Tragbare Powerstationen sind eine praktische, bequeme Lösung für uns als Camper, um alle Geräte mit Strom versorgen zu können.
Aber wie funktionieren portable Powerstationen genau? In diesem Beitrag werfen wir einen Blick auf Technik, verbaute Komponenten und Funktionen. Damit können wir besser verstehen, wie die portablen Geräte Strom umwandeln und für späteren Gebrauch speichern.
Nach dem Lesen dieses Artikels hast du ein besseres Verständnis, wie tragbare Powerstationen funktionieren. So lernst du wichtige Vor- und Nachteile einzelner Komponenten kennen, die am Ende auch über den Anschaffungspreis entscheiden.
Inhaltsverzeichnis
Wie funktionieren tragbare Powerstationen?
Tragbare Powerstationen wandeln Energie von Solarmodulen oder vom Stromnetz in speicherbare elektrische Energie um, die in einer Batterie aufbewahrt und später wieder aus dieser entnommen werden kann. Die Batterie kann Verbraucher, die an Wechselstrom-Ausgängen (AC) oder Gleichstromausgängen (12 Volt, USB-A, USB-C) angeschlossenen sind, mit Strom versorgen.
Dazu sind verschiedene Komponenten nötig.
Durch einen Inverter wird Gleichstrom zu Wechselstrom gewandelt. Ein Laderegler reguliert wiederum den Energiezufluss zur Batterie. Schließlich überwacht und optimiert ein sogenanntes Batteriemanagement-System die Leistung der Batterie.
Manche Powerstationen können mit entsprechenden Parallelkabeln mit anderen Powerstationen verbunden werden, um eine höhere Kapazität zu erzielen.
In einer zweiten Variante kann eine Powerstation mit entsprechenden Zusatzbatterien ausgestattet werden, etwa das Modell AC500 und B300 von Bluetti. Dies ist vor allem für Solargeneratoren als Notstromversorgung sinnvoll.
Komponenten einer portablen Powerstation
Eine portable Powerstation hat einige entscheidende Bauteile und Komponenten, die wir im Folgenden genauer vorstellen, damit du ein besseres Verständnis für ihre Funktionsweise bekommst.
Batterie
Tragbare Powerstationen verwenden verschiedene Arten von Batterien, darunter Lithium-Ionen, Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4), Blei-Säure und Nickel-Cadmium.
Lithium-Ionen-Batterien sind der häufigste Typus, den man in portablen Powerstationen heutzutage findet. Lithium-Ionen-Batterien bieten im Vergleich zu anderen Batterietypen eine höhere Energiedichte, längere Lebensdauer (gemessen in Ladezyklen), geringeres Gewicht und eine schnellere Ladezeit.
Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben eine höhere Energiedichte als Blei-Säure-Batterien und sind allgemein robuster, aber auch teurer als Lithium-Ionen-Batterien. LiFePO4-Batterien haben eine längere Lebensdauer, bessere Leistung bei hohen Temperaturen und sind sicherer als andere Lithium-Batterien – sie überhitzen nicht so stark.
Blei-Säure-Batterien sind kostengünstiger in der Anschaffung, haben jedoch eine geringere Energiedichte und kürzere Lebensdauer als Lithium-Batterien.
Nickel-Cadmium-Batterien sind wegen Umweltbedenken und höheren Kosten in der Anschaffung weitaus weniger verbreitet als andere Batteriearten.
Die Kapazität des Akkus einer Powerstation wird in Wattstunden (Wh), seltener in Amperestunden (Ah) gemessen. Die Kapazität gibt an, wie viel Energie im Akku gespeichert werden kann. Allgemein sind Batterien mit hoher Kapazität leistungsstärker, aber auch deutlich größer, schwerer und teurer als diejenigen mit geringer Kapazität.
Wechselrichter
Man unterscheidet zwei Arten von Wechselrichtern. Powerstations verwenden entweder einen modifizierten Sinus-Wechselrichter oder einen reinen Sinus-Wechselrichter. Letztere sind besonders teuer, weil sie eine saubere und stabile Leistung liefern können, die empfindliche Elektronik wie Laptops oder TVs schonen und diese nicht beschädigen.
Wechselrichter funktionieren, wie der Name vermuten lässt, auf folgende Weise: Sie wandeln den Gleichstrom in der Batterie in Wechselstrom um, der von der Kaffeemaschine am AC-Ausgang wiederum verwendet werden kann.
Laderegler
Auch bei Ladereglern kann man die Funktionsweise anhand des Namens bereits erahnen. Sie sollen den Stromfluss von der Quelle (Solarpanel, KFZ oder Steckdose) zur Batterie regulieren. Ziel ist es, eine Über- oder Unterladung dringend zu vermeiden.
Tragbare Powerstationen nutzen zwei Arten von Ladereglern. Die weniger verbreitete Variante nennt sich Pulsweitenmodulation (PWM). Der einfache Laderegler verwendet schnelle Schaltvorgänge, um den Stromfluss vom Solarpanel zur Batterie steuern zu können. Dieser Laderegler-Typ funktioniert dann am besten, wenn die Nennspannungen von Solarmodulen und Batteriebank übereinstimmt.
Der heute üblicherweise verbaute Typ ist der sogenannte Laderegler mit Maximum Power Point Tracking (MPPT). Bei MPPT-Reglern ist dieselbe Nennspannung von Batterie und Solarpanel nicht nötig. Der Regler ist in der Lage, PV-Anlagen mit hoher Spannung in Ladeleistung mit niedriger Spannung für eine Batterie umzuwandeln.
MPPT-Regler sind bis zu 30 Prozent effizienter als PWM und können weitaus mehr Energie aus Solarmodulen herausholen. Sie sind aber auch deutlich teurer als Systeme mit Pulsweitenmodulation.
Batteriemanagementsystem
Die Aufgabe des Batteriemanagementsystems (BMS) besteht in der Überwachung der Batterieleistung. Außerdem steuert das BMS Lade- aber auch Entladevorgänge und schützt dabei den Akku vor Überladung, Überentladung oder eventuellen Kurzschlüssen.
Moderne tragbare Powerstationen haben Zusatzfunktionen an Bord. Dazu zählen Temperatursensoren, die bei kritischen Werten einen visuellen und hörbaren Alarm geben. Auch gibt es inzwischen Powerstationen mit intelligentem Batteriemanagementsystem, bei dem die Lebensdauer und Leistung der Batterie optimiert wird.
Eingangsströme: So werden Powerstationen geladen
- Laden per Netzteil: Alle tragbaren Powerstationen haben im Lieferumfang ein Netzteil, mit dem die Powerstation am Inputport geladen wird. Die Wattstärke des Netzteils, die Größe und Art der Batterie sowie das BMS sind die wichtigsten Faktoren für die Ladezeit.
- Laden per Solarmodul: Viele Powerstationen können mit einem Solarpanel aufgeladen werden, das Sonnenlicht in Gleichstrom umwandelt und in der Batterie gespeichert werden kann. In der Camper-Szene und im Outdoor-Bereich sind tragbare Solarmodule äußerst beliebt – sie sind umweltfreundlich und versprechen ein gewisses Maß an Freiheit.
- Laden per Fahrzeug: Die meisten Powerstationen können während der Fahrt mit einem KFZ-Ladekabel geladen werden. Der Zigarettenanzünder wird mit dem Input-Port der Powerstation verbunden und liefert in aller Regel entweder 12 Volt (PKW) oder maximal 24 Volt (Wohnmobil) Bordspannung. Für größere Batterien der Zwei-Kilowattstunden-Klasse ist dies allerdings zeitaufwendig.
So wandelt die Powerstation Energie um
Viele Verbraucher benötigen Wechselstrom (AC), wie wir ihn aus der heimischen Steckdose kennen, um richtig zu funktionieren. Tragbare Powerstationen erzeugen aber Gleichstrom (DC).
Um nun den Gleich- in Wechselstrom umwandeln zu können, kommt der bereits erwähnte Inverter ins Spiel. Der Wechselrichter entnimmt Gleichstrom aus dem Akku und wandelt ihn dann in Wechselstrom um, der an den AC-Ausgängen genutzt werden kann.
Dabei kommt es jedoch zu Verlusten. Dieser Umwandlungsprozess ist nicht zu einhundert Prozent effizient. Stattdessen geht ein gewisser Teil der entnommenen Energie zur Umwandlung verloren. Je effizienter der Wechselrichter ist, desto besser und teurer ist die Powerstation in aller Regel.
Nahezu alle tragbaren Powerstationen haben USB-Anschlüsse (USB-A, USB-C) an Bord, mit denen angeschlossene Elektronik direkt mit Gleichstrom versorgt werden kann – und zwar, ohne dass hier eine Umwandlung in Wechselstrom erfolgen muss. Wer also ein Tablet oder Smartphone direkt per USB-Kabel am entsprechenden Port der Powerstation lädt, ohne dafür ein Netzteil zu verwenden, spart Strom.
