Powerbank – Solar – Ampere 2 go

Wie einige Stammleser hier wissen, habe ich in der Vergangenheit des öfteren kleine Projekte realisiert, welche mir zumindest im Garten ein netzstromunabhängiges Arbeiten ermöglichen. Sollte ich irgendwann mal wieder in den Genuss kommen Camping zu machen, dürfte dies zusätzlich hilfreich sein ;-)

Hier ein wenig 12V aus der Sonne  neuerdings (eher 5V), ohne feste Verbindung an das Stromnetz auskommen zu können, ist verlockend. Durch das enorme Ansteigen der USB-5V-Mobilgeräte, sind ja auch in einer Menge Varianten möglich, die vor ein paar Jahren schlicht nicht zu finden waren.

Mir geht es allerdings gar nicht so sehr darum, den kompletten Haushalt mit Energie zu versorgen, da müss(t)en andere Größenordnungen her. Mir geht es eben um die Möglichkeit, an beliebigen Standorten elektrisch versorgt zu sein, wenn es nicht gerade um das Kochen, Heizen oder Kühlen geht.

Oft gibt es aber falsche Vorstellungen der Leistungsfähigkeit von mobilen Stromversorgungen für Kleinstgeräte, genau der Grund für mich, diesen Blogbeitrag hier zu schreiben ;-) Ausgelöst durch einige Kundenbewertungen und Forenbeiträge im weltweiten Netz und auch durch Emails, welche als Reaktion auf meine Artikel hier so eingetroffen sind, muss ich einfach ein paar Zeilen online bringen.

Ein kleiner Vergleich zur Veranschaulichung

Um zu Beginn doch einmal bei einem Haushaltsgerät zu bleiben, nehme ich als Anschauungsobjekt eine Kaffeemaschine mit 1000 Watt Leistungsaufnahme, so ein Teil kennt ja wahrscheinlich jeder. Im deutschen Versorgungsnetz leben wir mit 230V Wechselspannung, das ist auch kein Geheimnis. P (Leistung) = U (Spannung) x I (Strom), folglich benötigt die Maschine 1000 (W) : 230 (V) = 4,3 Ampere.

An die 230V Steckdose in der Küche angeschlossen, möchte die Maschine in der aktiven Kochphase also 4,3A bekommen, um das Wasser zu erhitzen und eben Kaffee aufzubrühen. Die Werte einfach mal im Kopf behalten.

Strom einer Powerbank

Eine durchschnittliche Powerbank im Jahre 2018 bietet meist eine Kapazität von 6000 – 16000 mA/h, je nach Größe, Bauform und Gewicht. Gehen wir hier mal von 10000 mA/h aus, bedeutet dies nichts anderes, als das die Akkus im inneren des Gerätes eben diese Kapazität bieten, natürlich davon ausgehend, dass der Hersteller nicht schöngerechnet hat. Diese Akkus können also entweder einen Verbraucher 1 Stunde lang mit 10 Ampere (=10000 mA) oder 10000 Stunden lang mit 1 mA versorgen.

Weiter ist wohl unbestritten, dass ein USB-Port mit einer Spannung von 5V arbeitet, bei einer gängigen Powerbank meistens mit einem maximal entnehmbaren Strom von 2A, oft auch nur 1A. Nehmen wir mal beispielhaft 2A als möglich, sind das 2A x 5V = 10W. Nicht vergessen, bei der Leistung ist es egal, ob ich nun bei 1000W mit 1 A bei 1000V oder mit 1V an 10000A arbeite, es bleibt eine Leistung von 1000W. Hier wird vielleicht schon klar, warum man aus einer Powerbank niemals eine Kaffeemaschine oder einen Toaster betreiben können wird, welcher für den normalen Haushalt gedacht ist.

Um trotzdem aus einer Powerbank eine Kaffeemaschine betreiben zu können, müsste also ein Gerät her, welches technisch derart realisiert ist, dass es mit einer Leistung von rund 10W Wasser in nennenswerter Menge und Zeit ausreichend erhitzen kann Beim Verfassen dieses Artikels habe ich in der Form noch nichts gefunden, unmöglich wird es aber wahrscheinlich nicht sein ;-) Bis vor einigen Jahren habe ich auch keine Lötkolben gekannt, die mit normalen AA-Batterien funktionieren, mittlerweile findet man die Teile in jedem einigermaßen sortierten Baumarkt.

Ohne Sonne kein Strom. Immerhin, für die Beleuchtung von oben reichten die LED’s der Powerbank, aufgeladen mit Sonnenlicht. Für das Notebook musste aber dann doch der Netzstrom her :-)

Laden externer Geräte mit einer Powerbank

Nun kann man ja auf die (an sich) korrekte Idee kommen, dass mit einer Powerbankkapazität von 10000 mA/h ein Smartphone mit einer Akkukapazität von 3000 mA/h mindestens drei mal vollständig aufgeladen werden kann, bei einem Ladestrom von rund 2 Ampere obendrein in knapp 1,5 Stunden. Könnte man, ja…

Leider ist allerdings die Erde sozusagen ein Strafplanet, alles muss mit Verlusten bezahlt werden! Nichts, was man hier an Energie erhält, lässt sich verlustfrei von A nach B transportieren. Um die Geschichte noch ein wenig ineffizienter zu gestalten, kommt zusätzlich ein Anpassungsproblem der Spannungen hinzu:

Der USB-Port soll 5V an Spannung bereitstellen, die gängigen Akkutypen liefern aber vollgeladen nur ca. 4,2V. Also muss eine Technik her, welche immer dafür sorgt, dass die Akkuspannung möglichst stabil auf 5V herauftransformiert wird. Zusätzlich möchte der verwöhnte Benutzer (ich bin auch so einer ;-) ) auch noch per netter LED-Kette oder ähnlichem auf dem Laufenden gehalten werden, was sich in der Powerbank so abspielt. Beim Aufladen des Akkus will auch die Ladeelektronik versorgt werden, wieder Verluste. Tja, und das Ergebnis? Mehr als 60% der Akkukapazität einer Powerbank, sind kaum nutzbar. Bei qualitativ brauchbaren Exemplaren versteht sich, hat man beim Kauf daneben gegriffen, geht weniger sozusagen immer. In der Praxis bin ich bei der Annahme, dass mit mehr als 50% nutzbarer Kapazität einer Powerbank eher nicht gerechnet werden sollte, ganz gut ausgekommen, Schlussendlich darf man auch nicht vergessen, dass 5V nicht gerade Hochspannung sind, mit meterlangen (und querschnittsmäßig dünnen) USB-Strippchen, kommen weitere Verluste hinzu. Die Ladezeit an sich KANN kurz sein, muss sie aber nicht. Hängt nun ein Handy mit 3 Meter langem und zeitgleich dünnem USB-Kabel an der Powerbank, kann alleine schon der Leitungswiderstand den Ladestrom negativ beeinflussen. Wo Widerstand herrscht, gibt es auch einen Spannungsabfall und am zu ladenden Gerät kommt weniger an. Tja, was noch? Die Ladeelektronik im Telefon und, vor allem, der Strombedarf des Smartphones während des Ladens verlangt Beachtung. Ist das Gerät aktiv und benötigt dementsprechend Leistung, sagen wir mal 1 Ampere, sind schon 50% des erhofften Stromes für die Ladung anderweitig dahin. Bei den oben angenommenen Werten ist die Ladezeit dann auf rund 3 Stunden angestiegen. Die evtl. strombegrenzende Wirkung der Kabel, Verluste in der Ladeelektronik des Telefons und vielleicht fragwürdige Leistungsangaben der Hersteller, noch außen vor ;-)

Zu den USB-Ladekabeln an sich hatte ich übrigens in der Vergangenheit schon ein paar Worte verloren, ich verlinke mal. In der Praxis ist alles allerdings nicht ganz so drastisch und schrecklich, meist wird ja ein nicht völlig entladenes Smartphone oder Tablet mit einer Powerbank eher zwischengeladen, das Mobilgerät ist nicht unbedingt Daueronline und die Strippen sind nicht so arg schlecht – man kommt klar :-)

Laden der Powerbank

Kurzversion: Steckernetzteil in die passende Steckdose stecken, USB-Strippe rein und ab an die Bank. Einigermaßen verlustarme Kabel und eine brauchbare Laderegelung vorausgesetzt, kommt die Rechnung Akkukapazität geteilt durch Ladestrom gleich Ladezeit recht gut aus, gut 30% sollte man aber dennoch auf die erwartete Zeit addieren.

Schwieriger wird das natürlich unterwegs. Ist kein Netzstrom verfügbar, bleiben aktuell nennenswert nur die Sonnenstrahlen als Energiespender. Eigentlich funktioniert dies gut, man sollte allerdings realistische Vorstellungen haben und, das wichtigste überhaupt, es muss Sonne da sein. Nicht nur erahnt hinter Wolken oder irgendwo im Rücken der Solarzellen, nein, volle Pulle senkrecht drauf auf’S Paneel. Auch wenn die Effizienz der Solarzellen in den vergangenen Jahren wirklich merklich gestiegen ist, kommt man über 18% selten hinaus. Für den Nutzer ist dies allerdings eher zweitrangig, es zählt ja der nutzbare Strom am Ausgang der Ladetechnik und nicht das, was die Sonne wirklich an Energie zu bieten hätte. Es gibt nur eben eines was leider unumgänglich ist: Viel Solarstrom braucht auch viel Fläche. Ist so, kann man nicht ignorieren.

Damit sind wir dann auch an dem Punkt, warum ich diesen Artikel überhaupt schreibe. Die beiden „low cost“ Powerbanks im ersten Bild dieses Artikels, sind mit Solarzellen ausgestattet. Liegen sie in der Sonne, fließt tatsächlich ein Ladestrom. Die Tatsache, dass beim Laden in praller Sonne auch die Akkus im inneren praktisch mitgekocht werden, ignoriere ich an dieser Stelle. Sie behaupten eine Kapazität von 15000 mA/h zu besitzen, sind mit durchaus effektiven LED’s zur Beleuchtung ausgestattet und können zum Standard-USB auch eben per Sonnenlicht geladen werden. Die Teile sind jetzt nicht der High-Tech-Kanaller, haben sich in den letzten 2 Jahren aber bestens bewährt, werden nur gelegentlich zu Unrecht mangelhaft bewertet. Ich versuche mal, das aufzuschlüsseln.

Das Solarpaneel hier links im Bild, ist eine aktuelle Anschaffung für meine Strom-im-Sommer-im-Garten-Idee. Mit der gesamten Fläche sind nach Herstellerangabe maximal 3,5A Strom bei 5V unter optimalen Bedingungen zu realisieren. In der Praxis komme ich auf rund 2,8A. Diese aber eher rechnerisch, ich habe einfach kein Gerät mit dieser hohen Dauerstromaufnahme, welches über einen relevanten Zeitraum hinweg Messungen ermöglichen würde. Diese Werte sind mir aber in der Praxis eher zweitrangig, ich betreibe meine Mini-Insellösung in der Anordnung Solarpaneel -> Powerbank -> Verbraucher. Mal mit nur dem Tablet als Endgerät, gelegentlich zusätzlich der Minilötkolben und das Smartphone, wichtig ist mir die verfügbare Energie aus der Powerbank. Unter dem Strich soll das Solarpaneel einfach nur genug Nachschub liefern.

Das Paneel hat zwei USB-Ausgänge, für längere Aktionen kommt an jeden eine Powerbank, bisher hat dies immer ausgereicht. Nur, die Sonne muss da sein! Jetzt bin ich allerdings nicht so irre, mich bei grauem Wetter oder gar Regen in den Garten zu setzen um dabei festzustellen, dass ohne Sonne keine nennenswerte Ladung stattfindet Beim Camping und überhaupt unterwegs allerdings, könnte dies natürlich schon eine Rolle spielen, da hilft nur das Hoffen auf genug Akkupower bis zum nächsten Sonnenschein. Generell würde ich aber immer empfehlen, mit aufgeladenen Geräten auf Tour zu gehen ;-)

Bei solchem Wetter, hält sich die Solarenergie eher in Grenzen. Die meiste Zeit beim Erstellen dieses Artikels, haben sich Sonne und Wolken im Minutenrythmus abgewechselt.

 

 

Mehr als 160 mA sind gerade nicht drin, die Sonne ist allerdings in diesem Moment vollständig von den Wolken verdeckt. Dringen die ersten Sonnenstrahlen durch, geht es recht schnell auf etwa 900 mA, mehr scheint meine Powerbank einfach beim jetzigen Ladestand nicht zu verlangen.

 

Zurück zum Anlass, diesen Artikel zu schreiben. Viele Bewertungen im WWW zerreißen die Solarpowerbanken regelrecht. „Die Zelle kann den Akku gar nicht laden“, „alles dauert ewig“ und „Gerät nutzlos“, heißt es oft.

Nun, doch, kann sie alles! Aber nur elend langsam. Was aber anhand der Fläche auch kein Wunder ist. Die Solarzelle dieser Powerbank hat knapp 1/6 der Fläche, die das gezeigte eigenständige 3,5A-Solarpaneel mit nur einer seiner 3 Teilflächen bietet. Konkret bedeutet dies,1 Ampere pro Teilfläche, bei 1/6 davon hat die kleine Zelle auf der Powerbank eine Stromausbeute von roundabout 160 mA, Verluste und Co nicht im Ansatz bedacht. Sie bietet eine (Herstellerangabe) Kapazität von 15000 mA/h, Man muss nun nicht Albert Einstein sein, um auf gut 100 Stunden Ladezeit zu kommen. Volle Pulle ununterbrochen Sonne und immer korrekt ausgerichtet versteht sich ;-) Das wird sehr, sehr lange dauern!

Aber: Im hintersten Ödland immerhin die Chance, vielleicht noch den letzten rettenden Anruf tätigen zu können! :-D

Bemerkungen am Rande

Jemand schrieb, mit 12V Zellen hat man dann ja mehr Leistung. Schön wäre es, ist aber Unsinn. Leistung bleibt Leistung. Habe ich eine Leistung von z. B. 60W zur Verfügung, sind dies bei 12V eben 5A Strom. Bei 5V immerhin 12 A – es bleiben 60W. 12V Geräte kann ich an 5V nicht betrteiben, beim Betrieb von 5V Geräten an 12V muss ich 7V loswerden, oft buchstäblich verheizen – Effizient geht anders ;-)

Gerne kommt auch die Frage, ob man nicht den Getränkekühler im Sommer auch im Garten unter dem Sonnenschirm oder am Strand betreiben kann. Nun, bestimmt nicht aus einer USB-Powerbank, der Rest sollte sich aus dem Artikel ergeben.

Wichtig ist natürlich auch die Tatsache, dass Sonnenenergie flüchtig ist. Man muss sie also speichern, gängig sind hier Akkus. Eine Powerbank oder ein Smartphone bringen ihre Akkus mit, zunächst kein Problem. Ist der Akku allerdings voll, ist nichts mehr mit speichern. Dann kann man nur verbrauchen was über ist, ohne Sonne wird sofort auf die gespeicherte Energie zurückgegriffen. Wer also auch bei einem längeren Tripp in der Wildnis auf der sicheren Seite stehen möchte, sollte sich vorhe gut seinen Strombedarf berechnen und ausreichen Speicherkapazitötämit sich führen und diese bei jeder Gelegenheit aufladen.

Fazit:

Mobile Kommunikation, Licht mit LED-Lampen, Radio oder mobile Kleinleistungswerkzeuge kein Problem, darüber wird es schon Aufwändiger.

Nimmt man nur mal ein Notebook als Beispiel, werden oft 19V bei rund 4A gewünscht, da muss zusätzliche Technik her. Veranschlagt man den Leistungsbedarf mit rund 100W und wählt als Solarquelle Module mit 12V Ausgangsspannung, muss mindestens ein Step-Up-Wandler von 12 auf 19V angeschafft werden (die sogenannten KFZ-Notebookadapter-/Netzteile sind nichts anderes), um Sonnenschwankungen zu kompensieren, braucht es aber auch noch einen Akku. Um diesen aus der Sonne zu laden, ist ein Solarladeregler ebenso Pflicht. Will man sinnvoll an die Sache gehen, liegt der Pufferakku im Bereich der Größe einer kleinen Autobatterie. Für 100W Leistung dürften rund 2-3 Quadrtameter Solarpaneel nötig sein, um frustfrei über die Runden zu kommen, solange die Sonne scheint. Da das Notebook alleine schon knapp unter 100W für sich beanspruchen kann, bleibt für eine Akkuladung natürlich nur dann eine Reserve, wenn das Notebook gar nicht läuft :mrgreen:

Immerhin, mein klassischer Geräteaufbau für ein bisschen produktives EDV- und Elektronikwerkeln im Garten funktioniert. Das recht betagte Galaxy Tab 2, die Bluetoothtastatur und mein Handy halten eigentlich immer ausreichend lange durch. Scheint die Sonne intensiv genug, wird die Powerbank nicht mal vollständig entladen, allerdings starte ich im Allgemeinen auch den Tag mit vollen Akkus an allen Geräten. Wenn ich zwischendurch den USB-Lötkolben oder auch mein DSO-138 mal anklemme, fällt das allgemein kaum ins Gewicht, ich bin zufrieden und wünsche Euch einen schönen Sommer :-)

 

 

 

 

 

 


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3D Drucker + Schubladenschrank = Ordnung

Wenn lange erwarteter Kleinkram endlich ankommt, ist dies ein guter Grund, mal wieder neu zu sortieren und Ordnung zu schaffen ;-)

 

 

 

 

Nicht ganz zufällig ist es dann günstig, wenn man sich einen kleinen Schubladenschrank gedruckt hat….

 

 

 

 

 

… und (mal wieder) damit beginnen kann, den Teilebestand auf einen aktuellen Stand zu bringen.

Der nächste Schrank ist schon im Druck, ich fürchte, da werden noch einige unzählige folgen :mrgreen:

 

 

 

 

 

 

 

 


 

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Viel Kleinkram? Vielleicht einfach einen Schrank drucken!

Habe mir einen kleinen Schubladenschrank mit und aus meinem Colido D1315 3D-Drucker realisiert.

Alles in Einzelteilen druckbar, damit quasi modular und in der Höhe nur durch die Zimmerdecke begrenzt ;-) Immer wieder das Mittelteil samt Lade drucken, draufstecken und fertig.

 

In der hier gezeigten Variante ist er mit drei Schubfächern 14 x 8 x 5cm (H x B x T) groß, die Schubladen haben einen Innenraum von 3,7 x 5,7 x 3,7cm (H x B x T). In der Fotogallerie unten, finden sich einige Bilder zur Veranschaulichung der Einzelteile. Habe den ersten Versuch recht grob (0,4mm) gedruckt und nur lose zusammengesteckt, passte alles recht gut, in der Vorlage ist aber auch Luft bei den Verbindungen gelassen. Die Druckvorlage hat unten jeweils runde Hilfsflächen (0,4mm Dicke) um ggf. auftretendes Warping zu minimieren, diese muss man nachher natürlich entfernen. Das Unterteil bildet allerdings eine Ausnahme, hier sind die Scheiben zur Stabilisierung dauerhaft angedacht.

 

Ich für meinen Teil werde versuchen, damit mal wieder den unzähligen Kleinkram in den Griff zu bekommen… ;-)

Wer’s mag: Die „.stl“ Dateien als Download!

 

 

 

 


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3D Druck und Murphy

In der Regel bleibe ich, gerade beim Start eines 3D-Druckes, in der Nähe des Gerätes. Man weiß ja nie… Allerdings habe ich mittlerweile doch einiges an Übung, Fehlstarts gibt es eher selten, wird schon klappen.

Es sei denn, der Paketbote klingelt und ich muss schnell zur Tür… Dann, natürlich, geht’s von vorne bis hinten schief…

Ich brauchte eigentlich nur eine Motorhalterung, Optik fast egal, funktionieren sollte sie, also was „schnelles“. Prompt falsche Einstellung für den Slicer erwischt bzw. eingetippt (0,003 mm für erste Layer waren wohl doch zu wenig. Keine Ahnung, was ich eingetippt hab‘ :-( ), es schellt an der Tür, Druck beginnt gerade – das Ergebnis sieht man oben.

 

OK, im zweiten Anlauf alles soweit im grünen Bereich.

Neuer Merker an mich:

Schnell und Murphy = Lass das!

;-)

 

 

 

 

 

 

 

 


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Mein 1:87-Car-System-Getriebeträger

Dann und wann gibt es das eine oder andere Automodell nicht im Angebot der Händler. Oft ist mir der Preis auch zu hoch oder, und das vor allem, mich reizt einfach der Eigenbau. Wie auch immer, mit einem 3D-Drucker auf dem Tisch sollte da einiges an Möglichkeiten offenstehen ;-) Lange Rede kurzer Sinn – ich habe mir mal eine Bodengruppe erstellt, welche Zahnrad, Motor, Ladebuchse, Reedschalter und Hauptschalter aufnehmen kann.

Zum Einsatz kommen der M700 Motor, das 30er Faller Zahnrad nebst Schnecke und einige sonstige Bauteile, welche ich hier noch im Vorrat habe. Die Aufnahme für die Lenkung kann einfach vorne angesetzt werden, ist aber noch in der Vorbereitung.

Die ersten Varianten funktionieren besser als erwartet, ich denke mit Hilfe einiger Karosserieteile aus einem Standmodell wird da ein fahrtüchtiger LKW draus. Das weiße ist übrigens kein Schimmel, da ist das PLA-Material mit Akitvatorspray in Berührung gekommen.

Der komplette Aufbau ist recht einfach gestaltet, in Fahrtrichtung rechts eine Aussparung für einen Reedschalter, gegenüber für einen kleinen SMD-Schiebeschalter. Die Rundung in der Mitte dient der Motoraufnahme, in das hintere Loch passt das Zahnrad, dahinter eine 3-polige Ladebuchse mit 2,54mm Lochabstand. Die Lücken für die Achse sind so bemessen, dass 0,5mm² Adernendhülsen mit dem entsprechenden 1mm Innendurchmesser als Achslager dienen können.

Bei der ersten Versuchsversion habe ich aktuell die Bauteile noch verklebt, in kommenden Varianten soll alles reversibel sein.

Wer sich die Datei im .STL Format mal ansehen möchte:

cs_traeger_m700

Mit etwas Bastelfieber kann das Ganze schon eingesetzt werden, wie immer keine Garantie von mir für irgendeinen Erfolg :-D

Je nachdem, mit welchen Teilen bestückt werden soll, kann recht einfach Material ausgefräst werden. Ich habe mich noch nicht entschieden, welche Teile ich in Zukunft im Standard nutzen werde, derzeit soll erst der Vorrat verbraucht werden.

 

 

Hier geht’s zu den anderen Beiträgen zum und vom Colido D1315 ;-)

 


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