Informationsbeschaffung und -Verteilung

Computer für Notfunk

Erfahrungen mit Victron-Komponenten

Notstromversorgung mit Powerstation?

Nicht jeder Funkamateur will seine Notstromversorgung selber zusammenbasteln, zumal es mit Powerstations eine Geräteklasse gibt, die im Prinzip alle benötigten Komponenten in einem fertigen Gerät enthält. Wie gut funktioniert so eine Powerstation als Notstromversorgung? Ich nenne bewusst weder Hersteller noch Typ meiner Powerstation. Sie stammt von keinem der bekannten Hersteller und dürfte mittlerweile sowieso nicht mehr auf dem Markt sein. Ich gehe aber davon aus, dass viele ähnliche Produkte technisch sehr ähnlich sind. Mein Ziel ist, den Blick für einige Eigenschaften zu schärfen, die bei der untypischen Nutzung einer Powerstation mit niedriger Leistung und langer Betriebsdauer wichtig sind.

Inhalt dieser Seite:

• Einführung
• Was geht gleichzeitig?
• Ausweg Gleichstrom-Ausgang
• Laden mit Wechselspannung
• Solar-Laden
• Weitere Beobachtungen
• Fazit

Die übliche Konstruktion einer Powerstation

Eine Powerstation enthält typisch die folgenden Komponenten:

• Kern ist ein Lithium-Akku. Lange herrschten hier Lithium-Ionen-Akkus vor, die zwar vergleichseweise leicht sind, aber nach 800 Ladezyklen typisch 20% ihrer Kapazität verloren hatten. In letzter Zeit gibt es immer mehr Powerstations. die LiFePO₄-Akkus enthalten. Das ist die mittlerweile billigste und stabilste Chemie für größere Lithium-Akkus. Mit jenseits von 3000 Zyklen bis zum Verlust von 20% der Kapazität, könnte man sie 10 Jahre lang jeden Tag einmal voll aufladen und entladen.
• Ladegerät für Netzspannung. Das Ladegerät kann eingebaut sein oder wie bei einem Notebook extern. Die Ladezeiten von leer bis voll liegen zwischen 1 und 16 Stunden.
• Ladegerät für Gleichspannung. Bei einem externen Netz-Ladegerät kann die Powerstation nur mit Gleichstrom geladen werden. Hier gibt es dann zwei Varianten: Laden mit 12 V, notfalls im Auto, oder mit Solarmodulen. Die meisten Powerstations können nur mit 18-V-Solarmodulen umgehen. Ich bevorzuge 36-V-Solarmodule, weil die Anschlussleitungen viel dünner sein können. Jenseits der 10 mm² Querschnitt sind Kabel nicht nur sehr teuer, sondern auch störrisch und schwer anzuschließen.
• 230-V-Ausgänge. Die machen eine Powerstation zur Steckdose am Henkel, mit der man übliche Elektrogeräte netzunabhängig betreiben kann.
• Gleichstrom-Ausgänge. Diese Ausgänge liefern entweder 12 V oder nutzen USB. USB begann mal mit 5 V/0,5 A und ist mittlerweile bei automatisch eingestellter Spannung von bis zu 20 V und bis zu 100 W angekommen. Manchen modernen Rechner kann man per USB-C direkt aus der Powerstation betreiben.

Powerstations werden von hinten her definiert: Wie viel Leistung kann eine Powerstation liefern? Die Akkukapazität wird meist so gewählt, dass die Powerstation ihre Nennleistung auf 230-V-Ebene eine Stunde lang abgeben kann. Eine 2-kW-Powerstation hat typisch einen 2-kWh-Akku.

Dieser Grundsatz ist für die Notstromversorgung einer Funkstation ungünstig: Wir wollen im Ernstfall eine möglichst sparsame Station über Tage oder gar Wochen betreiben. Ein 2-kW-Wechselrichter hat einen Eigenverbrauch von 25 W oder mehr. Der Wechselrichter kann den Akku typisch innerhalb von 1-2 Tagen leer saugen, ohne dass ein Verbraucher angeschlossen ist.

Wie ich unten zeige, kann man die grundsätzlichen Probleme von Powerstations teilweise umgehen. Drei Probleme bleiben aber:

• Wenn man mit sehr kleinen Leistungen arbeitet, werden alle Messungen ungenau, denn die Messeinrichtungen haben einen Skalenendwert entsprechend der 2 kW Maximalleistung. Selbst die Messung der Akkuspannung ist problematisch, wenn die Ströme sehr gering sind. Das gilt beim Laden genau so wie beim Entladen. So schaltet die Unterspannungserkennung meine Powerstation ab, wenn sie etwa 30% Ladestand anzeigt.
• Man muss mit den Komponenten leben, die verbaut sind. Beispielsweise wäre mir ein Solar-Laderegler wichtig, der besser mit kleinen Solarleistungen umgehen kann.
• Man kommt an viele Messgrößen nicht ran, mit deren Hilfe man z.B. die Informationslöcher in der Bedienungsanleitung schließen könnte. Man stochert erst mal im Nebel.

Was geht gleichzeitig?

Oft schließen sich bestimmte Funktionen aus. Es gibt Powerstations, die können während des Ladens keine 230 V liefern. Ein Betrieb als unterbrechungsfreie Stromversorgung ist dann nicht möglich. Manche Powerstation schleift die Netzspannung durch und schaltet sich erst bei Stromausfall ein, was deutlich Energie spart. Es ist also wichtig, sich vor dem Kauf durch solche Details zu arbeiten, die man häufig nicht im Datenblatt findet, sondern nur in Testberichten auf Youtube. Das kann mühsam werden.

Ausweg Gleichstrom-Ausgang

Einen Ausweg bieten die Gleichspannungsausgänge. Die sind typisch für maximal 100 W ausgelegt, wobei man vor dem Kauf nur schwer herausbekommt, für welchen Ausgang oder Gruppe von Ausgängen die 100 W gelten. Früher gab es Powerstations, die die 12 V ihres Akkus über eine Schutzschaltung direkt nach außen lieferten. Das bedeutete natürlich die geringsten Verluste. Powerstations mit Akkus von 1 kWh oder mehr benutzen aber zumeist höhere Akkuspannungen, aus denen sie die 12 V erzeugen. Diese Spannung ist natürlich stabiler als die Akkuspannung direkt.

Aber: Was gilt hier als 12 V? Es ist anzunehmen, dass die meisten Powerstations etwas mehr als 12 V liefern – schon um die Spannungsabfälle in den meist zu dünnen Anschlussleitungen zu kompensieren. Kaum ein Testbericht gibt diese Spannung aber genau an und Bedienungsanleitungen aus China bestehen sowieso vorzugsweise aus Informationslöchern.

Meine Powerstation liefert 13,2 V, was ich aus mehreren Gründen für optimal halte. Vielleicht ist das so auch Absicht: 12 V +10%.

• 13,2 V sollten praktisch alle Geräte aushalten, die für 12 V ausgelegt sind. Oft sind da 15-V-Elkos drin, was bei 12-V-Akkus reichlich knapp wäre. Die Lade-Schlussspannungen liegen oft bei 14,5 V.
• Amateurfunkgeräte sind häufig für 13,8 V spezifiziert. Bei 12 V leidet zumindest die Sendeleistung schon deutlich.
• 13,2 V ist die typische Spannung meiner LiFePO₄-Akkus, wenn sie nicht geladen werden. Dazu später noch mehr.

Man sollte also versuchen, seinen Notstrom-Bedarf allein aus den Gleichstromausgängen der Powerstation zu betreiben. Ausnahmen wird es häufig bei Geräten geben, die man nur kurzfristig benötigt – etwa einen Laserdrucker, wenn man per Winlink empfangene Emails an die Empfänger weitergeben will.

Computerbildschirme mit 12-V-Versorgung sind eher selten. Als Bildschirm benutze ich gerne ein Android-Tablet, das ich per WLAN und mit VNC-Software mit dem Rechner im Shack verbinde. Den Windows-Desktop kann man auf den Tablet auseinander ziehen und verschieben. Eine Bluetooth-Maus liefert auch rechte Maustaste und Scroll-Rad, damit man Windows-Programmme trotz Android vollständig bedienen kann.

Zusätzlicher Vorteil dieser Lösung: VarAC-QSOs fahre ich regelmäßig im Wohnzimmer, im Sessel mit Tablet auf den Schoß. Viele Funkbuden sind unter dem Dach und deshalb im Winter ziemlich kalt. Erst recht gilt das, wenn im Stromausfall auch die Heizung nicht läuft.

Laden mit Wechselspannung

Ein externes Netzteil spart Gewicht, wenn man die Powerstation z.B. täglich auf die Baustelle schleppt. Ein eingebautes Netzteil spart einigen Strippensalat. Grundsätzlich bietet ein externes Netzteil zusätzliche Freiheiten, was das Laden betrifft. Wer sein Segelschiff mit einer Powerstation elektrifizieren will, könnte sich zusätzlich ein 110-V-Netzteil zulegen und sich so den Transformator und die Probleme mit 60 Hz Netzfrequenz ersparen. Oder man möchte ein schwächeres Netzteil einsetzen, weil der Notstromgenerator keine 2 kW liefern kann.

Wer die Powerstation als unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) nutzen will, muss aufpassen: Längst nicht jede Powerstation kann beim Laden 230 V liefern. Zudem gibt es Powerstations, die die 230 V direkt durchschleifen und bei Stromausfall sehr schnell umschalten. Wenn eine Powerstation lediglich den Akku lädt und immer den Wechselrichter nutzt, leidet der Wirkungsgrad recht kräftig.

Vielleicht ist eine konventionelle USV dann die bessere und billigere Lösung. Offline-USVs aus dem Computerbereich gibt es schon für unter 100 EUR. Die reichen gemütlich, um einen PC herunterzufahren und können das auch selber steuern.

Ich habe auch schon mal gezeigt, wie man so eine USV für die Funkanlage anzapfen kann. Damit ließe sich sehr einfach meine Forderung nach mindestens 21 Stunden Standby-Betrieb erfüllen.

Solar-Laden

Wenn man Solarmodule direkt an die Powerstation anschließen kann, bietet der Hersteller in aller Regel auch passende Solarmodule an. Die sind dann für den transportablen Einsatz gedacht, also leicht und faltbar. Es gibt aber nur zwei Argumente, die für diese Solarmodule sprechen: Sie sind vom Design an die Powerstation angepasst und funktionieren garantiert damit. Ansonsten sind sie in aller Regel überteuert und auch nur für den portablen Einsatz geeignet. Mehr dazu am Ende dieses Abschnitts.

Wer sich traut, die technischen Daten von Powerstation und Solarmodul zu vergleichen, kann mit selbst ausgewählten Solarmodulen eine Menge Geld sparen und eine passendere Lösung verwirklichen. Im Wohnmobil wird man z.B. flexible Solarmodule aufs Dach kleben. Wer die Powerstation stationär, z.B. im Shack, benutzt, kann sich konventionelle Solarmodule installieren, die nur einen Bruchteil dessen kosten, was die Powerstation-Hersteller verlangen.

Die meisten Powerstations sind für 18-V-Solarmodule ausgelegt. Die sind mittlerweile Nischenprodukte. Die üblichen 400-500-Wp-Module, mit denen die meisten Solaranlagen bestückt werden, haben Leerlaufspannungen von 38 V bis 50 V. Empfehlenswert ist die 18-V-Technik deshalb nur für ganz kleine Anlagen, für die knapp 2 m² große und über 20 kg schwere Solarmodule zu sperrig sind. Ein 150-W-18-V-Modul ist teuerer als ein 430-W-38-V-Modul.

Wer also ernsthaft mehr als 200 Wp an Solarmodulen einsetzen will, sollte möglichst eine Powerstation mit einem Eingangsspannungsbereich zwischen 25 und 60 V wählen. Wie ich mittlerweile aus eigener Erfahrung weiß, ist eine minimale Eingangsspannung von 30 V zu hoch: 38-V-Module haben im günstigsten Arbeitspunkt eine Nennspannung von 31-32 V. Die gilt aber für 25°C und Solarmodule haben einen negativen Temperaturkoeffizienten. In der Sonne heizen sich Solarmodule gerne auf 60°C auf und liefern dann 2-3 V weniger. Dazu kommen die Spannungsabfälle über Leitungen, Sicherungen usw.

Wer sich die Solarmodule selber aussucht, sollte nicht nur auf die Systemspannung (18 oder 36 V) achten, sondern auch auf die Nennleistung der Solarmodule des Powerstation-Herstellers: Man sollte Solarmodule wählen, die mindestens die gleiche Nennleistung haben. Die Begründung folgt unten. Wenn die minimale Ladespannung 30 V ist, sollte man nach Solarmodulen mit 50 V Leerlaufspannung suchen. Die relativ neuen Solarmodule der 500-Wp-Klasse haben häufig diese Eigenschaft.

Um in diesem Bereich vernünftig messen zu können, habe ich mit 40 EUR Materialaufwand das Messgerät rechts gebaut. Man sieht nicht nur gleichzeitig Strom und Spannung des Solarmoduls, sondern kann durch die Zeigerinstrumente auch Veränderungen leichter einschätzen. Powerstations zeigen in der Regel nur die Ladeleistung an und aktualisieren die Anzeige vielleicht im Sekundentakt. Ist das jetzt aber die Leistung, die die Solarmodule liefern, oder die Leistung, die in den Akku geladen wird? Solche Subtilitäten sind aber wichtig. Und wenn man sich nur wundert, warum die Solarmodule nichts liefern: Der Solarstrom könnte direkt verbraucht werden.

Die folgende Untersuchung nutzt zwei 335-Wp-Solarmodul mit etwa 38 V Leerlaufspannung. Mein Victron-MPPT-Regler stellt bei gutem Sonnenschein eine Solarspannung von etwa 32 V ein. Allerdings ist das Leistungsmaximum relativ breit, so dass er anfangs bis etwa 25 V herunter und etwa 36 V hoch geht. Der MPPT-Laderegler in meiner Powerstation findet dieses Maximum nicht, weil er maximal bis 29 V herunter kann. Er prallt ab und sucht verzweifelt immer weiter in Spannungsbereichen, wo die Solarleistung massiv absinkt.

Mit Solarspannungen unter 30 V haben die Hersteller aber oft ein Problem: Für 2 kWh Speicherkapazität bieten sich 7 100-Ah-Zellen in LiFePO₄-Technik an. Deren maximale Ladespannung ist schon 30 V. Weniger als 4 V Fleisch sind für einen Schaltregler aber etwas wenig. Deshalb müste man als Entwickler auf die Idee kommen, dem MPPT-Laderegler zusätzlich PWM-Betrieb beizubringen. Das wäre wohl leicht mit etwas Software zu erledigen. Für Techniker: Statt mit mehreren 10 kHz schaltet man den Laderegler mit 100 Hz oder weniger. Die Drossel verursacht dann kaum noch Spannungsabfall.

So machte das offensichtlich der Victron MPPT-Regler meines anderen Strings an einem weitgehend bedeckten Tag im Mai – Zeitangaben unter dem Diagramm: Am Morgen stieg die Spannung der Solarmodule (zwei 38-V-Module in Serie) nur bis zur Akkuspannung (13 V), auch wenn da noch kaum Leistung zu ernten war. Anschließend fährt er die Spannung in Stufen hoch, je nach dem wie viele der Wafer der Solarmodule genug Strom liefern können.

Die Solarmodule stammen von AE Solar aus der Serie hot-spot free, die wohl nicht mehr angeboten wird. Hier ist jedem Wafer eine Diode parallel geschaltet, anders als das sonst üblich ist: Die meisten Solarmodule enthalten typisch vier solche Freilauf-Dioden, womit nur jeweils ein Viertel des Solarmoduls überbrückt werden kann. Bedingt durch die Abschattungssituation (siehe folgendes Bild) bei mir machen sich diese Solarmodule recht gut. Falls jetzt jemand fragt, warum die die Module nicht weiter oben montiert habe: Mit einer Leiter komme ich da nicht mehr hin. Das Mieten eines Gerüsts würde sich nie amortisieren.

Noch ein Detail kann man in diesem Bild erkennen: Wenn ernsthaft Leistung aus dem Solarmodul kommt, bricht die Solarspannung ein. Der Strom durch den Solar-Stromkreis steigt und damit macht sich sein Innenwiderstand bemerkbar.

Es ist aber unproblematisch und durchaus empfehlenswert, die Nennleistung der Solarmodule deutlich größer zu wählen. Der Solareingang der Powerstation ist nur gegen Überspannung empfindlich. Die Leerlaufspannung der Solarmodule muss also deutlich niedriger sein als die maximale Eingangsspannung. Deutlich niedriger ist wichtig, weil die Leerlaufspannung, wie alle technischen Daten, für 25°C gilt. Solarmodule haben einen negativen Temperaturgang, d.h. bei niedrigeren Temperaturen steigt die Spannung an.

Die Nennleistung, angegeben in Wp (Watt peak, also Spitzenleistung), werden Solarmodule in unseren Breiten kaum je erreichen. Das liegt an den normgemäßen Nennbedingungen: Einstrahlung 1 kW/m², 25°C.

Wenn man die Wp-Leistung der eigenen Solaranlage wesentlich über die Aufnahmefähigkeit des Solar-Ladereglers steigert, Hat das zwei Folgen:

• Bei der Maximalleistung, üblicherweise bestimmt durch den maximalen Solarstrom, regelt der Laderegler ab. Das bleibt innerhalb seiner technischen Spezifikationen, denn das macht er auch bei vollem Akku.
• Die Solarstrom-Ausbeute steigt trotzdem weiter, weil wir in Mitteleuropa meist keinen wolkenlosen Himmel haben und die Spitzenleistung sowieso nur erreicht wird, wenn die Sonne senkrecht auf die Solarmodule scheint.

Selbst wenn Mittags die Solarmodule nicht allen mögichen Solarstrom loswerden, erhöht diese Überdimensionierung vormittags, nachmittags und bei Bewölkung die Solarleistung. Diese Eigenschaft ist gerade bei Notstromversorgungen sehr hilfreich. Das zusätzliche Solarmodul kostet keine 100 EUR. Was soll der Geiz, wenn man den Platz hat?

Bei den heutigen Preisen von Solarmodulen kann es billiger sein, die Solarmodule senkrecht zu montieren, was massiv Kosten für den Unterbau sparen kann, und dafür ein paar Solarmodule mehr zu installieren. Meine Solarmodule hängen senkrecht an der Hauswand und liefern in der Spitze rund 700 W pro kWp. Der Verlust gegenüber der optimalen Ausrichtung liegt also unter 30%. Mein Unterbau besteht nur aus Schraubhaken, die ich in die Holzverschalung der Hauswand gedreht habe. Die am meisten belasteten Schraubhaken habe ich direkt in den Unterbau gedreht. Bedenkt man die Kosten für einen normalen Unterbau, dürfte meine Lösung für viele Zwecke und auf die Ausgangsleistung bezogen, die günstigere Variante sein.

Weitere Vorteile der vertikalen Montage, gerade für Notstromversorgungen:

• Es bleibt kein Schnee auf den Solarmodulen liegen. Das obere Bild wurde am 2. Dezember 2023 aufgenommen, nachdem innerhalb von 24 Stunden 40 cm Schnee gefallen waren. Man sieht, dass meine Antenne wegen eines 5 cm dicken Schneemantels gerissen war. Schon geringe Bedeckungen können 90% des Ertrags kosten!
• Der Strom-Ertrag verteilt sich gleichmäßiger auf das Jahr. Im Sommer wären die Akkus bei optimaler Ausrichtung noch früher voll. Im Winter habe ich so einen höheren Ertrag.

Das untere Bild, das bei anderer Gelegenheit aufgenommen wurde. zeigt eine weitgehend funktionslose Solaranlage: Wenigstens neun der Solarmodule liefern bei ihrer Schneebedeckung so gut wie keine Leistung mehr. Sofern der Handwerker ein glückliches Händchen beim Verteilen der Solarmodule auf wenigstens drei Strings hatte, kam im Maximum noch ein Drittel der vollen Leistung vom Dach.

Ab hier bewege ich mich auf dünnem Eis, weil ich noch nirgendwo entsprechende Daten fand – die chinesischen Unterlagen schweigen sich hier grundsätzlich aus und auch die vielen Tester von Powerstations gehen nicht so tief ins Detail. Ich beschreibe deshalb das Verhalten meiner Powerstation und extrapoliere das mit Hilfe meiner Erfahrungen und Kenntnisse als Elektrotechnik-Ingenieur.

Für die ersten Versuche mit Solarstrom an meiner Powerstation unternahm ich mit meinen alten, gebraucht gekauften Solarmudulen - im oberen Bild die untere Reihe. Diese drei Module sind an meinem Victron-MPPT-Regler für bis zu 120 W gut. An meiner Powerstation kam fast nichts raus:

• Wenn der Victron-Regler weniger als 40 W liefert, passiert an der Powerstation kaum etwas Substanzielles: Ein Lüfter läuft, die Anzeige leuchtet auf und vielleicht erscheint die Lade-Animation. Gelegentlich erscheint auch mal ein Messwert für die Ladeleistung – irgendwas zwischen 5 und 30 W. Dann verschwindet die Leistungsanzeige wieder für diverse Sekunden. Die Solarspannung schwankt wild. Der Solarstrom ist häufig nahe null.
• Zwischen 40 W und 100 W werden die Aussetzer weniger, aber die Anzeige schwankt weiter wild hin und her. Und zwar unabhängig davon, ob die Sonnenintensität schwankt.
• Irgendwo jenseits der 100 W Solarstrom-Angebot erscheint eine kontinuierliche Leistungsanzeige, die aber immer noch in weiten Grenzen schwankt.

In Kurzform: Der Laderegler hat mit geringen Ladeleistungen seine liebe Not. Unter 200 Wp braucht man garnicht erst anzufangen. Mein Verdacht ist, dass ein ziemlich primitives Stück Software viel zu selten am Tastgrad des Spannungswandlers dreht und das auch noch in viel zu großen Schritten. Zugegeben: Ein Victron Laderegler war beim Preis der Powerstation sicher nicht mit drin.

Das 200-W-Solarmodul, das der Hersteller dazu anbietet, kostet 400 EUR. Dafür kann man es zweimal falten, Gewicht 6,5 kg. Ein handelsübliches 420-Wp-Modul kostet gut 100 EUR und wiegt etwa 22 kg.

Weitere Beobachtungen

Selbstentladung

Bei Beurteilungen meiner Powerstation auf Amazon oder Ebay war eine häufige Klage, dass die Powerstation recht weit entladen angekommen sei. Mittlerwile kann ich das nachvollziehen: Bei 2 kWh Nennkapazität muss ich jeden Monat mehr als 100 Wh nachladen. Genauer kann ich das noch nicht angeben, denn dafür fehlen mir die Messmittel. Tatsache ist aber, dass ich regelmäßig mehrere 100 Wh nachladen muss. Natürlich zeigt die Powerstation ständig einen Ladestand von 100% an, aber trotzdem nimmt sie regelmäßig bis zu 200 W vom Solarmodul auf. Das hängt jeweils mindestens eine Stunde dran.

Die Folgerung: Wer eine Powerstation besitzt, muss sie regelmäßig nachladen. Wenn man sie ein Jahr im Eck stehe lässt, ist sie im Ernstfall nicht nur leer, sondern womöglich auch der Akku defekt. Das wäre ein Totalschaden, denn zum Zerlegen eignen sich die Powerstations in aller Regel nicht.

Eine Lösung wäre, ein kleines Solarmodul ins Fenster zu stellen und damit die Powerstation ständig nachzuladen.

12-V-Gleichspannungs-Ausgänge

Die 12-V-Ausgänge sind bei den meisten Powerstations ein größeres Problem. Das ließe sich z.B. mit Powerpoles lösen, aber die sind selten.

• Der kleinste gemeinsame Nenner sind Zigarettenanzünder-Buchsen. Die sind aber ausgesprochen unsicher: Keine Raste hindert sie am Rausrutschen, schlechte Kontakte führen gerne zu Wärmeschäden. Ausfälle der angeschlossenen Geräte lassen wir mal außen vor.
• Äußerst beliebt sind Rundbuchsen, wie sie in vielen Geräten mit externen Netzteilen üblich sind. Passende Stecker gibt es zwar problemlos zu kaufen, aber bei 0,5 mm² Kabelquerschnitt ist man mit dem Eigenbau am Anschlag. Und darüber dauerhaft 8 A?

Ich fand aber eine überraschend einfache Lösung: Wenn ich als Computerdoktor die Windows-XP-Notebooks der Freunde und Bekannten aus dem Verkehr ziehe, landen die Netzteile in einem (ziemlich vollen) Karton. Dort fand ich schnell einen Backstein mit passender 19-V-Leitung. Nennstrom des Netzteils: 6,5 A. Endlich landete auch das Netzteil (ohne Niederspannungsleitung) im Elektroschrott.

Eine Warnung: Siehe die Beobachtungen zur Ladestands-Anzeige im nächsten Abschnitt!

Noch etwas China-Terminologie: DC5521 kennzeichnet eine Gleichspannungsbuchse mit einem 5,5 mm-Loch, in dem ein 2,1 mm dicker Stift steht.

Produkttests sind höchst oberflächlich

[20.04.24] Ganz offensichtlich ist mit Powerstations viel Geld zu verdienen. Es gibt z.B. Youtuber die beschreiben, wie sehr sie zu Produkttests geschoben werden, auch mit deutlich Geld. Es gibt nur wenige dieser Tester, die auch nur über ein Minumum von technischen Kenntnissen und Ausrüstung verfügen. Da wird über Gehäusedesign geschwafelt und bestenfalls Maximalleistung, Welchselspannungs-Kurvenform und nutzbare Maximalkapazität berichtet. Den Eigenverbrauch des Wechselrichters misst nur die Elite, z.B. Zerobrain.

Sobald man mit einer Powerstation etwas anderes tun will als Elektrowerkzeuge oder eine Kaffeemaschine zu betreiben, steht man völlig allein da. Keiner der mir bekannten Tests erzählt zu den 12-V-Ausgängen mehr als die Maximalleistung. Meine Powerstation liefert beispielsweise 13,2 V, was ich für einen sehr praxistauglichen Wert halte: Auch Geräte, die gewöhnlich mit einen Steckernetzteil betrieben werden, sollten 13,2 V (+10%) aushalten. Direkt an Akkus, die beim Laden durchaus Klemmenspannungen von 14,5 V oder noch mehr haben, wollte ich solche Geräte nicht anschließen. Umgekehrt brauchen Geräte aus dem KFZ-Bereich oder Funkgeräte deutlich mehr als 12 V – in den technischen Daten stehen typisch 13,8 V.

Ein großes Problem werden Ladestands-Anzeigen, wenn man nur geringe Leistungen entnimmt oder gar die Powerstation nicht regelmäßig voll lädt: Bei Lithium-Akkus, egal welcher Chemie, kann man nur den Voll-Zustand genau erkennen. Deshalb steht in den Bedienunganleitungen auch regelmäßig, man solle als erstes den Akku voll aufladen.

Anschließend muss die Powerstation Buch halten: Ständig den Akku-Strom messen und daraus die noch verfügbare Kapazität in Ah (Amperestunden) messen. Diese analoge Messerei muss mit einem großen Dynamikbereich und genauer Erkennung des Nullpunktes passieren.

Meine Powerstation schaltet regelmäßig bei einer Ladeanzeige im Bereich 40%-50% ab, weil der Akku leer ist. Ich kann mich also auf die Anzeige der Restkapazität nicht verlassen und muss sicherstellen, dass die Powerstation möglichst häufig voll aufgeladen wird. Wenn die Ladeanzeige auf 100% ist, gehen oft noch mehrere 100 Wh in den Akku rein.

Gerade für Notfall-Stromversorgungen ist eine verlässliche Anzeige der Restkapazität extrem wichtig, wird aber kaum je getestet. In den Datenblättern steht dazu erst recht nichts.

Powerstation mit zweiter Solaranlage koppeln

Ich kann niemandem übel nehmen, wenn er das Folgende als wilde Bastelei abtut. Ich hatte das so auch nicht geplant. Aber manche Probleme lösen sich von ganz alleine! Auf diesem Weg löste ich das Problem, dass die Powerstation wegen ihrer ungenauen Ladungsanzeige plötzlich abschaltet.

Mit Solarstrom in Inselnetzen beschäftige ich mich schon seit diversen Jahren. Dadurch hatte ich zwei getrennte Anlagen laufen, eine im Keller und eine an der Funkstation. Die Solaranlage an der Funkstation war reif für eine Grundüberholung. Ein unwiderstehlicher Preis, noch gerade mal die Hälfte des Preises der blanken Akkus im Keller, führte zum Kauf der Powerstation, um die es auf dieser Seite geht.

Beide Stromquellen sind seit Jahren mit einer Leitung verbunden, die einen Innenwiderstand von 0,4 Ω hat. Dank des 1-F-Kondensators an der Funkstation konnte ich nicht nur die bisherigen AGM-Akkus gut aus dem Keller nachladen, sondern auch die Station ohne die Akkus im Shack samt Windows-Rechner betreiben. Voll wurden diese Akkus dann mit Hilfe der alten Solarmodule.

Die 12-V-Ausgänge der Powerstation liefern recht stabile 13,2 V – genau die übliche Spannung, wenn die Akkus im Keller nicht geladen werden. Werden die Akkus im Keller voll, steigt ihre Spannung bis auf 13,9 V.

• 13,9 V - 13,2 V = 0,7 V
• 0,7 V / 0,4 Ω = 1,75 A – fast der gesamte Strombedarf der Funkstation.
• Die Restdauer-Anzeige der Powerstation steigt auf über 100 Stunden.

Ergebnis:

• Notfalls betreibe ich die Funkstation aus dem 4-kWh-Akku im Keller. Dabei sinkt die Betriebsspannung auf 12 V, wenn die Akkus im Keller auf 50% Ladung gefallen sind. Es kann passieren, dass der IC-705 dann auf 5 W zurückschaltet.
• Mit der Powerstation allein kann ich die Funkstation gut 50 Stunden lang betreiben.
• Mit beiden Stromquellen gemeinsam kann ich die Funkstation eine Woche durchgehend betreiben, auch wenn ich keinerlei Solarstrom ernten kann.

Für den Fall, dass ich die Powerstation erst mal voll laden will, siehe oben, die Akkus im Keller aber schon voll sind, habe ich noch ein Ass im Ärmel: Ein Schaltregler-Modul der 10-EUR-Klasse ist so eingestellt, dass es maximal 3,5 A bei 13,6 V liefert. Damit pumpe ich Ladung in den alten AGM-Akku im Shack. Die Powerstation kann ich dann abschalten. Eine ideale Diode verhindert, dass Strom in die Powerstation hinein fließt. Eine ideale Diode ist eine kleine Platine der 2-EUR-Klasse, die einen oder zwei Leistungstransistoren und eine kleine Steuerschaltung enthält. Die Steuerschaltung schaltet die Transistoren ein, wenn die Ausgangsspannung kleiner ist als die Eingangsspannung. So spart man sich die mindestens 0,5 V Spannungsabfall an einer echten Diode.

Fazit

Eine Powerstation ist ein etwas grobschlächtiges Werkzeug, um eine Notfunkstation mit netzunabhängigem Strom zu versorgen. Vor allem der Wechselrichter hat einen recht kräftigen Eigenverbrauch. Das stört nicht, wenn man damit Geräte mit diversen 100 W Leistungsaufnahme betreibt, z.B. Bohrmaschinen, Winkelschreifer usw. Beim Notfunk braucht man relativ geringe Leistung, das aber für eine längere Zeit.

Wer den Eigenbau scheut oder weitere Nutzungsmöglichkeiten sieht, der kann durchaus Notfunk mit einer Powerstation machen. Gewöhnlich liefern die 12-V-Ausgänge zusammen typisch 100 W. Meine Powerstation liefert stabilisierte 13,2 V, womit man übliche Transceiver gut betreiben kann.

Ohne Computer geht im Notfunk auch nichts mehr. Den Rechner sollte man nicht über die 230-V-Ausgänge betreiben, weil die Verluste zu groß sind. Gegenwärtig ist wohl die einfachste Lösung, ein KFZ-Netzteil, also einen Spannungswandler von 12 V auf 19 V zu verwenden. In absehbarer Zeit wird sich das Problem lösen, weil immer mehr Rechner, nicht nur Notebooks, mit USB-C und Power-Delivery arbeiten. Entsprechende USB-Ausgänge sind an Powerstations schon heute Standard.

Für den stationären Notfunk sehe ich den wichtigsten Vorteil einer Powerstation darin, dass man zwischendurch auch mal ein Gerät für 230 V nutzen kann. Da fällt mir der vorhandene Laserdrucker ein, mit dem man zweimal am Tag die per Winlink empfangenen Emails im Welfare-Traffic ausdruckt.

Wenn die Sonne genug scheint und die Solarmodule genug Energie liefern, kann man auch mal einen Wasserkocher oder einen Mikrowellenherd betreiben. Für den Notstrombetrieb des Kühlschranks ist man aber eher auf den Eigenbau angewiesen, weil man dafür einen ungewöhnlich schwachen Wechselrichter mit geringem Eigenverbrauch verwenden sollte. Bei einem Kühlschrank der Energieklasse A kommt auch ein hochwertiger Wechselrichter nur noch auf einen mittleren Wirkungsgrad von bestenfalls 50%. 7 W Ruhebedarf des Wechselrichters bedeutet 168 Wh/Tag oder 14 Ah aus einem 12-V-Akku.