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Öko-Strom autonom


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Heimwerker Praxis - epaper ⋅ Ausgabe 4/2022 vom 15.06.2022

Erneuerbare Energien im Garten nutzen

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Bildquelle: Heimwerker Praxis, Ausgabe 4/2022

Je idyllischer der Garten beziehungsweise Schrebergarten gelegen ist, desto schwieriger ist meist der Anschluss an öffentliche Versorgungsnetze wie Strom, Wasser und Abwasser. Und je weiter weg der Garten von den Segnungen der Zivilisation ist, desto eher möchte man auch mal eine längere Zeit dort verbringen. Die Wasserversorgung kann man in vielen Fällen mithilfe eines Brunnens oder einer Einrichtung zum Sammeln von Regenwasser lösen. Eine Sickergrube oder ein Plumpsklo können der „autonomen“ Entsorgung jenseits des Abwassernetzes dienen. Was man aber fast immer benötigt, wenn man ein wenig Komfort genießen möchte, ist Strom.

Strom benötigt man, um eine Brunnenoder Regenwasserpumpe zu betreiben, Strom sorgt abends für Licht und Unterhaltung – sei es Musik oder Fernsehen -, und um Getränke oder Grillgut frisch zu halten, ist ein Kühlschrank praktisch – der ...

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... ebenfalls mit Strom versorgt werden möchte.

Eine autonome Stromversorgung ist fernab der Zivilisation mehr als nur Luxus.

Eine Möglichkeit besteht natürlich darin, einen Generator zu verwenden. Doch der verbraucht Kraftstoff, produziert neben den Strom auch Abgase und – was in vielen Fällen noch nerviger ist – er verursacht Lärm.

Eine Alternative besteht darin, auf natürliche, erneuerbare Energien zu setzen. Hier kommt vor allem Solarenergie in Frage.

Auch Windenergie ist denkbar, doch dem stehen häufig Probleme bei der Bau- und Betriebserlaubnis entgegen.

Um eine autonome Stromversorgung im Garten zu gewährleisten, benötigt man in der Regel vier Elemente: Den Stromerzeuger, einen Laderegler, eine Batterie und einen Wechselrichter.

Solarstrom

Zum Erzeugen von Strom greift man in aller Regel auf Photovoltaik zurück. Das Angebot ist breit und reicht von mobilen Anlagen, die man bei Bedarf einfach aufstellen kann und wie sie etwa im Bereich des Campingzubehörs angeboten werden bis hin zu fest installierten Anlagen, die freistehend oder auf Dächern, etwa von Gartenhäusern, installiert werden.

Bei Solarmodulen unterscheidet man solche mit Polykristallinen und Monokristallinen Solarzellen. Dabei ist die Leistungsfähigkeit weniger von Poly- oder Monokristallinen Typen abhängig, sondern von der Qualität der Module. Die vom Modul aufgenommene Leistung wird an den Laderegler weitergegeben. Je mehr Solarmodule vorhanden sind, desto schneller kann die Batterie geladen und desto mehr Strom kann abgerufen werden. Die Erfahrung zeigt, dass beide Modultypen eine zirka 75-85 % Effizienz, abhängig von der Ausrichtung und der Neigung, erreichen.

Windkraft

Kleine Windkraftanlagen sind leider wenig verbreitet. Das liegt zum Teil daran, dass Bau- und Genehmigungsvorschriften kompliziert sind. Dazu kommt, dass zum sicheren Betrieb von Windrädern eine Installationshöhe zwischen acht bis zehn Metern erforderlich ist. Das ist schwer mit freistehenden Masten zu realisieren und hohe Dächer, auf denen man eine solche Anlage aufsetzen kann, gibt es im Garten selten.

Eine Alternative sind sogenannte Vertikale Windanlagen, die auch bei niedrigen Installationshöhen einen hohen Wirkungsgrad besitzen und leise sind.

Laderegler

Der Laderegler steuert die Aufladung der Batterie. Er passt Ladestrom und -spannung an den aktuellen Zustand der Batterie an, so dass ein möglichst großer Wirkungsgrad erreicht wird. Der Laderegler sollte an die ankommende Leistung des Stromerzeugers und den abgehenden Strom zur Speicherbatterie angepasst sein.

Batterie

Das Herzstück einer jeden autarken Anlage ist die Batterie. Sie dient als Puffer, wenn der entnommene Strom höher ist als der aktuelle Stromertrag und versorgt den Wechselrichter mit Strom. Je größer diese Speicherbatterie, desto mehr und schneller kann Strom abgerufen werden.

Wechselrichter

Die Aufgabe des Wechselrichters ist die Umwandlung des 12-V-Gleichstroms der Batterie in eine Sinus Wechselspannung. Er ist gleichzeitig Umwandler und Unterspannungsschutz. So lässt sich jedes elektronische Gerät vom Fernseher über die LED bis hin zu empfindlichen Geräten betreiben.

Je größer der Wechselrichter, desto höher kann der Spitzenverbrauch Ihres Geräts sein bzw. desto mehr Geräte können gleichzeitig mit Strom versorgt werden.

Solaranlage berechnen

Um die benötigte Größe für die Solaranlage zu finden, sollten ein paar Kernpunkte beachtet werden.

1. Strombedarf pro Tag Um den Strombedarf pro Tag zu ermitteln, wird der Verbrauch aller Geräte addiert, das klingt ziemlich einfach, sollte jedoch gründlich erfolgen, damit Engpässe später vermieden werden.

Ein Beispiel: Ein Fernseher verbraucht 60Wim eingeschalteten Zustand und läuft 4 ham Tag.

Das ergibt 60 W x4 h= 240 Wh.

Diese Berechnung wird für alle Geräte durchgeführt, die mit der Solaranlage betrieben werden sollen und die Ergebnisse werden dann addiert. Da nicht jeder Tag gleich ist, sollte das ungünstigste Szenarioangenommen werden. Um diesen Wert mit dem Energieinhalt einer Batterie vergleichen zu können, muss noch die Systemspannung dividiert werden, z.B. (240 Wh / 12 V = 20 Ah).

2. Spitzenverbrauch Um den Spitzenverbrauch der Anlage zu bestimmen ist eine einfache Überlegung nötig:

Welche Geräte werden gleichzeitig benutzt?

Ist das klar, werden die Nennleistungen (in Watt) der Einzelgeräte plus eine Sicherheit von 10 % addiert.

Beispiel: TV Gerät mit 50 W, Licht mit 30 W, Teichpumpe mit 300 W, Wasserkocher mit 700 W.

Daraus ergibt sich 50 W + 30 W + 300 W + 700 W = 1.080 W.

Plus eine Sicherheit von 10% mit eingerechnet, wird ein Wechselrichter benötigt, der mindestens 1.188 W liefern kann, das heißt ein 1.500 W Sinus-Wechselrichter.

3. Nutzungszeitraum pro Jahr Es sollte überlegt werden, wie lange im Jahr die Anlage genutzt werden soll. Von April

bis September kann von 6 Sonnenstunden ausgegangen werden. Das bedeutet, dass der Strombedarf pro Tag innerhalb von 6 Stunden eingesammelt werden müsste, um am nächsten Tag wieder voll durchstarten zu können. Bei einer ganzjährigen Nutzung, oder gar nur im Winter, sind die Sonnenstunden geringer. Entsprechend muss die Sonnenenergie, durch mehr Solarmodule oder eine größere Modulfläche schneller eingefangen werden.

4. Nutzungszeitraum pro Woche Ebenso wichtig, wie die Frage ob die Anlage im Sommer oder Winter genutzt wird, ist der Fakt, wie viele Tage hintereinander die Solaranlage genutzt wird. Bei einer täglichen Nutzung ist es klar, dass die Menge an Strom die heute verbraucht und morgen erneut benötigt wird, rechtzeitig und in voller Höhe wieder zur Verfügung stehen muss.

Dabei spielt die Jahreszeit eine Rolle: ob imSommer bei durchschnittlich 6 Sonnenstunden oder im Winter bei 2-3 Stunden Sonne pro Tag dieses Ziel erreicht werden soll. Sollten Sie die Anlage jedoch nur alle zwei Tage nutzen wollen, so bleibt ein Tag an dem die Batterie ohne Belastung aufgeladen werden kann. Das heißt nichts anderes, als dass nur die Hälfte an Watt-Paneelen benötigen wird, im Vergleich zur täglichen Nutzung.

5. Längere Zeit geringe Verbraucher oder kurze Zeit hohe Verbraucher nutzen Was für die Stromrechnung zu Hause keinen Unterschied macht, ist für die Batterie ein sehr großer. Einen Kaffee mit einem Vollautomaten (1.500 W) für 10 Minuten kochen (250 Wh) oder fünf Stunden lang TV (50 W) schauen (ebenfalls 250 Wh) kostet zu Hause dasselbe Geld.

Dr. Martin Mertens