucher (also eher geringe Leistungen) können auch Solarpanele eine gute mobile Stromversorgung sein, zusammen mit Akkus können sie die Laufzeit dieser noch erhöhen. Da Solarpanele genauso wie Akkus jedoch nur mit Gleichstrom arbeiten werden für bestimmte Verbraucher Wechselrichter benötigt (mehr dazu unten).
Akku
Da Akkus elektrische Energie speichern können, eignen sie sich vielseitig um el. Verbraucher mit Strom zu versorgen. Wenn die Akkus mit Ökostrom geladen werden geschieht die Versorgung auch im Grunde CO2 neutral.
Jedoch ist die Herstellung von Akkus keineswegs CO2 neutral und ihre Effizienz abhängig von der Häufigkeit/Dauer der Nutzung. Für die Produktion von Akkus wird meist viel Energie benötigt. Diese Energie und das dabei freigewordene CO2 muss sich erstmal amortisieren.
Es gibt verschiedene Typen an Akkus. Um Verbraucher zu betreiben kann man direkt Gleichspannung nutzen oder benötigt einen Wechselrichter.
Es gibt fertige große Akkus für professionelle, industrielle Anwendungen, wie USVs, aber die kann man nicht leihen und sind sehr teuer in der Anschaffung. Auch ist die logistische Handhabung von diesen eher schwierig, da sie für einen stationären Gebrauch gedacht sind.
Typen/Technologien von Akkus
Es gibt verschiedenste Akku-Technologien mit unterschiedlicher Haltbarkeit und anderen Vor- und Nachteilen. [Liste von Akku-Typen] https://ethercalc.org/370rcajuc0vi
Hanfakkus - https://thisblowsmymind.com/hemp-batteries-are-even-more-powerful-than-lithium-and-graphene-new-study-shows/ Lithium-Titanat - https://de.m.wikipedia.org/wiki/Lithiumtitanat-Akkumulator die zyklen die die akkus durchhalten und preis/(pro)zyklus
möglichst ohne Kobalt [Warum?]
Laden und Entladen der Akkus
Akkus muss man natürlich laden, bevor man sie nutzen kann, dafür benötigt man u.U. spezielle Ladegeräte. Verschiedene Akkus verhalten sich unterschiedlich beim entladen, z.B. wenn es um die Kapazität geht. Deswegen muss man unterschiedliches beachten:
- Blei-Säure: damit Blei-Säure Akkus lange halten sollten diese nur bis 50% ihrer Kapazität entladen werden, damit das eingehalten wird ist die Anschaffung eines Akkuwächters sinnvoll.
- Lithium*: Lithium* Akkus bestehen meist aus mehreren Zellen, diese Zellen können durch ihre unterschiedlichen internen Widerstände unterschiedliche Ladestände aufweisen, was problematisch ist. Deswegen muss man sie balancen, bei einfachen Anlagen reicht ein Balancing am Anfang und regelmäßiges überprüfen, aber generell empfiehlt sich der Einbau eines BMS. Damit Lithium* Akkus noch länger halten kann man sie immer nur bis 90% laden und 10% entladen, dies kann man u.U. im BMS einstellen. Das BMS überwacht auch die Temperatur des Akkus und deaktiviert wenn der Akku zu heiß wird. Manche Lithium*-Akkus benötigen spezielle BMS wegen unterschiedlicher Spannungen und Funktionen.
- Speziell bei LiFePO4: LiFePO4 dürfen unter keinen Umständen bei Themperaturen um den gefrierpunkt geladen werden, da diese dann beschädigt werden, dafür empfiehlt sich ein BMS oder ein extra Bauteil, welches bei niedrigen Temperaturen die Stromzufuhr unterbricht. [schauen was genau, ob auch bei entladen]
Versorgung von Verbrauchern
DC Direktversorgung
Viele Verbraucher werden mit Gleichspannung (DC) (z.B. 3V, 5V, 12V, 48V) betrieben. (Beispiele wären USB Geräte, Handys, Laptops, Car-Hifi Verstärker, etc.)
Sie können Netzteile besitzen, welche die Netz-Wechselspannung in Gleichspannung umwandeln.
Verbraucher ohne extra Netzteil (direkter Gleichspannungs-Eingang) oder mit externen Netzteilen (wenn man das Netzteil weg lässt und den direkten Eingang nutzt) lassen sich am einfachsten betreiben.
Verbraucher mit eingebautem Netzteil können modifiziert werden oder benötigen einen Wechselrichter (siehe unten). Da die Umwandlung in Wechselspannung und wieder zurück zu Gleichspannung Verluste birgt ist es effizienter Verbraucher direkt mit Gleichspannung zu betreiben.
Wechselrichter
Wenn die Verbraucher eine Wechselspannung (normalerweise 230V 50Hz) benötigen, z.B. normale Aktivboxen, dann benötigt man einen Wechselrichter (Inverter), der die Gleichspannung (DC) in Wechselspannung (AC) umwandelt.
Die meisten Wechselrichter arbeiten mit Spannungsbereichen um 12V oder 48V als Eingangsspannung.
Es gibt zwei Arten von Wechselrichtern:
- Modifizierte Sinuswelle (modified sine wave)
- Diese Inverter geben keine richtige Sinuswelle ab, sondern die Spannung ist Stufenförmig. Sie sind verbreiteter und günstiger, aber nicht alle el. Verbraucher kommen mit der Wellenform zurecht.
- reine Sinuswelle (pure sine wave)
- Pure sine Inverter geben eine nahezu richtige Sinuswelle aus. Sie sind teurer, aber es sollten alle Verbraucher problemlos funktionieren.
[Bilder der Wellenformen]
Beispiel für ein Akkusystem mit Wechselrichter
- Zeit t in s (Sekunden), h (Stunden)
- Spannung U in V (Volt)
- Stromstärke I in A (Ampere)
- el. Leistung P = U·I in W (Watt)
- el. Energie Eel. = U·I·t = P·t in Ws, Wh, J (Joule)
z.B. Anlage mit 1500W, soll 3h laufen, 12V Akku, Wechselrichter braucht 20% mehr wegen Umwandlungmund Verlusten.
[diese Beispiel-Berechnung geht von Maximalwerten aus, die nur mit Rosa-Rauschen erreicht werden, auch wenn man Musik spielt sind die Leistungswerte meist geringer, erst recht wenn man nur Sprache hat.]
erstmal brauchen wir einen wechselrichter mit min. 1,5kW Leistung.
1500W·120%=1800W
1500W Ausgang, 1800W Eingang
1800W/12V = 150A
1800W·3h = 5400Wh
5400Wh/12V = 150A·3h = 450Ah
Wir brauchen einen 450Ah Akku um die Anlage für 3h zu betreiben.
