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Stromspeicher mit Kondensatoren

Prototyp mit 150 Wattstunden bzw. 1 Kilowatt für 10 Minuten

Die Anfänge

Ausgehend von meinen Beobachtungen und der daraus resultierenden Unzufriedenheit mit herkömmlichen Akkutypen suchte ich in den Jahren 2006 bis 2012 nach Lösungen, da in meiner autarken Photovoltaikanlage die Akkus durch den extremen Zyklenbetrieb ständig entweder defekt waren, oder aber aufwändiger Wartung bedurften.
Die Akkus vom Typ Li-Ion oder Blei waren ständig defekt und die Akkus vom Typ Ni-Cd oder Ni-Fe, obwohl recht standfest, bedurften regelmäßiger Wartung.
Der Grund, warum das so ist, war mir vollkommen klar es liegt an der ständig stattfindenden "Stoffumwandlung" und dem dadurch im Akku stattfindenden "Materialverschleiß" ich könnte den Vorgang jetzt technisch/physikalisch exakt beschreiben, aber das würde den Rahmen dieser Seite sprengen und ich will das wesentliche, worum es geht auf den Punkt bringen..für die Allgemeinheit verständlich machen...daher "Stoffumwandlung und Materialverschleiss".
Es ist tatsächlich so jedesmal beim Aufladen eines Akkus "oxydiert" die Plus Elektrode und zwar bis in die "innersten Schichten" und jedesmal beim Entladen wird diese "Oxydation" wieder rückgängig gemacht...bei jedem einzelnen Vollzyklus findet eine nahezu vollständige "Stoffumwandlung" statt.
Und so ist es natürlich auch verständlich warum nach ein paar hundert Zyklen das Material buchstäblich zerbröselt.

Wenn man das nun begriffen hat, wird einem klar, dass Energiespeicherung in Akkus, also elektrochemische Speicherung niemals eine tragfähige, langlebige Grundlage sein kann. Man denke nur an die bevorstehende Zwangsbeglückung der Deutschen mit Elektromobilität auf Basis von Li-Ionen Akkus....eine Katastrophe bahnt sich dadurch an !
Da es in Deutschland offensichtlich so ist, dass eine echte Energiewende nur unter konsequentem Ausschluss politischer Interressensgruppen stattfinden kann, auch wenn "unsere" Kanzlerin angeblich Physik studiert hat, muss ausschließlich im Rahmen physikalischer Möglichkeiten nach einer Alternative gesucht werden.
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Und sie ist zu finden, sie existiert seit langer Zeit..nicht nur in der Theorie ...ich meine den Kondensator.
Und innerhalb der Gattung Kondensator meine ich eine spezielle Art von Kondensator ..den Doppelschichtkondensator, Supercap oder auch Ultracap genannt.
Diese speichern Energie im Gegensatz zum Akkumulator nicht durch "Stoffumwandlung" , sondern durch Ladungstrennung und dadurch werden die Elektroden selbst nicht zur Energiespeicherung herangezogen, sondern nur als "Sammler der Ladung" im Kondensator verwendet..daher bleibt ihre Substanz unabhängig von der Ladung immer die gleiche.
Und wo keine Substanz umgewandelt wird, findet auch kein Verschleiss statt, daher die enorme Zyklenfestigkeit von Kondensatoren bis hin zu einer Million Vollzyklen.
Ein weiterer Vorteil von Kondensatoren ist der extrem niedrige Innenwiderstand und die daher mögliche Aufnahme und Abgabe großer Stromstärken in kurzer Zeit. jeder der schon mal selbst einen kleinen aufgeladenen Kondensator versehentlich kurzgeschlossen hat, weiss wie das knallen kann...,das meine ich damit.
Obgleich die Leistungsdichte von Kondensatoren gegenüber Akkus erheblich grösser ist, beträgt ihre Energiedichte, das heisst, "was in ihnen steckt"..(wieviel Strom, wie lange), nur 10% eines herkömmlichen Akkus..das ist der zur Zeit bestehende Nachteil, der aber z.b. bei entsprechender Nachfrage und dadurch produzierten Stückzahlen incl. Forschung und Entwicklung seitens der Hersteller bald ausgeglichen sein könnte.

Realisierung des Prototypen

Ohne Rücksichtnahme auf durchaus bestehende Nachteile des Kondensators fanden sich 3 Menschen zu einer kleinen Gruppe zusammen und machten sich zur Aufgabe die Vorteile des Kondensators und das dadurch in ihm liegende zukünftige Potential zu sehen.
Und so wurde es ermöglicht einen Speicher zu realisieren, der über alles bisherige hinausgeht, was je von privater Hand in dieser Art gebaut wurde. An dieser Stelle sei auch Danke gesagt, dass sich durch diese Dreierkonstellation für mich die Möglichkeit ergab...eine an sich "verrückte Idee" zu verwirklichen, weil sich eben durch die Verwirklichung rausstellte...so verrückt ist die Idee gar nicht, sie funktioniert und die anfänglichen Probleme mit dieser neuen Art Strom zu speichern lassen sich lösen.

etower

Fertiges Versuchsmodell 0,15 kw/h

  Wechselrichter




  Ladeteil



  Spannungsregler





  Kondensatorbank 1




  Kondensatorbank 2




  Kondensatorbank 3









Nur 150 Wattstunden bei 150cm Bauhöhe und vermutlich 150 Kilo Gesamtgewicht....ja gehts noch ?
wird sich so mancher denken...da hat ja ein kleiner Pedelec-Akku für die Handtasche mehr Energiedichte.
Die Tatsache, dass aber der kleine Pedelec-Akku niemals 10 Kilowatt für knapp eine Minute liefern kann, die in unserem Prototyp verbauten Kondensatoren aber locker eine Leistungsentnahme von 10 Kilowatt ermöglichen würden, wird dabei nicht berücksichtigt.
Lediglich aus Gründen der Ressourcenknappheit war es uns nicht möglich die Halbleiter für die Dimensionierung einer Leistungsentnahme von 10 Kilowatt zu verbauen.
Nicht die Kondensatoren, sondern die im Wechselrichter und Spannungsregler verbauten Halbleiter setzen uns die Grenze bei einem Kilowatt.
Und ausserdem sind Notstromversorgungen ohnehin stationäre Einrichtungen und daher ist weniger die Energiedichte (Wh/kg) relevant, sondern die Leistungsdichte.
Es interressiert sich im Bereich der Notstromversorgung niemand dafür, wie schwer ein Stromspeicher ist, viel wichtiger ist, dass kurzfristig und über Jahre hinweg zuverlässig hohe Momentanleistung zur Verfügung steht.
Das ist aber ganz klar nicht die Domäne von Akkus, während Kondensatoren hingegen diese Anforderung spielend bewältigen.

Der Aufbau

Verwendet wurden für unseren Versuchsaufbau 100 Stück Doppelschichtkondensatoren mit jeweils 3400 Farad in Parallel und Reihenschaltung.
Aus Sicherheitsgründen wurden die Kondensatoren "räumlich getrennt" untergebracht. Es wurden also 3 einzeln abgesicherte Kondensatorbänke verwendet, Die Stromstärken, die solche Kondensatoren kurzfristig liefern können, liegen weit über der Stromstärke, wie sie z.b. Starterbatterien liefern können.
Mehrere 10 000 Ampere sind bei diesen Kondensatoren im Kurzschlussfall zu erwarten...also da brennt es nicht nur, sondern es zerfetzt das Material explosionsartig. Es handelt sich im Extremfall um eine Bombe....das ist unbedingt zu berücksichtigen, wenn man "sowas" aufbaut.

Als sämtliche Kondensatoren verschraubt und in den Gehäusen sicher untergebracht waren , habe ich mal aus "Spass an der Freud" voll aufgeladen und über eine gewisse Strombegrenzung mithilfe eines Eisenstabs und einem Stück Karosserieblech einen "Entladeversuch" unternommen.
Dieser endete damit, dass es einfach nur einen riesen Knall und Blitz gab,
von dem Stück Blech nichts mehr übrig war, ausser ein paar bunt schillernde Metalltröpfchen kreisförmig verteilt.
Zum Autoschweissen ist diese Technik also weniger geeigenet..eher zum Auto verschwinden lassen, stellte ich fest.
Wir wollten ja auch kein Schweissgerät bauen, sondern eine stabile, geregelte Ausgangsspannung für haushaltsübliche Verbraucher erzeugen. Aus einer Gleichspannung, die während der Entladung am Kondensator sinkt, sollte über die gesamte Entladezeit, eine konstante Wechselspannung von 230 Volt werden.

Wie wir das gelöst haben, wird auf dieser Seite nicht näher erläutert, es wird also weder Schaltungsbeschreibungen,oder Schaltpläne geben. Anfragen an meine Mailadresse sind daher auch absolut zwecklos. Ich kann nur sagen, wir haben es gelöst, unser Prototyp liefert eine stabile ,geregelte Ausgangsspannung von 230 Volt bei 1000 Watt bei einem Wirkungsgrad der verschiedenen Umrichter von 90%.

Wenn es auch keine näheren Informationen zu Balancer und Umrichter auf dieser Seite gibt, will ich doch wenigstens ein paar Bilder zeigen, die während des Aufbaus entstanden sind.

 

 

Weitere Ausblicke

die Lernkurve

Jeder kennt die Anfänge des Automobils ..eine Klapperkutsche in welcher ein 1 Zylinder Motor mit der schier unglaublichen Kraft von einer halben Pferdestärke den Fahrer des Wagens 10 km weit brachte, bevor der Klappermotor den Geist aufgab.
Ölverschmiert setzte dann der Fahrer des Wagens, nach dem er "lediglich ein paar Kleinigkeiten" repariert hatte, wie Kolben und Kurbelwellenlager ausgetauscht, die Fahrt fort um noch am Abend des selben Tages in der 20 km entfernten Stadt anzukommen.
Und wenn man Heutzutags einen Blick auf die Strassen wirft...weiss man, was Entwicklung bedeutet.
Entwicklung die nur möglich war, weil Nachfrage bestand.

 

Wie entsteht Nachfrage

und was bewirkt echte Nachfrage


Was passieren wird, wenn keine Nachfrage besteht

Ich weiss, die Zeit und auch die "Physikerin im Bundestag" arbeitet für den Kondensator und wenn erst mal die Pläne der sogenannten Energiewende umgesetzt sind, werden wir ein Stromnetz ähnlich wie in Kathmandu der späten 80er Jahre hier in Deutschland haben, dann wird aus bundesdeutschen Steckdosen alles mögliche kommen, nur keine stabilen 230 Volt mehr, da ist dann alles dabei von 100 Volt bis 400 Volt und auch streckenweise satte Null Volt..genau wie man es Ende der 80er Jahre in der nepalesischen Hauptstadt Kathmandu erleben konnte.
Und jeder, der einen Pc betreibt, weiss was Stromausfall, just in dem Moment, wo das Betriebssystem was wichtiges auf die Festplatte schreiben will bedeutet. Jeder der da glaubt, sich durch eine herkömmliche USV gegen sowas absichern zu können, wird genau in dem Moment des Stromausfalls bemerken, dass er seine Akkus doch besser jedes Jahr erneuern hätte sollen..man bemerkt nämlich bei einem Akku erst dann, dass er kaputt ist, wenn man ihn braucht.
Genau dann ist der Zeitpunkt gekommen, wo aus einer vernünftigen aber leider versäumten Nachfrage eine Notwendigkeit wird... NOT-Wendigkeit.
Und Not wird dann bestehen, wenn das "Smart-Home" die Haustüre nicht öffnen will, weil Über oder Unterspannung im Netz die Software durcheinander gebracht hat.
Not wird auch bestehen, wenn am Geldautomaten nur das Bios des Rechners angezeigt wird, die Supermarktkasse nicht mehr piepst usw. usw.
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