Meine unterbrechungsfreie Notstromversorgung

23. September 2022 (aktualisiert am 5.10.2022 um 17:00)

Da wir bei bevorstehenden Stromausfällen uns nicht auf Dauer mit Taschenlampen und Kerzenschein begnügen wollen, kommt eine provisorische Notstromversorgung zum Einsatz, die im Falle eines Falles schnell einsatzbereit ist. Wichtig war mir eine möglichst kostengünstige Lösung.

Es gibt auf dem Markt übrigens fertige Lösungen wie z.B. den EcoFlow, den es in verschiedenen Größen gibt. In einem kompakten Gehäuse sind die Lithium-Batterie, der Sinus-Wechselrichter und das Ladegerät integriert. Das ist sehr praktisch. Tragbar ist der Apparat auch. Allerdings sind diese Produkte wesentlich teurer als meine Notstromversorgung auf der Basis von Bleibatterien.


Die Gemeinde Feldbach in Österreich scheint laut ihrem Video auf einen möglichen Black Out perfekt vorbereitet zu sein und hat sogar eigens eine Informationsbroschüre an ihre Bürger verteilt.

Vorüberlegungen: Die meisten Stromausfälle werden hoffentlich nicht länger als ein paar Stunden dauern, wenn es sich um gezielte Stromabschaltungen auf Grund von Strommangellagen handelt. Man spricht bei einer absichtlich eingeleiteten Stromabschaltung von einem Brown Out. Kerzenlicht ist sicherlich anfangs romantisch. Leider ist es zu dunkel und mit der Zeit leidet die Luftqualität. Taschenlampen können nur zur Orientierung dienen. Gesucht ist eine Notstromversorgung für eine Notbeleuchtung, die das Lesen von Büchern erlaubt und zum Beispiel die Essenszubereitung (ohne elektrisches Kochen, Backen und Braten) ermöglicht.

Mit einer 80 Ah großen Bleibatterie, die speziell für Solaranlagen geeignet ist, kommt man leider nicht weit, da sich aus ihr nur ein halbes kW entnehmen lässt. Das reicht aber immerhin für etwa 15 Stunden Notbeleuchtung, zum Laden der Akkus für die Taschenlampen und Transistorradios und eventuell für einen Filmabend. Unser kleiner Flachbildfernseher benötigt etwa 70 Watt. Die Spielfilme kommen von der angeschlossenen USB-Festplatte.

Es ist davon auszugehen, dass das Internet bei einem Stromausfall ebenfalls  ausgefallen ist und die Rundfunk- und TV-Sender nach ein paar Stunden ebenfalls nicht mehr senden, wenn ein größeres Gebiet über einen längeren Zeitraum betroffen ist. Ebenfalls wichtig ist es seine Smartphones aufladen zu können, da meistens der Mobilfunk und der mobile Datenfunk noch einige Stunden zur Verfügung steht. Wer seinen Lesestoff auf dem Smartphone gespeichert hat, ist von Vorteil, da eine Leselampe nicht notwendig ist.

Black Out: Was bei einem Black Out zu erwarten ist, erklärt der österreichische Black-Out-Spezialist Herbert Saurugg auf https://youtu.be/okAHWwpwfXw  in seinem Fachvortrag. Der fehlende Strom ist für die Privathaushalte dann ein eher untergeordnetes Problem, bis der Strom nach etwa einer Woche wieder kommt. Es gibt größere Probleme, die einem die romantischen Abende bei Kerzenlicht versauen. Über mehrere Tage funktioniert nicht mehr die Wasserversorgung und die Heizung fällt aus. Die Klospülung geht auch nicht mehr. Lebensmittel können nicht gekauft werden. Tankstellen funktionieren nicht. Apotheken können nicht liefern. Krankenhäuser sind nur im Notbetrieb. Das Internet und der Mobilfunk fallen aus. Polizei und Feuerwehr sind nicht mehr erreichbar. Notrufe können nicht mehr abgesetzt werden. Eigentlich funktioniert dann nichts mehr und man ist über mehrere Wochen auf sich alleine gestellt, bis Lieferketten und Geschäfte wieder halbwegs funktionieren. Wer sich nicht rechtzeitig Vorräte angeschafft hat und sich nicht vor Hunger, Durst und Kälte schützen kann, gelangt in eine lebensbedrohliche Lage.

Die Notstromversorgung: Im Keller steht ein 12 Volt-Bleiakkumulator mit 80 Ah Kapazität. Daran angeschlossen ist ein Wechselrichter für 230 Volt, der einen echten Sinus liefert, und ein Netzladegerät für Bleiakkumulatoren. Das Netzladegerät besteht aus einem kommerziellen Schaltnetzteil, das sich auf 14,4 Volt einstellen ließ und um eine Schutzschaltung ergänzt wurde. Es ist unter

https://elektronikbasteln.pl7.de/batterieladegeraet-145-volt-25-a-mit-schutzschaltung

beschrieben.

Unterbrechungsfreie Notstromversorgung. Links das Ladegerät, das an einer Zeitschaltuhr mit dem Stromnetz verbunden ist, damit die Bleibatterie für Solaranlagen 10 Minuten pro Tag automatisch nachgeladen wird. Dadurch ist sie immer voll. Zur Sicherheit ist der Ausgang des Ladegeräts mit einer 10-A-Sicherung abgesichert. Auf der Batterie ist eine Matte aus Silikon, damit herunterfallende Metallteile keinen Kurzschluss zwischen den Batteriepolen erzeugen können. Rechts der 1500 Watt starke Wechselrichter, welcher einen echten Sinus liefert. Er ist mit einem Wippschalter ausgeschaltet. Selbst ohne Last würde er im eingeschalteten Zustand 10 Watt verbrauchen.
Die Kabel von der Batterie sind mit dem Wechselrichter verschraubt. Schutzkappen schützen vor gefährlichen Kurzschlüssen, die eine Brandgefahr darstellen.

Die Einrichtung ist einsatzfähig aufgebaut. Das Ladegerät hängt an einer Zeitschaltuhr, damit das Ladegerät für eine Erhaltungsladung die Batterie 10 Minuten pro Tag lädt. Im Falle eines Stromausfalls muss alles vorbereitet sein. Ich gehe dann mit der Taschenlampe in den Keller, lege den vorderen Wippschalter am Wechselrichter um und die angeschlossene Schreibtischlampe liefert sofort ein Arbeitslicht. Die Zeitschaltuhr wird deaktiviert, damit die Batterie sofort geladen wird, wenn der Strom wieder da ist. Dann stecke ich den Stecker der Kabeltrommel in die Netzsteckdose des Wechselrichters. Das Kabel ist an der Werkbank zugentlastet. Ich mache das Licht aus und gehe mit der sich abspulenden Kabeltrommel nach oben in die Wohnung.

Die Kabeltrommel liefert aus vier Steckdosen Strom für die Notbeleuchtung. Angeschlossen sind Verlängerungskabel, die allerdings Stolperfallen darstellen können.

Jetzt haben wir Strom in der Wohnung. Mit Verlängerungskabeln können wir an günstigen Stellen LED-Lichtquellen anschließen. Alte Nachttischlampen, die mit LED-Lampen bestückt sind, haben sich als hell und sparsam erwiesen. Mit 30 Watt sind das Wohnzimmer, die Küche, der Eingangsbereich und die Essecke ausgeleuchtet. Das Licht streut auch noch in andere Zimmer, die dadurch nicht stockdunkel sind.

Hier habe ich eine alte Nachttischlampe einfach an die Decke gehängt. Die 7 Watt starke LED-Lampe erzeugt genügend Licht in der Küche, im Vorraum und in der Essecke. Der Abend ist gerettet.
Soll es noch etwas heller werden, lässt sich schnell eine LED-Leiste aufhängen. Sie benötigt 30 Watt.

Eine Bleibatterie darf nur zur Hälfte entladen werden. Eine Batterie mit 12 Volt und 80 Ah stellt tatsächlich 40 A x 12 Volt = etwa 500 Wh zur Verfügung. Bei einem durchschnittlichen Verbrauch von 30 Watt hält die Batterie etwa 16 Stunden durch. Das reicht für zwei bis drei Abende. Zu berücksichtigen ist noch, dass der hier verwendete Wechselrichter einen Wirkungsgrad von 88% hat und ohne Last 10 Watt verbraucht. Für den Notfall darf die Bleibatterie auch tiefer entladen werden. Dann sinken die maximal möglichen Ladezyklen.

Mit den Notstrom lassen sich auch die Akkus für die Transistorradios und Taschenlampen laden. Die USB-Steckernetzteile für die Smartphones erhalten ebenfalls Strom.

Da der Batterielader permanent an der Batterie angeschlossen ist, lädt er sofort die Batterie nach, sobald der Strom wieder da ist. Oft kommt es an einem Tag zu mehrfachen Stromabschaltungen, bis sich das Netz wieder stabilisiert hat. In diesem Fall ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung besonders angenehm.

Bei längeren Stromausfällen von mehreren Tagen kann die Batterie zur Not mit einem Starterkabel und einem Auto im Standgas nachgeladen werden. Das ist aber nicht sehr effektiv, da in die zu ladende Batterie maximal 8 Ampere hineinfließen. Im Leerlauf benötigt ein Auto etwa ein Liter Treibstoff pro Stunde. Im skandinavischen Winter ist es für eine Solaranlage leider selbst um die Mittagszeit zu dunkel. Im Sommer ist es genau umgekehrt. Eine Solaranlage liefert Strom im Überfluss und die Abende sind hell.

Zum Vergleich zwei Wechselrichter gleicher Leistung für maximal 1500 Watt. Oben ein Wechselrichter, der einen echten Sinus liefert. Unten ein Wechselrichter, der nur einen modifizierten Sinus liefern kann. Er kostet dafür wesentlich weniger. Nach meinen Erfahrungen ist der modifizierte Sinus für LED-Lampen geeignet, wenn es sich um eine Notbeleuchtung handelt. Es kann sein, dass sich die Lebensdauer der LED-Lampen verkürzt.
Von Nachteil ist der unvermeidbare Ruhestrom eines Wechselrichters, der bei meinem Exemplar für einen Verbrauch von 10 Watt sorgt selbst wenn keine Verbraucher angeschlossen sind. Bei meinem Wechselrichter lässt sich eine mitgelieferte Fernbedienung über ein normales Netzwerkkabel anschließen, um es damit an- und auszuschalten. Sehr praktisch in Wohnmobilen.

Leider gibt es einen Nachteil mit der unterbrechungsfreien Stromversorgung. Ist die Batterie erschöpft, schaltet sich der Wechselrichter automatisch ab. Kommt dann wieder Strom, lädt das Netzteil automatisch nach. Leider schaltet sich der Wechselrichter dann nicht automatisch wieder ein. Man muss den Wechselrichter von Hand ausschalten und dann wieder einschalten.

Ist die Batterie schwach, kann der Anlaufstrom nicht ausreichen, um zum Beispiel Kühlgeräte zu betreiben. Diese unangenehme Erfahrung musste ich machen, als ich unseren alten Kühlschrank ebenfalls an die Notstromversorgung hängte. Als er sich einschaltete, war alles dunkel. Es ist jedoch nicht nötig den Kühlschrank gleich mit Notstrom zu versorgen, da der Stromausfall nach einigen Stunden meisten vorüber ist. Bei einem Black Out im Winter kommt der Inhalt des Kühlschranks vor Tieren gut geschützt ins Freie.

Die erste Version meiner Notstromversorgung bestand aus der Starterbatterie eines abgemeldeten Fahrzeugs und einem einfachen Wechselrichter, der nur einen modifizierten Sinus liefert. Für ein paar Stunden Licht aus LED-Lampen reicht es. Man bedenke, dass Starter-Batterien auf Dauer nicht für viele langsame Entladungen geeignet sind. Diese hier eingesetzte 45 Ah-Starterbatterie würde tatsächlich nur (45 A / 2) x 12 = 0,27 kWh zur Verfügung stellen. Auf diese Weise ist man aber für nur 30 bis 50 Euro dabei und hat genügend Licht für den Notfall.

Hat man bei einer zu schwachen Batterie nicht genügend  Strom für das Einschalten von induktiven Lasten, können parallel zur Batterie geschaltete Superkondensatoren (Supercaps) das Problem lösen. Sie können sogar experimentell als Ersatz für Starterbatterien dienen und ein Auto anlassen. Im Vergleich zu normalen Batterien haben Superkondensatoren eine geringe Energiedichte bei einer hohen Leistungsdichte. Das heißt, dass die gespeicherte Energie gering ist. Sie kann aber sehr schnell abgegeben werden, was hohe Entlade- und Ladeströme erlaubt.


6 Superkondensatoren 350 Farad / 2,5 Volt in Reihe als Ersatz für eine Autobatterie. Nachteil: Nach ein paar Tagen ist dieser Energiespeicher entladen. Er taugt als Ersatz für eine Starterbatterie nicht. Aber das Auto springt an und die Entladeströme sind sehr hoch.

Die 1500 Watt eines Wechselrichters reichen tatsächlich aus, um eine Kaffeemaschine zu betreiben. Dabei werden die dicken Batteriekabel spürbar warm und die Batterie ist schnell entladen. Strom aus Batterien ist aber viel zu kostbar als Wärmequelle. Eine 20 kg schwere Bleibatterie liefert gerade mal 0,5 bis 1 kWh. Nicht viel besser sieht es bei Akkus auf Lithiumbasis aus. Ein kg Benzin oder Diesel liefern etwa 10 kWh und ein Liter Brennspiritus besitzen 6 bis 7 kWh Energie. Das ist eine andere Größenordnung. Zum Kochen und Heizen sind Batterien als Energiespeicher im reinen Notstrombetrieb ungeeignet.

Die 1500 Watt des Wechselrichters werden benötigt, um die hohen Anlaufströme eines Kühlgeräts oder anderer induktiver Lasten zur Verfügung zu stellen. Elektrowerkzeuge konnte ich ebenfalls mit Wechselrichtern betreiben. Man weiß nie, welche Aufgaben während eines Stromausfalls zu meistern sind.

Den Notstrom in die Hausinstallation einspeisen. Ist das eine sinnvolle Alternative? Das habe ich mal ausprobiert:

Vorderansicht eines Wechselrichters für die Notstromversorgung.
 Experimentelle Notstromeinspeisung in die Hausinstallation – 26. September 2022: Zu experimentellen Zwecken habe ich einen einphasigen Wechselrichter mit einer maximalen Leistung von 1500 Watt in meine dreiphasige Hausinstallation eines schwedischen Einfamilienhauses eingespeist, um zu erfahren, ob sich der Aufwand für eine korrekte Installation überhaupt lohnen kann. Bitte keinesfalls nachmachen, da es gefährlich ist, wenn man einen Fehler macht und sich nicht auskennt. – weiter –

Es ist aber gefährlich und sollte nur von jenen ausgeführt werden, die genau wissen, was sie tun. Ansonsten fliegen einem die Sicherungen und noch mehr um die Ohren. Brandgefahr besteht auch noch. Ich rate davon dringend ab, da es lebensgefährlich sein kann. Vorher ist die Hausinstallation selbstverständlich vom Netz zu trennen.

Viele Verbraucher sind vorher abzuschalten, um den Strom nicht unnötig zu vergeuden. Am Anfang, wenn die Batterie noch voll ist, merkt man dem Notstrombetrieb nichts an, wenn man nicht gerade den Herd, die Kochplatten und den Wasserkocher einschaltet. Ich schaltete sogar das alte Röhrenradio an und hörte ganz normal UKW. Der Gefrierschrank und der Kühlschrank liefen ganz normal. Immerhin konnte ich auch den Geschirrspüler im kurzen Spülgang betreiben. Nach zwei Stunden war dann der „Spaß“ vorbei. Plötzlich wurde es stockdunkel, weil sich der Wechselrichter wegen Überlastung abschaltete. Die Batterie war schon schwach geworden und der hohe Einschaltstrom des alten Kühlschranks setzte dem Experiment ein jähes Ende.

Die Einspeisung des Notstroms in die Hausinstallation ist auf diese Weise  selbstverständlich strengstens verboten und widerspricht allen Sicherheitsvorschriften. Davon ist dringend abzuraten. Es kann lebensgefährlich werden oder die Bude brennt einem ab.

Was wäre die ideale Batterielösung für einen richtigen Ersatzstrom ohne Komforteinbußen? Ein Gedankenspiel: Eine solche Energiequelle ist technisch machbar und man müsste sie auch nicht nachladen.  Es gibt Radionukleidbatterien, die eine sehr lange Haltbarkeit haben. Wenn sie nur die thermische Energie der radioaktiven Zerfallsprozesse mit Peltier-Elementen in elektrische Energie umwandeln, spricht man von einem RTG. Allerdings können sie Privatpersonen aus guten Gründen nicht kaufen. Wer solche radioaktiven Gegenstände in den Verkehr bringt, macht sich selbstverständlich strafbar. In Russland wurden sie aus alten Leuchttürmen ausgeschlachtet ( siehe Artikel hier ). Sie sollen auf dem  Schwarzmarkt angeboten worden sein. Aber diese Zeiten sind vorbei.

Alte russische RTGs. Ein paar gebrauchte davon reichen für ein Einfamilienhaus und man muss nie wieder eine Stromrechnung bezahlen. Aber aus guten Gründen macht der Gesetzgeber da nicht mit. ( Quelle: https://bellona.org/news/nuclear-issues/2017-09-feisty-mayor-in-russia-far-east-wants-his-nuclear-trash-collected )

Die Leistung der RTGs beträgt nur wenige Hundert Watt. Dafür halten sie über Jahrzehnte und sie sind wartungsfrei. Ihr Betrieb ist vollkommen geräuschlos. Man müsste die abgegebene Leistung für den Hausgebrauch noch in Akkumulatoren zwischenspeichern, um den Spitzenbedarf zu decken. Theoretisch ginge es, wenn Geld keine Rolle spielen würde und Privatpersonen Zugriff auf die radioaktiven Materialien hätten. Der Gesetzgeber schiebt dem natürlich ein Riegel vor, damit niemand mit dem hochradioaktiven Material Unfug anstellen kann. Die Dinger sind lebensgefährlich und keine Bastelobjekte. Mit der Strahlenbelastung darf man es jedenfalls nicht so streng nehmen, wenn man sich ein RTG fürs Eigenheim zulegen könnte.

Nachtrag vom 3.10.2022: Die Notstromversorgung hat eine weitere Batterie erhalten. Die angespannte Lage auf dem europäischen Energiemarkt  hat mich dazu bewogen. Damit stehen jetzt insgesamt bis zu 2 kWh zur Verfügung. Im Notbetrieb dürfen auf die Batterien auf Kosten ihrer Lebensdauer fast entladen werden. Ich gehe davon aus, dass Stromabschaltungen hoffentlich nicht zur täglichen Routine gehören werden.

Parallelschaltung von zwei Bleiakkus. Kurzschlüsse sind unbedingt zu vermeiden. Eine Abdeckung ist empfehlenswert.
Notstromversorgung mit zwei Bleiakkus zu je 12 Volt und 80Ah.
Es gibt immer etwas zu tun. Den Lüfter des Batterieladers musste ich auf Dauerbetrieb umschalten, da die zwei parallel geschalteten Batterien jetzt maximal 16 Ampere Ladestrom verlangen.

Im Falle eines Stromausfalls dauert die Umstellung auf Notstrom zwei bis drei Minuten. Die dazu notwendigen Verlängerungskabel und Ersatzleuchten sind griffbereit untergebracht. Den Vorgang habe ich bereits mehrfach geübt. Jetzt bin ich endlich für die kommenden Stromausfälle gerüstet.

Endlich! Die Notstromversorgung hat einen sicheren Platz unter der Werkbank gefunden. Brandschutz ist wichtig wegen der hohen Ströme, welche die Batterien liefern können. Auf dem Batterien liegt eine Silikonmatte, die vor Kurzschlüssen schützt. Vor dem Netzgerät ist das Kabel zu den Batterien mit einer 16-Ampere-Sicherung abgesichert. Diese liegt auf einer Keramikkachel, da sie heiß werden könnte, bevor sie auslöst. Auf den Batterien liegt zudem ein Brandschutzmelder. Man weiß ja nie. Das Netzteil ist ein Industrienetzteil, das 30 Ampere im Dauerbetrieb aushalten soll. Es ist selbstverständlich mit einem Schutzleiter verbunden. Die Batterien werden über eine Zeitschaltuhr regelmäßig nachgeladen. Rechts ist die Fernbedienung für den Wechselrichter zu sehen. Die Fernbedienung ist über ein Netzwerkkabel mit dem Wechselrichter verbunden. Die Kabeltrommel ist über eine Zugentlastung mit dem Wechselrichter verbunden. Die ganze Anlage ist sofort einsatzbereit.

Laut einem Artikel des Svenska Dagbladet vom 4.10.2022 ist in Südschweden die Wahrscheinlichkeit für Stromsperren gestiegen.  Man geht nun von 139 Stunden statt 49 Stunden Stromsperren für den kommenden Winter aus. Von Stromsperren sind hauptsächlich Gebiete mit Einfamilienhäusern in den Randgebieten der Städte betroffen, die keine systemrelevanten Einrichtungen (z. B. Krankenhäuser, Polizei, Feuerwehr, Polikliniken u.s.w.) besitzen. Demnach wäre an meinem Wohnort die Wahrscheinlichkeit für Brown Outs hoch.