Hilfe zu einer optimalen Batterie/Akku-Berechnung

Ludwig · 27.03.2017

Hallo alle Profis im Bereich Elektrik,

ich habe eine Fachfrage an Euch und hoffe ihr könnt einen Amateurbastler helfen.

Ich habe mit einem Freund ein Lastenrad auf dem eine Kaffeemaschine und eine Kaffeemühle steht. Der Kaffeemaschine wird über eine Druckwasserpumpe Wasser reingespült. Alle Geräte werden mit einer Batterie versorgt. Die Kaffeemaschine wird mit Gas betrieben.Hier ist nur das Magnetventil, was Strom verbraucht.

Ich habe mal ein Bild angehangen.

Was für eine Batterie benötigen wir, um einen 10-12 stündigen Betrieb zu garantieren?

Optional würde uns natürlich auch eine Solareinspeisung interesieren.

Wir sind noch am tüfteln, haben aber noch keine Lösung. Des Wegen die Frage an die Profis, in der offnung auf eine Antwort. Vielen Dank.
https://s22.postimg.org/plg9din65/technischer-_Aufbau.jpg

leerbua · 27.03.2017

:?:

Ihr (du) wollt also den Spannungswandler -Eingang 22 - 30 V DC- an der Batterie -12 V- betreiben :?:

OT: Solareinspeisung - ist das ganze im Bereich "Malle" angedacht oder eher in unseren Breitengraden, sprich D, möglicherweise noch in der Altstadt :?;

Ludwig · 27.03.2017

Ja der Spannungswandler hängt an der Batterie. Betreiben wollen wir das in unseren schönen D, aber nur zwischen März bis November.

T.Paul · 27.03.2017

Der Hinweis war, dass ein 24VDC (22-30VDC) Wechselrichter keinen Sinn an einer 12VDC Batterie macht ... Weil er dort nicht funktioniert!

Nach meinem rechnen benötigt ihr, anhand der gemachten Angaben (ohne PV-Ladung) eine Kapazität von Netto 127Ah bei 12VDC. Euer Problem wird der recht hohe Strom von knapp 40A werden zum Ende der Kapazität, wenn mal alle Geräte simultan laufen. Ausserdem sind die Kapazitätsangaben i.d.R. für 20°C angegeben - bei 5°C hat man da oft nur noch 80% zur Verfügung. Mit einer Batterie unter 200Ah (C5) / 250Ah (C20) wird das wohl nix. Die von euch aufgeführte Winner batterie macht laut Datenblatt bei C5 nur noch 115Ah, das ist definitiv zu wenig ...

Um hier mit PV deutlich einzusparen, müsste diese idealerweise min. 400Wp aufweisen - habt ihr dafür überhaupt Platz?

wechselstromer · 28.03.2017

Da gibt es doch schöne, kleine, leise laufenden Stromerzeuger.
Und wenn die Abgase stören sollten, könnte man auch nach propangasbetriebenen googlen.

Gib`einmal bei google ein:

Stromerzeuger leise Gas

bigdie · 28.03.2017

wechselstromer schrieb:
Da gibt es doch schöne, kleine, leise laufenden Stromerzeuger.
Und wenn die Abgase stören sollten, könnte man auch nach propangasbetriebenen googlen.

Gib`einmal bei google ein:

Stromerzeuger leise Gas

Es gibt auch Handkaffeemühlen oder gemahlenen Kaffee. Das würde den Aufwand merklich reduzieren. 30A eingespart und die Batterie reicht problemlos.

Octavian1977 · 28.03.2017

Für die Batterie wäre auch zu ermitteln, in welchen Umgebungsbedingungen diese betrieben werden soll.

Batterien für Solar, UVS und andere stationäre anwendungen vertragen weder Temperaturen außerhalb von 15-25°C noch Erschütterungen.
Im Zweifelsfall lieber auf eine KfZ Batterie setzen, diese sind für so was sehr robust.

Wenn der Wechselrichter schon fest ist kann man natürlich auch LKW Batterien oder 2 (gleiche und gleich alte) PKW Batterien in Reihe verwenden um auf 24V zu kommen.

Das Ganze kann man sehr gut über eine PV Zelle aufladen, die Frage ist nur ob man das mit PV direkt betreiben will oder Zeit hat das Ganze auf zu laden.

Sparky · 28.03.2017

Ludwig schrieb:
Ich habe mit einem Freund ein Lastenrad auf dem eine Kaffeemaschine und eine Kaffeemühle steht.

Vergiss den ganzen Quatsch mit Solarenergie. Du brauchst Energie nichtnur mittags um 12, wenn die Sonne fast senkrecht steht und 20-30Kg Batterie mit herumschleppen ist auchnicht prickelnd.
Ausserdem bräuchtest du zur Solar-Nutzung eine Fläche von mehreren Quadratmetern, auf m Fahrrad ziemlich problematisch.

Mein Vorschlag: Montiere eine biegsame Welle an deinem Fahrrad und koppele diese sowohl mit der Kaffeemühle, alsauch mit der Wasserpumpe.

Jetzt kannst du auch dein Monatsabbo mit dem Fitnessstudio kündigen, denn mit einem hochgebockten Fahrrad und Einsatz deiner Muskelkraft bleibst du fit.

Solltest du einmal schlapp machen, kannst du ja die Kunden animieren selbst für ihren Kaffe zu strampeln.

Auf jeden Fall würdest du damit grosses Aufsehen erregen und zumindest Wähler der Grünen als Kunden gewinnen.

Gleichzeitig würde ich bei der BFW einen Antrag nach dem EnergieEinsparungsGesetz auf Subvention der Umbaumassnahmen stellen.

Vielleicht würdest du auch den Innovationspreis des Jahres bekommen.

Octavian1977 · 28.03.2017

BFW (Berufsfeuerwehr?)
Du meinst wohl KfW?
Bei der gibt es Subventionen nur in der Verbindung mit einem unatraktiven Kredit mit komplizierten Auflagen.

Solar funktioniert nicht nur mittags und auch nicht nur bei senkrechter Sonnenstrahlung.

Hier wäre zu klären wie hoch die Pausenzeiten sind in denen die Batterie über die Zelle geladen werden soll.
Wenn da mal so 20 Sonnenstunden dazwischen liegen kann man durchaus auch mit einer 50W Zelle was laden.

Ludwig · 28.03.2017

Hallo,

danke für die teilweise sehr lustigen Antworten.

Also, die Kaffeemühle, Kaffeemaschine und die Pumpe laufen nicht permanent. In der Zeichnung sind die Zeitangaben der jeweiligen Geräte sichtbar.
Kaffeemühle: 15min/h
Kaffeemaschine: 5min/h
Pumpe: 10min/h

Die Zeiten setzen sich wiederum aus mehreren Anschaltintervallen zusammen. Die Mühle benöigt ca. 8-12s für eine Mahlung.

Bei dem Akku ist es so, dass er eine Tiefenentladung aushalten muss, da er in der aktiven Phase nicht aufgeladen wird (außer man installiert ein Solardach). Des wegen fallen die Autobatterien weg.

Die Fläche für ein Solardach wäre ca. 1,50x1,00m.

Vielleicht habt ihr noch ein paar weitere Ideen. Vielen dank.

Ludwig · 28.03.2017

Könntet ihr mir bitte mal eine Beispielrechnung zeigen, wie man vorgeht. Wenn ich beispielsweise die Mühle mit 1,6A, 360W,220V angebe und diese 15min laufen lasse, wieviel entziehe ich dann der Batterie? Damit ich eine Vorstellung bekomme. Vielen dank.

bigdie · 28.03.2017

360W hat die Mühle.
360 W / 12V sind 30A + die Verluste des Wechselrichters. In einer h sind das dann 30Ah in 15min halt 7,5Ah.
Die angegebenen Ah einer Batterie sind in der Regel für eine Entladedauer von 20h angegeben. Bei einer 100Ah Batterie (C20) kann man also 20h lang 5 A entnehmen. Wenn man mehr Strom entnimmt, z.B. 30A dann sinken, aufgrund der höheren Verluste in der Batterie, die entnehmbaren Ah. Bei 30A wird also aus einer 100Ah Batterie praktisch eine mit 60-70Ah.
Weiterhin verringert eine Entladung bis zur Entladeschlussspannung auch die Anzahl der möglichen Entladezyklen. Eine Batterie, die also regelmäßig nur halb entleert wird, hält länger, als eine, die du ständig ganz entleerst.
Die Kapazität wird auch mit dem Alter geringer und bei niedrigen Temperaturen

Sparky · 28.03.2017

Ludwig, so leid es mir tut, aber du kannst das Projekt so nicht umsetzen.

30A und mehr, da kommen ja noch die Verluste des Wandlers dazu, für 15 Min. ist schon gewaltig, aber du willst ja nichtnur einmal am Tag für 15 Min. Kaffee brühen, das soll ja sicher mehrmals geschehen.

Da bräuchtest du mehrere Batterien!

Solar kannst du komplett vergessen. Damit kannst du nicht arbeiten. Die Panel liefern dazu viiiel zu wenig Energie.

Ein Standard-Panel liefert im Schnitt 250Wp, das p steht für peak und bedeutet unter maximalen Bedingungen, die du aber im Prinzip nie erreichst.
Dazu müsste die Sonne senkrecht stehen und die Luft glasklar sein.
Solch ein 250Wp-Panel hat ungefähr die Abmessungen 1650 X 100mm.
Mit solch einem Panel wäre es ja auch nicht getan. Im Falle, dass du eine Batterie als Puffer benutzen wolltest, kommt da noch ein Laderegler dazu und wenn mal ne Wolke aufzieht kommt so gut wie garnichts mehr.
Des Weiteren bräuchtest du Solarbatterien, weil Autobatterien dafür nicht geeignet sind, sie sind nicht zyklenfest.
Zyklenfeste Batterien kosten jedoch deutlich mehr als simple Autobatterien.
Alleine für deine Betriebsmittel bräuchtest du schon einen PKW-Anhänger.

Also vergiss es.

bigdie · 28.03.2017

Problem ist nur das Kaffee mahlen. Alles andere einschließlich der Wasserpumpe ist keine Hürde.

Ludwig · 28.03.2017

Super danke. Also wenn ich nach dieser Rechnung meine anderen Verbaucher berechne, komme ich auf folgendes:

Mühle: 7,5Ah
Pumpe: 1,15Ah
Kaffeemaschine (Magnetventil): 0,0096Ah

Stundenberechnung: 8,66Ah
10-Stundenberechnung demzufolge: 86,6A/10h

Nicht berücksichtig sind die Verluste des Wechselrichters . Gibt es da grobe Anhaltspunkte, wie hoch diese sein könnten?

Soweit ich dann noch herauslesen konnte, gibt es dann die Problematik mit der Batterie. Wie weit ich dieser Strom entziehen kann, damit das System noch stabil läuft.

Bei der angegeben Batterie habe ich ja eine Kapazität von 150Ah. Rein optisch 86,6Ah/10h sehe ich als Laie da einen ausreichen Puffer.
Bei einer 150Ah Batterie (c20) würde ich also auf 7,5Ah kommen. Hier würde ich mit meinen 1,1Ah mehr nur knapp drüber liegen.

Eigentlich müsste es doch reichen oder wo liegt mein Denkfehler? Vielen Dank.

bigdie · 28.03.2017

Nicht A und Ah verwechseln. Wenn deine Mühle läuft, fließen 30A und nicht 7,5. Deshalb kannst du bei der Batterie nur ca. mit 110Ah Kapazität rechnen und nicht 150. Das ist jetzt geschätzt von mir. Kann also 120 oder auch nur 100Ah sein.
Das kommt daher, das jede Batterie auch einen Innenwiderstand hat. und an diesem entsteht ein Spannungsverlust. Und der ist umso höher, je höher der Strom ist. Die Batterie heizt sich also selbst und das ist dann der Verlust.

sko · 28.03.2017

Was er geschrieben hat war schon richtig, in 1h verbraucht er mit seiner Mühle 7,5Ah (weil sie wie vorher geschrieben 15min in der Stunde arbeitet)

Ciao
Stefan

bigdie · 28.03.2017

Ich meinte diesen Satz

Bei einer 150Ah Batterie (c20) würde ich also auf 7,5Ah kommen. Hier würde ich mit meinen 1,1Ah mehr nur knapp drüber liegen.

Er zieht aber mit der Mühle über 30A und nicht 8,6, auch wenn er nur 8,6Ah braucht. Strom und Arbeit sollte man halt nicht verwechseln, auch wenn Ah und A ähnlich klingt

T.Paul · 28.03.2017

Ludwig schrieb:
10-Stundenberechnung demzufolge: 86,6A/10h

Nicht berücksichtig sind die Verluste des Wechselrichters . Gibt es da grobe Anhaltspunkte, wie hoch diese sein könnten?

Nicht nur die Verluste des WR (5-10%, siehe technische Daten über den Wirkungsgrad), sondern auch den StandBy-Betrieb des WR und der Geräte hast du vergessen und dann hast Du 10-12h geschrieben und dann bist du bei den von mir kalkulierten ~127Ah Netto ...

Bei einer 150Ah Batterie (c20)

Deine Batterie ist aber 150Ah (C100) und nicht (C20)

Ludwig · 28.03.2017

@T.Paul: Was meinst Du mit Netto?

Wie wäre die jetzige Batterieempfehlung?

Würde ich mit einer Mühle, die nur 250W hat, die erwähnte Batterie nehmen können?

Wie würde sich ein Solarmodul mit einer Kapazität von 100W auswirken?

Ich habe jetzt auch eine alte Berechnung wiedergefunden, nach der ich mich beim Batteriekauf orientiert habe.

Diese war folgende:

(360W x 0,25h x 9h)+(82,8W x 0,10h x 9h) = 884,52Wh/12V =
73,71Ah / 0,5 (Entladetiefe) = 147,42Ah

Ich habe hier übrigens mit nur 9h gerechnet.

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