Mein Boot ist nun autark ohne Landstrom, trotzdem wir mit Strom kochen und Warmwasser haben. Ohne Generator! Um hierhin zu kommen war es eine längere Reise:

Angefangen hatte alles damit, dass in der Abgasführung des Generators im letzten Urlaub ein Loch war. Das konnte ich einigermaßen reparieren, aber es bestärkte Befürchtungen:

„Was ist, wenn am Generator mal etwas ernsthaftes kaputt ist?“

Das wäre: Eine Katastrophe. Denn der Stromerzeuger ist auf der JULIUS in einer Nische so eingebaut, dass Wartungs- und Reparaturmaßnahmen praktisch nicht möglich sind:

Bisher waren wir abhängig von dieser Maschine. Wir ankern sehr viel, und auf dem Boot war ein einfaches Ceran Kochfeld installiert. Wir kochen also mit Strom und nicht mit Gas. Ohne Generator wäre es unmöglich gewesen, den notwendigen Strom zum kochen aufzubringen. Ein Ausfall des Generators hätte bedeutet, jede Nacht in einem Hafen übernachten zu müssen: Für uns eine sehr unschöne Vorstellung.

Daher habe ich nun seit fast einem Jahr an dem Energiesystem der JULIUS gebaut, damit wir generell unabhängiger vom Generator sind und auch ein kompletter Ausfall kein echtes Problem mehr darstellt.

Schritt für Schritt unabhängiger vom Generator werden

Vor einigen Tagen habe ich nun den letzten Baustein des Projekts in Betrieb genommen, doch dazu später mehr. Zusammengefasst bestand das Projekt aus diesen Schritten:

Schritt	Nutzen
Austausch eines älteren, aber eigentlich gut funktionierenden Victron Phoenix Laders und 1500W Inverters durch einen Victron Multiplus mit 3000W Inverter- und 70A Ladeleistung bei 24V.	Das war die Grundlage dafür, den Herd und den Boiler über Batteriestrom betreiben zu können.
Anschluss der Herdplatte (ein haushaltsübliches Ceran Kochfeld mit vier Platten) an den Multiplus statt am Land-/Generatorstrom.	Immerhin zwei Platten funktionierten dann über Batteriestrom, auch ohne Generator. Allerdings nur wenn die AGM Batteriebank (4 x Q-Batteries 12-LC225) zu über 80% geladen war. Der unbeschränkte Betrieb über den Generator war weiterhin gewährleistet.
Austausch der Lichtmaschine (55A@24V) gegen ein deutlich kräftigeres Modell mit 100A@24V inklusive eines passenden Sterling Lichtmaschine-zu-Batterie Laders.	Die 100A Lichtmaschine ist einerseits die Grundlage für eine Erweiterung der Batterien mit Lithium Extender Modulen. Mit dieser starken Ladeleistung lässt sich die vorhandene Blei-Batteriebank und zusätzliche LiFePo Kapazität schnell aufladen. Als schöner Nebeneffekt ist damit unterwegs genug Leistung vorhanden, um ohne Rücksicht auf die Batterien mit immerhin zwei Platten kochen zu können.
Erweiterung der 4 x 240Ah AGM Batteriebank um knapp 150Ah Lithium Kapazität mittels 12 x BOS LE300 Modulen (siehe Hybridbatterie mit BOS LE300: Jetzt macht es Spaß – Erfahrungen, Empfehlungen und Tipps).	Der alltägliche Bedarf wird nun von LiFePO LE300 Batterien gedeckt, die parallel zu den AGM Bleibatterien bis zu 75A@24V Strom liefern. Damit ist der Betrieb der Herdplatten deutlich entspannter für die Bleibatterien. Die LE300 LiFePO Batterien werden über die 100A Lichtmaschine sehr schnell wieder aufgeladen, somit ist verbrauchter Strom schon nach kurzer Fahrt wieder nachgeladen.
Erweiterung der Solaranlage (bisher 2 x 150W) um 4 x 54W auf der Persenning vom Außensteuerstand und 4 x 150W auf einem nun permanent montiertem Sonnensegel über dem Achterdeck.	Die nun insgesamt 1.116W Solarzellen decken selbst bei bewölkten Tagen im Sommerhalbjahr den Stromverbrauch inklusive kochen pro Etmal. An sonnigen Tagen ist genug Strom übrig, um den Warmwasser-Boiler zu betreiben. Dank der LE300 LiFePO Module werden auch geringe Strommengen von den Solarzellen gespeichert, die Anlage ist deutlich effizienter, als wenn sie nur an Bleibatterien angeschlossen wäre.
Austausch des primitiven Ceran-Kochfeldes gegen einen modernen Induktionsherd. Teilweiser Tausch von Topf und Pfanne.	Kochen mit Induktion verbraucht spürbar weniger Energie (Details weiter unten). Geringe bis mittlere Kochleistungen belasten das Batteriesystem erheblich weniger. Töpfe und Pfannen mit im Boden eingearbeiteten Kupferkern steigern die Effizienz und verbessern die Ausnutzung der Energie noch mal.
Betrieb des Boilers über das Batteriesystem mit einem „smarten“ Schalter.	Erzeugt Warmwasser auch vor Anker. Manuelles anschalten wenn Strom übrig ist, eine Zeitschaltung soll sicherstellen, dass der Boiler nicht ständig an ist und die Batterien leer saugt.

Am 7. Februar hatte ich das erste Mal über dieses große Projekt geschrieben: Autark kochen mit Strom, aber Abschied vom Generator: Warum? Und wie geht das?. Da war hatte ich schon viel geplant und gerechnet, war aber nicht endgültig sicher, ob das wirklich alles so umsetzbar ist. Nicht wenige haben gesagt, dass der ganze Ansatz einfach unsinnig ist. „Warum baust du keinen Gasherd ein und gut ist…?“ war eine oft gehörte Frage (die ich in den Kommentaren zum Beitrag auch beantwortet habe).

Weiter ging es mit einer detaillierten Energiebilanz und der Frage, wo der Strom herkommen und wie er gespeichert werden soll: Autark kochen mit Strom: Brennstoffzelle? Bleibatterien mit Lithium erweitern? Energiebilanz + wie viel Solar ist nötig?. Die hauptsächliche Erkenntnis: Ja, es scheint machbar zu sein, meinen Energiebedarf ohne Generator – zumindest im Sommerhalbjahr – durch Solar zu decken.

Ein wichtiger Baustein war auch die Entdeckung der BOS LE300 Lithium Erweiterungsbatterien: Damit konnte ich meine vorhandene AGM Batteriebank einfach um Lithium Kapazität erweitern. Die ersten Erfahrungen waren noch gemischt, weil es in einem 24V System wie auf der JULIUS weniger einfach als bei einem 12V System ist: BOS LE-300 Lithium Batterie Extender: Einbau und Erste Erfahrungen. Schließlich hatte ich aber gelernt, wie es geht, und nun bin ich sehr zufrieden mit den LE300 Modulen. Alle meine Erfahrungen und Tipps kannst du hier nachlesen: Hybridbatterie mit BOS LE300: Jetzt macht es Spaß – Erfahrungen, Empfehlungen und Tipps.

Nun fehlten nur noch die Solarzellen, der neue Herd und eine „smarte“ Stromversorgung des Warmwasser-Boilers.

Aufbau von 1.116W Solarzellen-Kapazität

Vier je 54W Solarmodule konnte ich als Auslaufmodell von Ferropilot ergattern. Die haben Tennax-Knöpfe, für die ich die passenden Unterteile hier bei SVB gefunden habe. Dazu ein Victron SmartSolar 100/15 Laderegler. Warum Victron? Jedes Set von Solarzellen braucht einen eigenen Laderegler. Ich hatte schon 2 x 150W auf dem Dach, dazu nun die 4 x 54W und weitere 4 x 150W. Also sind drei Laderegler notwendig.

Die Victron SmartSolar Regler können drahtlos in einem Netzwerk zusammengefasst werden. Sie stimmen sich dann ab, so dass alle drei Regler gleichtzeitig in einen anderen Lademodus (Konstantstrom -> Konstantspannung -> Erhaltungsladung) wechseln. Bei anderen Reglern würde sich die Situation ergeben, dass ein Regler schon in die Konstantspannungsphase oder in die Erhaltung schaltet, während ein anderer noch in einem anderen Modus ist. Vielleicht können andere Regler sich auch abstimmen – aber da ich ohnehin schon einen Victron SmartSolar Regler hatte macht es Sinn, in dieser Familie zu bleiben.

Die 4 x 150W kommen von Offgridtech und sind wie die 54W Module leicht flexibel und vor allem sehr leicht (3kg). Ich habe sie auf mein Sonnensegel über dem Achterdeck montiert, das ich dafür von einer Segelmacherin mit Segellatten verstärken ließ.

Wichtige Punkte, die ich dabei gelernt habe:

• Es müssen immer eine gerade Anzahl an Solarzellen sein. 5 x 54W hätte nur funktioniert, wenn ich alle in Reihe geschaltet hätte. Die Spannungen, die sich dann ergeben, wären aber deutlich oberhalb der für Laien erlaubten Niedrigspannung gewesen. Außerdem ist eine Reihenschaltung ineffizienter, weil ein abgeschattetes Modul das ganze System stark beeinträchtigt.
• Für ein 24V System müssen immer zwei Solarmodule in Reihe geschaltet werden, damit schnell Spannungen oberhalb 24V erreicht werden – vorher können die Batterien nicht geladen werden.
• Jedes Zweier-Paket aus in Serie geschalteten Modulen wird dann parallel geschaltet: Also bei mir je zwei 54W Module in Reihe, und zwei dieser Pakete parallel. Das Gleiche für die 4 x 150W Module.

Was die Solarmodule bei mir bringen

Es ist eine Freude zu sehen, wie gut das funktioniert: Ende Mai und jetzt im Juni habe ich schon ab früh morgens einen Stromüberschuss, und 30A@24V aus den Solarzellen sind keine Seltenheit. Die Solarzellen laden also bei gutem Wetter so viel wie ein durchschnittliches Landstrom-Ladegerät! Die Leistung dieser Photovoltaik Anlage pendelt damit um die 70% ihrer Nennleistung und entspricht damit genau meinen Erwartungen für den Betrieb in der Ostsee. Weiter südlich würden sie noch mal spürbar mehr Strom erzeugen.

Am Abend und über Nacht werden in der Regel um die 40Ah@24V aus den Batterien entnommen, gegen Mittag ist die Batteriebank üblicherweise wieder voll. Der Strombedarf am Tag (inklusive kochen) ist an fast allen Tagen (außer bei dauerhaftem Regen) locker von der Sonne gedeckt.

Da ich ingesamt fast 150Ah@24V Kapazität alleine in den BOS LE300 Modulen habe bedeutet das: Die Bleibatterien werden nur minimal beansprucht (nur wenn hohe Ströme gefordert werden, z.B. beim kochen), fast die komplette zyklische Belastung wird durch die LE300 LiFePO Module gedeckt. Blei ist daher fast immer voll geladen (genau so, wie Bleibatterien es mögen) und LiFePO jeden Tag im zyklischen Betrieb (ebenfalls so, wie diese Art von Batterien es mögen). Es funktioniert exakt so wie geplant 🙂

(Und für die Kritiker unter Euch: Ja, ich kann den Ladezustand der LE300 Module getrennt messen und sehe daher, dass diese LiFePO Module tatsächlich so arbeiten wie erwartet. Siehe „Spannungswert“ bei LE300 im Screenshot oben: Die Module geben ihren Ladezustand als Spannung zwischen 0 und 10V aus.)

Der letzte große Baustein: Beim Kochen über 20% Strom sparen durch Induktion

Der Herd auf der JULIUS war ein haushaltstypisches, einfaches Kochfeld: Im Grunde Heizspiralen unter einer Ceran-Platte. Diese Art von Herd kennt nur zwei Zustände: an oder aus. Die gewünschte Hitze wird einzig dadurch geregelt, wie lange eine Platte an ist. Stufe 1 beispielsweise bedeutet: 50 Sekunden aus, 10 Sekunden an. Stufe 9: 30 Sekunden an, 5 aus. So in der Art.

Beim Betrieb an einer Batteriebank bedeutet das: Immer, wenn Platten an sind, fließen hohe Ströme. In meine Fall zum Beispiel alleine bei einer kleinen Platte 90A@24V (das sind 180A bei 12V!). Da wird die Chemie von Bleibatterien schon ziemlich gestresst. Vor allem aber sinkt die Menge an Strom, die aus einer Bleibatterie entnommen werden kann, je stärker der Strom ist.

Meine Bleibatterien sind mit 242Ah Kapazität angegeben. Das bezieht sich auf eine 20 Stunden Entladung (der sogenannte C20 Wert) mit 12,1A.

Bei einer kontinuierlichen Entnahme von 22,7A hält die Batterie dann nur noch 10 Stunden (C10), was einer Kapazität von 227A entspricht. Alleine also durch die ungefähre Verdoppelung des fließenden Stromes gehen 15Ah oder ~6% verloren.

Bei C5 (fünf Stunden Entladedauer mit 38,9A) leistet die gleiche Batterie nur noch 194,5Ah (20% weniger).

Alle Angaben sind aus dem offiziellen Datenblatt zur Q-Batteries 12-LC225 entnommen.

Schon bei einem Strom von knapp 40A gehen bei meinen Bleibatterien 20% Kapazität verloren. Wenn beim kochen Ströme von 100A oder mehr fließen (wenn auch nur für zehn, zwanzig, vielleicht mal dreißig Sekunden, dafür immer wieder in kurzen Abständen) wird deutlich, dass von den eigentlich 242Ah Kapazität pro Batterie nicht mehr viel übrig bleibt. Dieser Effizienzverlust wird durch die LE300 LiFePO Module entschärft, die bei mir immerhin ~70A beitragen (12 Stück mit je ca. 12A@12V, das macht um die 140A@12V oder 70A@24V), und bei denen dieser Kapazitätsverlust praktisch nicht auftritt. Trotzdem bleibt ein deutlicher Verlust.

An allen Ecken im Netz ist zu lesen: Kochen mit Induktion (und möglichst gutem Geschirr) ist generell um die 15% effizienter. Ist auch völlig einleuchtend, weil zwei Wärmeübertragungen einfach wegfallen: Von der Heizspirale zum Ceranfeld und weiter zum Topf.

Für den Betrieb an einem Batteriesystem ist nun interessant, dass ein Induktionsherd völlig anders arbeitet: Er ist nicht einfach „an oder aus“. Vielmehr zieht er Strom proportional zur gewünschten Heizstufe: Vom Warmhalten auf Stufe 1 mit zum Beispiel 10A@24V fast stufenlos bis zur Power-Stufe mit 100A@24V. Zusammen mit einem hochwertigen Topf mit Kupferkern spielt sich die Hauptlast des Kochens bei sehr niedrigen Stufen ab, es fließen viel niedrigere Ströme (die aber dafür durchgehend). Der oben beschriebene Kapazitätsverlust von Bleibatterien wirkt sich daher deutlich weniger aus.

Um die 15% generelle Stromersparnis durch Induktion plus weniger Kapazitätsverlust der Batterien: Da sind um die 20% Stromersparnis realistisch. Also kann es nur eine Erkenntnis geben: Wenn kochen mit Strom über Batterie und Wind- oder Solarenergie, dann ist ein Induktionsherd unbedingt sinnvoll.

Folgenden kleinen Test habe ich gemacht: 1 Liter Wasser in einem Milchtopf ohne Deckel zum kochen bringen:

	Standard E-Herd, einfacher Milchtopf, Stufe 6	Induktionsherd, hochwertiger Milchtopf mit Kupferkern auf Stufe 9	Induktionsherd, hochwertiger Milchtopf mit Kupferkern, Power Stufe
Last bei 24V	50A (1.200W)	kurz 100A, dann 20A (480W)	70A (1.680W)
Dauer	10:20	10:30	5:50
Verbrauchter Strom bei 24V	6,6Ah (160Wh)	5,4Ah (130Wh, 19% besser)	6,4Ah (154Wh, fast gleich)

Alleine der gemessene Stromverbrauch ist 19% weniger, berücksichtigen wir auch noch einen deutlich geringeren Kapazitätsverlust bei Bleibatterien durch hohe Ströme kommen wir sicher auf die oben anvisierten 20% Stromersparnis! Der neue Milchtopf ist ein Schulte-Ufer Romana, aus dessen Serie ich auch eine Pfanne mit Kupferkern habe.

Eine Induktionskochfeld auszuwählen hat mich allerdings Zeit gekostet: Alle Hersteller bis auf einen setzen anscheinend auf eine reine Touch Bedienung. Das entzieht sich völlig meinem Verständnis, funktionieren die Touch Bedienfelder doch regelmäßig extrem schlecht wenn sie nass oder fettig sind, was ja während des Kochens immer mal passiert. Ich wollte unbedingt einen Herd mit mechanischem Knopf haben, nur Neff bietet das in Form der TwistPad Bedienung. Es ist dann dieses Neff N70 Kochfeld geworden.

Ein Neff ist deutlich teurer als andere Marken. Es ist aber auch mal einfach ein top Gerät:

• Wir kommen mit der TwistPad Bedienung perfekt zurecht. Funktioniert auch mit nassen Fingern, schnell und verlässlich.
• Zum reinigen kann der Knopf einfach abgenommen und z.B. an die Mikrowelle gehaftet werden (magnetisch!).
• Ich konnte dem Herd sagen, wie viel Watt er maximal insgesamt ziehen darf. Somit können wir kochen mit so vielen Platten wie wir möchten, ohne den Inverter zu überlasten.
• Timer pro Platte, Countdown, Restwärmeanzeige… all die heute üblichen Features sind vorhanden.
• Der Neff zählt sogar den Energieverbrauch mit und zeigt ihn nach dem abschalten an.

Mein Ziel, mit Strom aber ohne Generator zu kochen, ist damit nicht nur erreicht – das Kochen mit Induktion macht auch noch viel mehr Spaß als mit dem alten Herd.

Noch eine Kleinigkeit: „Smartes“ Warmwasser.

Aktuell habe ich an einigermaßen schönen Tagen so viel Strom übrig, dass ich den Boiler für sicher eine Stunde betreiben kann (das wären dann ungefähr 30Ah@24V). Den Warmwasserbereiter auf den Inverter-Stromkreis zu legen ist schnell gemacht – aber dann wäre er ja immer an. Oder ich müsste ihn an seiner Sicherung gezielt an- und ausschalten. Das ist mir zu umständlich.

Mein Lösungsansatz ist eine Eve Energy smarte schaltbare Steckdose. Die kann ich via App steuern und kann dort auch Zeitpläne hinterlegen. Es gibt allerdings keinen eingebauten Timer, so dass sich die Steckdose automatisch wieder nach einer Stunde ausschaltet. Auch nerdige Versuche via Homekit oder der Kurzbefehle App sind gescheitert.

Da der Boiler ohnehin nur relevant ist, wenn wir länger als zwei Tage auf einem Ankerplatz sind, reicht es allerdings auch erstmal völlig, ihn einfach händisch an- und auszuschalten. Das ist zwar nicht so smart wie gedacht, aber ich kann den Boiler wenigstens bequem vom iPad aus steuern.

Update 7. August 2021: Das Thema ist gelöst, siehe Warmwasser mit Batterie und Solar: Boiler automatisch wieder ausschalten

Damit ist das Projekt „Autark durch Solar, ohne Generator. Mit kochen. Und Warmasser.“ vorläufig abgeschlossen

Es war eine längere Reise und ziemlicher Aufwand, finanziell genauso wie handwerklich. Ein Umbau auf einen Gasherd wäre ähnlich teuer gewesen, und Warmwasser hätte ich dann immer noch nicht.

Dafür habe ich jetzt – zumindest im Sommerhalbjahr – Strom wie zu Hause an Bord. Ein Kühlschrank und eine zusätzliche Kühlbox für Getränke, die 24×7 laufen. Internet, Macbook und ein zweites Display zum arbeiten. Licht, Musik, aufladen von Gadgets. Kochen! Und Warmwasser nach Bedarf. Der Strom ist einfach da.

Die Artikelserie über dieses Projekt ist einigermaßen lang, ausführlich und technisch detailliert. Es wäre schön, wenn der eine oder andere davon inspiriert wird oder hilfreiche Tipps für sein eigenes Projekt mitnimmt. Oder einfach auch nur die Erkenntnis gewinnt: Kochen mit Strom an Bord ohne Generator ist machbar, auch wenn ein Stammtisch das vielleicht für völligen Unsinn hält.

Und meinen Generator, der mit dem kaputten Zahnriemen? Den lass‘ ich bis zum Herbst einfach mal so, wie er ist. Und dann schau ich weiter, was ich damit mache. Vorerst brauche ich ihn einfach nicht mehr – und habe damit mein Ziel erreicht.

Lies weiter über dieses Projekt

Den ganzen Weg habe ich in mehreren Artikeln beschrieben:

1. Autark kochen mit Strom, aber Abschied vom Generator: Warum? Und wie geht das?
2. Autark kochen mit Strom: Brennstoffzelle? Bleibatterien mit Lithium erweitern? Energiebilanz + wie viel Solar ist nötig?
3. BOS LE300 Lithium Batterie Extender: Einbau und Erste Erfahrungen
4. Hybridbatterie mit BOS LE300: Jetzt macht es Spaß – Erfahrungen, Empfehlungen und Tipps
5. Warmwasser mit Batterie und Solar: Boiler automatisch wieder ausschalten