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Samstag, Dezember 4, 2021
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    Strom- und Energiemessung im KFZ und Wohnmobil, Inselanlage und Mobilakkus

    Multimeter Zange / © Engelmann Fotografie

    Basiswissen für den richtigen Umgang mit Akkus und Autobatterien

    Dieser Beitrag soll ein kleines 1×1 über Leistung, Strom und Energie sein. Dies gilt im besonderen für Menschen, die autark mit Inselanlagen oder Autostrom leben. Doch auch Musiker und andere Künstler mit mobilen Akkusystemen können hier profitieren. Hier gibt es wichtiges Basiswissen über die Kapazität von Batterien und wie wir den Batterieverbrauch einzelner Verbraucher messen und beurteilen können oder wie wir die Laufzeit der Batterie bei bekannter Kapazität abschätzen können.

    Dieser Beitrag versucht in leicht verständlicher Form dieses doch komplexe Basiswissen so zu vermitteln, dass auch blutige Laien es verstehen …
    NACHTRAG: Da der Artikel sehr beliebt ist, habe ich zum Schluss noch eine einfache Abschätzung für eine Photovoltaikanlage in Verbindung mit der zugehörigen Batteriekapazität drangehängt.

    Unterwegs immer Strom: hier ein mobiler Camper mit einem autarken Akkusystem am wunderschönen Gelterswoog bei Kaiserslautern

    Es gibt viele Arten, Energie zu speichern: Akkus, Batterien, sonstige chemische, mechanische oder thermische Speicher. Da wir uns im Bereich PKW und Wohnmobien bewegen, gehe ich zur Vereinfachung davon aus, dass wir es mit einem 12-Volt-System zu tun haben. In dem Fall ist unser Energiespeicher eine Autobatterie.

    Wie können wir uns eine Batterie vorstellen?

    Am einfachsten wie ein Bierfass mit Zapfhahn. Das Fass hat dann eine bestimmte Menge Bier, das wir entweder langsam oder schnell abzapfen: je nachdem, wie weit der Zapfhahn geöffnet ist, fließt mehr oder weniger Bier. Klar auch – zapfen wir langsam und kontinuierlich wenig – haben wir lange was davon. Zapfen wir große Halbe mit weit geöffnetem Zapfhahn, ist das Fass schneller leer.

    Und irgendwann isses leer. Wie bei einer Batterie; sie hat eine bestimmte Kapazität an elektrischer Ladung, die entweder schnell oder langsam entnommen werden kann. Diese „Ladungsmenge“, die wir in Form von elektrischem Strom entnehmen, ist auf der Batterie als Ah  – Amperestunde angegeben. Dabei ist A  der aktuell fließende Strom in Ampere , die Zeiteinheit 1 h = 1 Stunde .

    Strommessung berührungslos mit der Stromzange

    So lässt sich der Strom an einer Batterie messen, in unserem Beispiel nehmen wir eine Batterie, die mit 12 Volt und 100 Amperestunden angegeben ist. Um die positive 12 V Zuleitung wird eine Stromzange gelegt, die den Strom misst, den wir der Batterie entnehmen. Denn wenn wir den Strom messen, wissen wir, welche Leistung der Batterie momentan entnommen wird. Das geht recht einfach nach der Formel:

    Die Leistung ist der aktuell fließende Strom der mit der Batteriespannung malgenommen wird: Leistung P (Watt) = Stromstärke I (Ampere) · Spannung U (Volt) 

    12V / 100 Ah Batterie mit Stromzange in der + Zuleitung

    Das Amperemeter zeigt uns den Strom an, die Batterieleistung nehmen wir konstant mit 12 Volt an. Ein Beispiel: wir messen den Ruhestrom des Spannungswandlers mit 1 Ampere, dann ist die verbrauchte Leistung = 1 Ampere mal 12 Volt = 12 Watt. Schalten wir weitere Verbraucher dazu, steigt der Strom, den wir der Batterie entnehmen und entsprechend auch die Leistung.

    Ich hab´ zu dem Thema hier mal einige Videos vorbereitet:

    Wichtig: beim letzten Video ist mir ein Rechenfehler unterlaufen: 50 / 25 sind natürlich 2 und NICHT 20! Die Batterie hält also 2 Std.

    Wie lange hält also unsere Batterie?

    Auch einfach: Jede Batterie hat einen Aufdruck wieviel Amperestunden sie an Kapazität hat. Nehmen wir eine AGM- Batterie mit dem Aufdruck 100 Ah, dann kann diese Batterie theoretisch 100 Stunden lang 1 Ampere liefern oder 50 Stunden lang 2 Ampere oder eben 2 Stunden lang 50 Ampere.

    Hinweis: In der Praxis ist es so, dass man diesen Batterien nur maximal 50% der Kapazität entziehen soll, damit sie keinen Schaden nehmen. Das hieße, dass wir 50 Ah entnehmen können, also beispielsweise 1 Ampere dann über 50 Stunden.

    Wer jetzt wissen möchte, welche Energie die Batterie insgesamt zur Verfügung stellt, nutzt folgende Formel: Energie = Leistung · Zeit. Dann hätte unsere Batterie mit 12 Volt und 100 Ah eine Gesamtenergie von 100 Ah mal 12 Volt = 1.200 Watt-Stunden. Das wären 1,2 KWh.

    Was passiert, wenn wir unsere Batterie nachladen?

    Wieder einfach: Solange die zugeführte Energie die entnommene Energie mindestens ausgleicht und die minimal zugelassene Entladekapazität der Batterie nicht unterschritten wird, können wir mit der Batterie arbeiten.

    Stromzange mit APP und Bluetooth Verbindung für erweiterte Möglichkeiten

    Um sich frei im Auto zu bewegen oder auch Langzeitmessungen (Dauerverbrauch / Spitzenwerte / Stromlecks) zu machen, ist es sinnvoll die Messwerte auf ein Handy oder Tablet zu übertragen. Dazu gibt es passende Stromzangen, die auch weitere Messaufgaben übernehmen können. In meinem Video ist so eine Zange zu sehen:

    Komplette Energiemessung

    Wenn Ihr den Gesamtverbrauch über die Zeit, also die Energie messen wollt, ist es sinnvoll, euch ein Energiemessgerät zuzulegen. Im Bild seht ihr eines meiner Geräte, das allerdings für 230V Wechselspannung  (Batterien laufen mit Gleichstrom) ausgelegt ist. Im KFZ braucht ihr daher an der Batterie ein Energiemessgerät für 12V Gleichspannung.

    Elektrolurch: Volt, Watt, Ampere, Ohm … ohne mich gibts keinen Strom

    Batterie mit Ladung durch Solarpanel

    Zum Schluss ein (idealisiertes) Beispiel, wie man den benötigten Speicherbedarf in Verbindung mit einer Photovoltaikanlage berechnet.

    Wir gehen von folgender Situation aus: Wir brauchen pro Tag für Licht, TV, Kaffeemaschine und Heizungsgebläse insgesamt 1200 Wh = 1,2 KWh. Das entspricht nach unserer Formel bei einer 12 Volt AGM Batterie einem Verbrauch von 100 Ah. Wir wissen, dass wir nicht mehr als 50% der Gesamtkapazität entnehmen, damit die Batterie nicht beschädigt wird. Also brauchen wir die doppelte Kapazität, nämlich 200 Ah.

    Jetzt müssen wir natürlich die Batterie nachladen. Um wirklich dauernd autark zu sein, laden wir mit Solarzellen nach. Diese müssen also pro Tag mindestens 1.200 Wh erzeugen. Gehen wir davon aus, dass wir pro Tag 10 Sonnenstunden haben und unser Energie Ertrag bei 30% der maximalen Ausbeute liegt, so brauchen wir:

    1.200Wh / 30% x 10h = 400 Watt Panelleistung

    In unserem Beispiel würde unsere Energieversorgung so aussehen, dass wir eine Batterie mit 200 Ah bräuchten und Photovoltaikpanele mit einer Gesamtleistung von 400W.
    In der Praxis würden wir uns bei häufigem Gebrauch eine modernen Akku mit einer höheren Entlademöglichkeit zulegen und auch die PV-Panele großzügiger dimensionieren.

    Jörg Kirschhttp://www.kirsch-veranstaltungstechnik.de
    Jörg Kirsch studierte ab 1981 Elektrotechnik in Kaiserslautern. An der Universität leitete er zwei Jahre lang das Kulturreferat und startete parallel dazu seine Firma für Veranstaltungstechnik mit eigener Ingenieur- und Entwicklungsabteilung. Auf sein Konto gehen weit mehr als 10.000 persönlich betreute Veranstaltungen, unter anderem die Realisation eines Bon-Jovi Konzertes zusammen mit Jet-West. Als gefragter Partner für Eventberatung ist er für mehrere Firmen tätig, u.a. als Bühnenmeister für das Kulturreferat Kaiserslautern. Mit seiner Firma betreut er mehrere Eventlocations, entwickelt spannende Veranstaltungsformate und bietet Ausbildungen im Veranstaltungsbereich. Persönlich liegt ihm der Support und die Entwicklung junger Künstler am Herzen. Mit Begeisterung engagiert er sich in mehreren Netzwerken, um auch hier die regionale Kulturszene zu fördern.
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