Im vorherigen Teil dieser Miniserie (Autark kochen mit Strom, aber Abschied vom Generator: Warum? Und wie geht das?) habe ich berichtet, dass mein Generator eine tickende Zeitbombe ist. Auf der JULIUS wird mit Strom gekocht, wir haben einen Elektroherd, daher waren wir bisher auf den Generator angewiesen.

Ich hatte erste Überlegungen angestellt, ob kochen mit Strom ohne Generator möglich ist, und was dafür notwendig ist. Dabei konnte ich feststellen, dass uns zwei Platten genügen. Den Herd hatte ich an meinen Victron Multiplus 24/3000 angeschlossen und erste Tests zum Stromverbrauch und Batteriebelastung gemacht.

Das positive Zwischenfazit war: Ich kann den Herd mit meiner bestehenden Infrastruktur bestehend aus eben jenem Victron Multiplus und 4 x 240Ah AGM Batterien grundsätzlich betreiben.

(Zusatz für Schlauberger: Ja, über Gas denke ich natürlich auch nach. Ein Gasherd statt Elektroherd würde das Problem sofort lösen, die Tücke steckt aber auch hier im Detail, siehe vorheriger Artikel. Außerdem finde ich die Frage interessant, ob wir weiterhin mit Strom kochen können und welche elektrotechnische Infrastruktur dafür notwendig ist.)

Energiebilanz: Wie viel Energie brauchen wir eigentlich?

Als Maßstab betrachte ich eine Liegezeit von fünf Tagen ohne Fahrt und ohne Landstrom: Das ist letztes Jahr beispielsweise vor Heiligenhafen passiert, als mein Tender den 30 PS Motor bekommen hat.

Im ersten Teil hatte ich schon für ein paar Gerichte notiert, wie viel Strom der E-Herd dabei tatsächlich verbraucht. Ich konnte festlegen, dass 800 Wattstunden pro Tag im Schnitt über fünf Tage vermutlich ausreicht. Bei Warmwasser über den elektrischen Boiler bin ich unsicher, da muss ich erst noch Fakten ermitteln. Aus der Erfahrung heraus müsste es im Sommer aber reichen, den Boiler täglich für eine Stunde anzumachen, das wären dann 700 Wattstunden.

Dazu kommen alle anderen Verbraucher. Ein Großverbraucher ist der Kühlschrank, aber auch wenn ich arbeite und mein Macbook und einen zweiten Monitor zehn Stunden lang im Betrieb habe wird ordentlich Strom verbraucht. Im Detail sieht das – noch ohne Herd – so aus:

Diese Zahlen (Achtung: bezogen auf 24V Bordspannung, bei 12V musst du die Ampére Zahlen mal zwei nehmen!) sind recht genau und decken sich mit einigen Stichproben, die ich im Herbst bei schlechtem Wetter und ohne nennenswerten Solarertrag gemacht habe.

Wenn nur ich an Bord bin, wird der Kühlschrank weniger verbrauchen. Genau kann ich das erst seit ein paar Wochen messen (mein Visuship zählt nun mit, wie oft und wie lange der Kühlschrank läuft), erste Ergebnisse sehen so aus:

Nun füge ich den Strombedarf für das kochen und Warmwasser hinzu und skaliere alles auf fünf Tage:

In Summe sprechen wir also über 24,1kWh (967Ah) in fünf Tagen. Oder: Fast 5kWh pro Tag. Jungejunge, das ist schon ganz schön viel Strom. Der muss erstmal irgendwo her kommen.

Wie erzeuge ich so viel Strom? Solar? Wind? Generator?

Windgenerator? Für meine Situation ungeeignet.

„Außer Lärm produziert der kaum was.“

So einer meiner Nachbarn in Glückstadt, der einen Silentwind Generator am Heck stehen hat. Das deckt sich mit meinen Recherchen: Ein Windgenerator braucht schon ordentlich Wind, um nennenswert Strom zu erzeugen. Bei drei Windstärken passiert da nichts, ab vier tropfen da ein paar Elektronen durch die Leitung, erst bei fünf und mehr fängt es an, Spaß zu machen.

Daher macht ein Windgenerator für Segler natürlich Sinn, wenn sie tagelang segelnd unterwegs sind: Denn dann ist natürlicherweise Wind – sonst würden sie ja nicht segelnd voran kommen. Für meinen Usecase „fünf Tage vor Anker“ stellt sich das anders dar: Zum vor Anker liegen sucht man sich in der Regel eine geschützte Bucht, wo eben möglichst wenig Wind ist.

Ein Vorteil des Windgenerators ist, dass er Tag und Nacht Energie liefert. Aber – siehe oben – Wind muss eben da sein.

Generator als Backup

Wie berichtet wird mein jetziger Generator nicht mehr ewig halten. Aber ob ich vollständig ohne auskomme ist nach aktueller Lage unsicher. Grundsätzlich lasse ich die weitere Entwicklung an dieser Stelle einfach auf mich zukommen:

• Ich könnte meinen alten, viel zu großen Diesel Generator durch einen neuen, kleineren austauschen. Dadurch, dass der Herd über den Inverter läuft, würden mir 3kW Leistung völlig ausreichen.
• Vielleicht klappt es auch, dass ich tatsächlich ohne auskomme?
• Einen kleinen Benzingenerator á la Honda habe ich verworfen: Der darf nur im Außenbereich betrieben werden, ist aber laut und wird bös nerven. Klar könnte ich sein Abgas nach außen führen und das Ding in den Maschinenraum stellen – aber dabei erlischt die Betriebserlaubnis. Außerdem ist Benzin im Innenraum schlicht ein No-Go, die Dämpfe will ich definitiv nicht im Maschinenraum haben.

Erstmal hoffe ich einfach, dass mein jetziger Generator noch ein, zwei Jahre durchhält. Ich habe aber schon heute einen großen Vorteil gewonnen: Kochen und Generatorlaufzeit können unabhängig voneinander passieren. Am Abend kochen, ohne die Stille am Ankerplatz zu stören, dann am Mittag die Batterien mit dem Generator wieder aufladen – das geht jetzt.

Laden mit der Hauptmaschine

Grundsätzlich kann ich problemlos mit meiner Hauptmaschine laden: Seit Herbst habe ich da eine 2,5kW (100A@24V) Lichtmaschine, die einen Sterling A2B Lader befeuert und meine AGM Batteriebank mit fast 2,5kW (um die 90A) lädt. Das ist mehr, als mein Victron Multiplus leistet (der macht „nur“ um die 1,9kW/70A).

Es ist aber eine extrem ineffiziente Lösung. Mein DAF 825 mit sechs Zylindern und 8,5 Litern Hubraum langweilt sich dabei zu Tode. Der eingesetzte Brennstoff steht in einem sehr schlechtem Verhältnis zum Stromertrag und der Maschine tut häufiges laufen quasi ohne Last nicht gut.

Aber auch hier habe gibt es jetzt schon einen großen Gewinn: Wir können unterwegs kochen, ohne den Generator zu benötigen!

Solar – Erträge in der Theorie und in der Wirklichkeit

In der Theorie sind Solarzellen die schönste Art der Stromerzeugung: In aller Stille produzieren sie einfach so Strom, sind völlig wartungsfrei und halten jahrelang. Dafür sind sie – offensichtlich – vom Wetter abhängig, im Winter sind sie nahezu nutzlos und in der Nacht ohnehin.

Bisher habe ich 300 Watt Solarleistung auf der JULIUS:

Und nun wird es interessant: Wie viel bringen diese 300 Watt eigentlich wirklich? Und davon ausgehend: Wie viel Solarleistung müsste ich haben, um zumindest in den Frühlings- und Sommermonaten 24 Kilowattstunden in fünf Tagen zu erzeugen?

Die App meines Solarladereglers (Victron SmartSolar) ist so nett, pro Monat alle relevanten Daten vorzuhalten. Daraus konnte ich folgende Erträge ermitteln:

Am August ist zu sehen, was für einen schlechten Sommer wir hatten. Der September brachte auch erstaunlich wenig, obwohl es da eigentlich mehr Sonne gab. Im Oktober habe ich leider gepennt und die Zahlen nicht rechtzeitig aus der App geholt.

Nehmen wir mal die Mitte aus Juni und Juli: ca. 725Wh pro Tag im Schnitt, in fünf Tagen also 3,6kWh oder 15% meines Ziels (24kWh). Sind wir weniger pessimistisch und nehmen einen Mix aus zwei Sonnen- und drei gemischten Tagen kommen wir bei ungefähr 5,2kWh (22%) an.

Interessante Randnotiz: Würden wir annehmen, dass die 300W Zellen 70% ihrer Leistung in unseren Breiten liefern, kämen wir naiv betrachtet auf 300 * 0,7 * 8 Stunden = 1,6kWh pro Tag – das habe ich letztes Jahr allerdings nie erreicht.

Auf einem „Sonnensegel“ über dem Achterdeck, das ich ohnehin gerne permanent geriggt habe, kann ich 600W zusätzliche Solarleistung unterbringen, insgesamt wären das dann also 900W:

Fokussieren wir uns hier auch mal auf Juni und Juli und zwei Sonnen- und drei gemischte Tage: Mit 15,9kWh Ertrag könnte ich rechnen, das sind immerhin 66% meines Ziels von 24kWh.

Die bisherigen 300W Module kann ich noch gegen etwas Stärkere tauschen, wäre dann bei 1.030W Solarkapazität und käme in diesen fünf Tagen auf ungefähr 18,2kWh (76%).

Deutlich wird: Selbst mit 1.030W Solarleistung verfehle ich mein Ziel von 24kWh in fünf Tagen auch im Hochsommer und bei gutem Wetter deutlich, es fehlt ungefähr ein Viertel.

Um mein Ziel zu erreichen müsste ich bei gutem Wetter 1.400W Solarleistung haben. Wenn auch Regentage dabei sind noch mal deutlich mehr.

1.030W kann ich gut unterbringen, und werden da auch drauf hin arbeiten. Aber um all die Solarzellen unterzubringen, die ich für eine völlig autarke Stromversorgung ohne Generator bräuchte, fehlt schlicht der Platz. Solar ist daher in meinem Fall ein wesentlicher Teil der Lösung, aber nicht die Lösung.

Erweiterung der Bleibatterien mit LiFePO4 Lithium Batterien

An guten Tagen im Sommer kann ich mit Solar also ungefähr 75% meines Fünf-Tages-Energiebedarfs erreichen. Die anderen 25% (das sind immerhin 6kWh oder 250Ah@24V) müssen dann aus den Batterien kommen.

Letztes Jahr hatte ich ausführlich recherchiert (Suche nach der optimalen Batterie: Blei-Nass, Gel, AGM oder Lithium?) und dann Q-Batteries AGM Batterien mit 240Ah einbauen lassen (Neue Batterien: Einbau, optimale Lade-Infrastruktur und Überwachung). Damit habe ich 4 * 240Ah = 960Ah bei 12V, bei 24V sind das 480Ah. Davon nutzbar sind ungefähr 50%, also 240Ah. Genau die Energiemenge also, die mir noch fehlt. Ein interessanter Zufall 🙂

Das hat nur einen deutlichen Haken: Je mehr Bleibatterien entladen sind, desto weniger Last können sie vertragen. Das ist bei den sonst üblichen Verbrauchern (Licht, Kühlschrank…) völlig wurscht, wenn wir aber über die Last eines Herdes sprechen, wirkt sich das deutlich aus.

Im Herbst musste ich ein paar Tage vor Glückstadt ankern, weil das Sperrwerk nicht aufgemacht hat und alle Stege schon abgebaut waren. Irgendwann war die Batteriebank auf 70%, die Last von einer Herdplatte (~90A) war dann schon grenzwertig (die Spannung fiel auf 22,5V) – da musste ich den Generator anwerfen.

Um mehr Sicherheit zu haben, möchte ich meine Batteriekapazität erweitern. Und zwar mit Lithium (LiFePO4).

Bleibatterien mit Lithium erweitern? Wie geht das?

„Hättest du doch letztes Jahr gleich Lithium Batterien genommen!“

wirst du jetzt vielleicht sagen. Und das hätte ich total gerne gemacht, aber zwei Dinge haben mich davon nachhaltig abgehalten:

1. Das dafür nötige Budget hatte ich nicht.
2. Diese vier Batterien sind meine einzigen Batterien, die auch für den Motorstart verwendet werden (diesen ungewöhnlichen Aufbau habe ich mit dem Schiff übernommen).

Auf keinen Fall würde ich Lithium Batterien den Motorstart anvertrauen: Erstens können sie vermutlich zu wenig Strom liefern (ein Anlasser wie bei meinem DAF 825 erfordert viele hundert Ampére). Zweitens, und das ist noch kritischer, haben Lithium Batterien immer ein Batteriemanagementsystem (BMS).

Das BMS ist hauptsächlich ein Stück Software, dass die Zellen in der Batterie hegt und pflegt und schützt. Nun kenne ich mich mit Software wirklich aus, und ich weiß, dass Software gut oder auch verdammt schlecht gebaut sein kann. Was ist, wenn die Software im BMS Fehler hat und aus irgendwelchen Gründen meint, die Batterie abschalten zu müssen? Und zwar dann, wenn ich den Motor starten will?

Das ist übrigens auch der Grund, warum ich bei Lithium Batterien niemals auf billigste China Kracher setzen würde: Wie gut kann da die Software des Batteriemanagementsystems sein? Wenn die Batterie keine wichtigen Verbraucher versorgt mag das egal sein – aber bei mir hätte sowas keinen Platz.

Ich muss also meine vorhandenen AGM Batterien mit Lithium (LiFePO4) erweitern.

An vielen Abenden habe ich darüber nachgedacht, und schließlich ein hinreichend einfaches, schlüsselfertiges Konzept ausgearbeitet.

In Kürze: Zwei 100Ah@24V Lithium Batterien hinstellen, alle Lademöglichkeiten (Landstrom, Lichtmaschine, Solar) daran anschließen, den Inverter auch. Dann zwei Victron Orion TR Smart DC-DC Lader (gibts auch hier beim klabauter-shop) nehmen und damit die AGM Bank von der Lithium Bank aufladen lassen. Die Victron Orion TR Smart haben den Charme, dass via App sehr fein eingestellt werden kann, bei welcher Spannung sie starten und aufhören.

Das ist absolut machbar. Aber wie eine Menge Arbeit, viele Kabel müssen verlegt, Batterien und Lader montiert werden. Dann habe ich mich daran erinnert, dass ich BOS LE 300 vor zwei Jahren mal auf der boot in Düsseldorf gesehen habe:

Die bieten im Grunde genau das, was ich mir ausgedacht habe, in einem kompakten Modul. Einfach nehmen, anschließen und vergessen. So jedenfalls die Versprechung.

Etwas mehr im Detail: Eine BOS LE300 Lithium Erweiterungsbatterie bietet knapp 300Wh nutzbare Kapazität und wird an eine 12V Batterie angeschlossen. Es können mehrere Module parallel betrieben werden.

Der LE300 liefert Strom, solange er welchen hat, und unterstützt damit die Last der Bleibatterie, oder lädt sie auch auf wenn es notwendig und möglich ist. Wird die Bleibatterie geladen, zwackt sich der LE300 ab einem gewissen Ladelevel Strom ab und lädt sich damit wieder auf.

In einem 24V System muss jede Bleibatterie die gleiche Anzahl LE300 Module haben, außerdem wird ein Balancer (Wie ein 70 Euro Teil eine tausende Euro teure Batteriebank retten kann.) dringend empfohlen.

Klingt alles sehr gut. Der Anbieter ist auch schon ein paar Jahre auf dem Markt, das System dürfte also einigermaßen ausgereift sein. Wenn ich acht LE300 Lithium Erweiterungsbatterien habe (pro Bleibatterie also zwei) wären das 8 * 300Wh = 2,4kWh oder 10% meines Fünf-Tage-Bedarfs von 24kWh.

Zusammen mit den AGM Batterien wäre ich bei ~8kWh gespeicherter Energie, was 30% meines Ziels entspricht. Zur Erinnerung: An guten Tagen im Sommer fehlten mir bisher 25%.

Mit 1.030W Solar, 4 * 240Ah AGM und 8 x BOS LE300 habe ich mein Fünf-Tages-Energiebedarf an einigermaßen guten Tagen im Sommer also abgedeckt.

Und wenn das nicht reicht? Dann schmeiß ich noch mal vier LE300 Module in das System und habe noch mal 1,2kWh gespeicherte Energie mehr.

Der Nachteil der BOS LE300 Erweiterungsbatterien ist der Preis. Ich empfinde sie für die gebotene Kapazität als teuer. Mit meinem eigenen Konzept aus Standard LiFePO4 Batterien und Victron Orion Smart TR Ladern würde ich mehr Energie für mein Geld bekommen – hätte aber auch massiv mehr Arbeit. Und vor allem: Mehr Fehlerpotential. Je mehr Geräte in so einem System mitspielen, desto mehr Probleme können entstehen.

Weniger Installationsaufwand und weniger potentielle Fehler – das ist mir der Aufpreis für die BOS LE300 wert.

Und was mit einer EFOY Brennstoffzelle? Wäre das nicht eine Alternative?

Eine Brennstoffzelle – das klingt ja eigentlich erstmal cool: Einfach aus Methanol Strom machen, leise, kein Abgas, läuft permanent und wetterunabhängig. Ja, das gibt es, EFOY Brennstoffzellen ist eine bekannte Möglichkeit.

Vielleicht übersehe ich was, aber so richtig überzeugt mich die Sache nicht: Die EFOY 80 kostet um die 2.400 Euro. Die leistet bei 24V um die 40 Watt (ca. 1,6A), in 24 Stunden also 40 * 24 = 960Wh. In meinen fünf Beispieltagen 4,8kWh und damit 20% meines Energiebedarfs von 24kWh. Bis hierhin klingt das gut!

Der Strom muss ja aus irgendetwas erzeugt werden. In diesem Fall aus hochreinem Methanol. 10 Liter davon kosten um die 50 Euro (z.B. hier bei SVB) und liefern 11kWh. Ein Kanister reicht damit für zwei meiner Beispiel-Fünf-Tages-Perioden. Wie viele dieser Kanister müsste ich auf Vorrat mitführen? Vier, fünf Stück bestimmt. Will ich 50 Liter hochbrennbares Methanol auf dem Boot haben? Wie sind da die Anforderungen zur Lagerung? Und wenn ich nicht in Deutschland bin: Wo ist Nachschub zu bekommen?

Ein nächster Punkt: Nach 3.000 Betriebsstunden leistet die Brennstoffzelle nur noch die Hälfte. Gehe ich mal nur von Wochenendnutzung über sieben Monate plus ein paar Urlaubswochen aus: 7 * 4 Wochenenden * 2 Tage * 24 Stunden = 1.344 Stunden. Dazu sagen wir mal vier Wochen mit 50% Nutzung der Brennstoffzelle: 4 * 7 Tage * 24 Stunden * 0,5 = 336 Stunden. Zusammen: 1.680 Stunden. In nur einem Jahr.

Eine EFOY 80 Brennstoffzelle kann durchaus spürbar zum Energiehaushalt beitragen. Doch nach zwei Jahren wäre die Brennstoffzelle bei unserer Art der Nutzung auf der Hälfte ihrer Leistungsfähigkeit. Dazu kommen pro Jahr mehrere hundert Euro für den Brennstoff und die Frage, wie das Methanol überhaupt gelagert werden kann.

Mich überzeugt das für meinen Anwendungsfall nicht.

Vorläufiges Fazit und der weitere Plan

Anhand einer Energiebilanz und eines definierten Szenarios („fünf Tage vor Anker“) konnte ich festlegen, wie viel Energie ich benötige: 24kWh.

Bei der Prüfung verschiedener Optionen zur Stromerzeugung bin ich hauptsächlich bei Solarzellen angekommen, bei denen ich bis zu 1.030W Leistung unterbringen kann und erstmal mit 900W starten werde. Der Generator bleibt als Backup vorerst vorhanden. Windenergie und Brennstoffzelle machen für mich keinen Sinn.

Durch den Betrieb des Herdes über die Batterien zusammen mit der starken Lichtmaschine habe ich jetzt schon zwei willkommene Vorteile:

• Unterwegs können wir kochen, ohne den Generator laufen zu lassen.
• Kochzeit und Generatorzeit können unabhängig sein.

Für die Erweiterung meiner AGM Batteriebank (~5,7kWh) habe ich mit den BOS LE300 eine zwar teure, aber schön einfache Option gefunden. Davon werde ich vorerst 8 Stück (2,4kWh) bei Ferropilot kaufen, installieren und schauen, wie weit ich damit komme.

Schließlich werde ich das aktuelle Cerankochfeld zeitnah durch ein Induktionskochfeld ersetzen, dessen Energieeffizienz um mindestens 10% besser sein dürfte. Außerdem kann ich so einem Kochfeld sagen, wie viel Strom es insgesamt maximal ziehen darf und damit meinen Inverter schonen.

Auch wenn ein Gasherd grundsätzlich weiterhin eine Option ist, möchte ich diesen Weg vorerst nicht gehen. Ich bin neugierig, ob ich mein Ziel nicht auch mit Strom erreichen kann. Der Plan jedenfalls schaut für mich erstmal gut aus.

Hier weiter lesen: BOS LE-300 Lithium Batterie Extender: Einbau und Erste Erfahrungen