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Armin(R)

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12.02.2016, 13:53
 

Wechselrichter im Alltagsbetrieb - Wirkungsgradproblem (Energieversorgung)

Hallo alle,
ich habe in letzter Zeit mal wieder unseren Stromverbrauch genauer analysiert und über die Details einer autarken Stromversorgung nachgedacht.

Dabei ist mir etwas Wichtiges klar geworden:

Um unseren üblichen Stromverbrauch autark zu decken, muß der Wechselrichter mindestens 3 kW Spitzenleistung haben, besser 4 kW. Diese hohe Leistung wird der Wechselrichter aber fast nie brauchen. Denn fast alle Kilowattstunden an elektrischer Energie, die wir konsumieren, fallen im Leistungsbereich zwischen 100 und (max.!) 300 Watt an. Und das schafft Probleme (dazu später).

Wieso nur so wenig Leistung?
Man sieht's anhand der Hauptverbraucher:
Wir haben 3 Kühl/Gefriergeräte, von denen statistisch über's Jahr weniger als einer der 3 Kältekompressoren läuft (sie brummen bei uns weniger als 30% der Zeit): 60 bzw. 75 W.
Unsere Spül- und Waschmaschinen ziehen im Einsatz nur etwa 10-20 Minuten lang die Heizleistung von etwa 2,3 Kilowatt. Die meiste Zeit - also stundenlang - ziehen sie weniger als 100 W für Pumpen oder andere Motoren (hängen beide an Warmwasser, die WaMa mittels Vorschaltgerät von Autarkie-Oldie).
Laptop, Router, Telefon, Fax, Solarsteuerung und andere "Dauerlutscher" ziehen jeweils nur ein paar Watt.
Die Solarpumpe (Solarthermie) läuft nur wenn die Sonne genug scheint und der Speicher nicht schon voll ist. Und auch dann zieht sie nur 45 W (weniger tät's auch).
Die Beleuchtung ist vollständig LED, also zieht selbst großräumige Festbeleuchtung weniger als 100 W. Normale Beleuchtung zieht weniger.
Wenn ich mit Werkzeugmaschinen arbeite, dann nur kurz oder selten.
Die "Kessel"pumpe vom Zentralheiz-Kaminofen zieht (wieder dank Vorschaltgerät von Autarkie-Oldie) im Betrieb durchschnittlich weniger als 7 W, das Vorschaltgerät auch fast nix. Ist eh' nur an wenn das Feuer brennt also etwa 1000 Stunden pro Jahr.

Insgesamt brauchen wir im Mittel 4 kWh/Tag oder knapp 1.500 kWh/Jahr.
Fast alle dieser Kilowattstunden fallen aber im Bereich von 100 bis maximal 300 Watt an.
Und da hat ein einfamilienhaus-tauglicher Wechselrichter (sprich: 3-4 Kilowatt) einen unterirdisch schlechten Wirkungsgrad.
So etwa 50%, nehme ich an.
(Autarkie-Oldie, was meinst Du? Z.B. Studer Xtender 4000-48 bei 2,5% bis allerhöchstens 7,5% seiner Leistung?)

Um unsere knapp 1.500 kWh autark zu decken, müßte ich also nach Abzug der Wechselrichter- und Akkuverluste deutlich über 3.000 kWh pro Jahr in den Wechselrichter einspeisen. Ich bräuchte fast doppelt so viel Photovoltaik und Akkubank, und fast alles nur um den miesen Wirkungsgrad des unterforderten Wechselrichters auszugleichen.

Der Wechselrichterhersteller Studer aus der Schweiz hat wegen diesem Problem TwinPower-Wechselrichter im Angebot, also technisch ein großer Wechselrichter mit einem kleinen Huckepack. Der kleine macht den Kleinkram, der große die (meist seltene) Schwerarbeit. Dadurch hat man fast immer etwa 90% Wirkungsgrad.

Wenn ich die technischen Informationen richtig verstehe, kann man die neuen Xtender-Wechselrichter von Studer untereinander kombinieren. Oder sie z.B. benutzen, um andere Stromquellen (Kleingenerator, Campingplatzanschluß, Yachtliegeplatz, schwacher Wechselrichter) zu unterstützen.

Das heißt es müßte möglich sein, einen kleine Studer Xtender (1400W / 48V) und einen größeren (4000W / 48V) zusammen zu betreiben.

Der kleinere würde im Dauerbetrieb den Kleinkram erledigen, der größere würde fast immer im StandBy vor sich hindösen und nur ab und zu aufwachen, um ein paar größere Lasten zu versorgen. Der kleinere Wechselrichter könnte dadurch meist im Bereich von etwa 90% Wirkungsgrad arbeiten.

Frage an Autarkie-Oldie: Klappt das so?

Nachteil wäre (scheinbar) der Preis: Der kleinere Wechselrichter kostet einen Tausender extra.

Vorteile: Man spart sich einen Haufen Photovoltaik und Akkus.
Man kommt insgesamt billiger weg.
Außerdem hat man insgesamt stolze 5,4 Kilowatt Spitzenlast, und könnte sogar noch einen kleinen NOTstromgenerator dazupacken für insgesamt fast 6,5 Kilowatt. Interessant z.B. für Bauarbeiten.
Außerdem hat man ZWEI Wechselrichter im Haus. Wenn mal einer kaputt geht, hat man (ggf. nachdem man ein paar Knöpfe richtig gedrückt hat) mit Einschränkungen immer noch Strom im Haus.

Bin mal neugierig auf die Rückmeldungen, nicht nur von Autarkie-Oldie. Ich schätze, das ist ein verbreitetes Problem.

Ich werde gleich noch ein paar weniger komfortable Lösungen in einem extra Beitrag erwähnen. Die sind nämlich preisgünstiger. Falls das jemand bevorzugen würde :-D

Grüße
Armin

Armin(R)

E-Mail

12.02.2016, 14:14

@ Armin

Günstige Alternativen für technisch versierte. Bitte ergänzen

Hallo Forum,
wer die Ausgaben scheut gleich zwei hochwertige Wechselrichter zu bezahlen, der könnte sich anderweitig behelfen:

Man nimmt einen schwächeren aber komfortablen und effizienten Wechselrichter (z.B. 1,5 kW für 1000€) für fast alle Verbraucher im Haus und besorgt sich für die stärkeren Verbraucher z.B. über Ebay eine gebrauchte USV (Stromausfall-Absicherung für Computer).
24V Modelle gibt's genug, 48V Modelle auch ab und zu. So bekommt man für wenige hundert € (falls überhaupt) einen 3-Kilowatt-Wechselrichter für's Grobe.
Den hängt man an die große Haus-Akkubank und schaltet ihn nur ein (Hochstromschalter im Gleichstromkreis) wenn man Waschmaschine, Spülmaschine oder schwerere Maschinen betreiben will (ggf. mit Anlaufstrombegrenzer).
So ähnlich wie in italienischen Haushalten, wo es zwei Klassen von Steckdosen gibt: Forza und Luce. Kraftstrom und Lichtstrom quasi :-P

Mit dem starken USV-Wechselrichter kann man sogar bei strahlendem Sonnenschein und vollen Solarakkus den Wasserkocher gratis solar betreiben, oder den alten Elektroherd als Solarkocher.
Solarer Elektro-Grill.
Solar-Dörrapparat.
Sowas in der Art :-)

Alternativ könnte man in einem autarken Haushalt auch die Heizelemente von Spül- und Waschmaschine durch schwächere Heizelemente ersetzen (verbessert sogar das Waschergebnis) und sich so um einen starken Wechselrichter drücken.
Bei manchen Modellen gibt's das sogar als Originalteil für schwache Stromnetze. Sonst kann man auch einen "Dimmer" dazwischenschalten. Manche moderneren Geräte erzeugen dann aber Fehlermeldungen, weil es nicht schnell genug warm genug wird.

Mir gefällt die 2-Wechselrichter-Lösung besser, obwohl ich auch nicht Krösus bin. Muß wohl das Alter sein :-P

Grüße

Armin

P.S. Ich hoffe, es kommen noch bessere Vorschläge. Ich bin wie man sieht nicht grad der Elektriker ;-)

Autarkie-Oldie(R)

28.02.2016, 17:07

@ Armin

Günstige Alternativen für technisch versierte. Bitte ergänzen

Hallo,

wir immer kommt es auf den speziellen Einzelfall.

Fast immer, wenn ein Interessent nicht gerade total beratungsresistent ist, fliegt ein einziger, selten benötigter Starkverbraucher eher raus, als das man für ihn extra einen megagroßen WR einsetzt.

Wo es aber wirklich um "sparen" geht, lässt man die 100% Autarkie aber besser ganz sein - denn hierzulande (wegen des Winters) wird das nicht günstiger.

In Ganzjahres-Anlagen empfehlen wir immer mit ZWEI Geräten zu arbeiten, um nicht im Dunkeln zu sitzen. Das können 2 Gleiche sein, die parallel geschaltet werden, 1 Kleiner und 1 Großer oder 1 Guter und 1 Billiger (für den Notfall). In aller Regel bauen wir aber eine Anlage im Betrieb nur auf EINEN WR auf.


USV-Komponenten (auch Batterien) haben wir bisher nie berücksichtig, weil sie weder für einen Dauer-Einsatz, noch für sparsame (!) Nutzung, entwickelt wurden - sondern kurzzeitige UNTERBRECHUNGSFREIE Stromversorgung.

Wer nur auf den Preis schaut, kann auch das Risiko der vielen neuen China-Importe eingehen, die teilweise für 20% unserer Preise gleiches bieten wollen...

Es geht immer irgendwie billiger. Ist man aber wirklich irgendwo autark und auf den Strom angewiesen, können Experimente für Stress sorgen.

Die Twinpower-Serie von Studer wurde mittlerweile eingestellt. Hat wohl seinen Grund.

Beim WR-Betrieb muss man Dauerlauf und kurzzeitige Spitze unterscheiden. Passen die Geräte, muss es oftmals nicht so groß sein. Wir sind jahrelang in Sardinien mit dem XPC 1648 (mit WaMa, SpüMa & Co.) gut über die Runden gekommen.

Wegen größerer WR-Leistung bedarf es aber nicht grundlegend größerer Kapazität (Batterien) oder Generatorleistung (Solarmodule). Energiemenge (kWh) und Leistung (kW) sind 2 verschiedene Dinge.

Eine echte, vernünftig dimensionierte, autarke Inselanlage wird im Sommer immer Strom verschenken und im Winter zu wenig haben. Dafür hat man dann einen Notstromer.

Ein Studer Xtender hat auch schon im kleinen Bereich einen guten Wirkungsgrad und sein Vorteil ist das eingebaute Ladeteil, um Nostrom viel besser ausnutzen zu können. Beides kombiniert, könnte notfalls auch Extrem-Verbraucher versorgen.

Armin(R)

E-Mail

29.02.2016, 21:57

@ Autarkie-Oldie

Günstige Alternativen für technisch versierte. Bitte ergänzen

» Hallo,
»
» Wegen größerer WR-Leistung bedarf es aber nicht grundlegend größerer
» Kapazität (Batterien) oder Generatorleistung (Solarmodule). Energiemenge
» (kWh) und Leistung (kW) sind 2 verschiedene Dinge.

Ich weiß. Da habe ich mich wohl unklar ausgedrückt.

Es geht darum: Wenn ich im Jahr z.B. 1500 kWh verbrauche und 1000 kWh davon im LEISTUNGSbereich von etwa 100 - 150 W anfallen, dann wird der Wirkungsgrad eines Wechselrichters mit 2-4 kW Spitzenleistung lausig sein.

Und wenn der dann bei z.B. knapp 50% Wirkungsgrad (bei 100-150W Leistung) arbeitet, dann zieht der sich halt 2000 kWh rein, nur um die 1000 kWh Schwachlast bereitzustellen.

Darum habe ich von größeren Modulen/Akkus gesprochen.

Ihr habt doch z.Zt. einen 48V-Xtender in Sardinien im Betrieb, oder? Wie ist dessen Wirkungsgrad etwa bei 100-150W?

Weißt Du das zufällig?

Grüße

Armin

Autarkie-Oldie(R)

16.03.2016, 11:17

@ Armin

Günstige Alternativen für technisch versierte. Bitte ergänzen

Dazu gibt es leider keine genauen Zahlen und eigene Tests können wir nicht machen.

Aber im Gegensatz zu Billig-Invertern liegen die Unterschiede nicht so groß.

Ein Anhaltspunkt kann der max. Wirkungsgrad sein, kombiniert mit dem Eigenverbrauch.

Xtender - je nach Typ: 93-96 %, 7 - 30 W.

Da größere Ströme für ungleich stärkere Batterie-Entladung sorgen, wird der Effekt, im Klein-Leistungsbereich sich in etwas ausgleichen, also irgendwo um 10 - 15% liegen.

Alternativ nehmen manche diese oder andere gleiche Modelle, die man parallel schalten kann.

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