Elektrik im Tiny House

Auch bei der Elektrik im Tiny House gibt es viele verschiedene Möglichkeiten, von einfach bis luxurios, und von autark bis abhängig vom Stromnetz. Wir wollten die Elektroanlage möglichst robust und einfach gestalten. Nach einer kurzen Bedarfsplanung war aber klar, dass wir trotzdem recht viele Steckdosen und Leitungen brauchen werden.

Energieplanung

Bevor wir uns an die Planung der Anlage machen können, müssen wir eine erste Abschätzung unseres Energiebedarfs machen. Danach kommt auch schnell die Frage: Welchen Energiebedarf decken wir mit welcher Energiequelle? Von meiner Erfahrung aus dem Camperbau war mir schnell klar, dass wir nicht den gesamten Energiebedarf mit Strom abdecken können.

Unser Bedarf an Leistung:

• Heizung: Das Tiny House ist zwar sehr klein, muss aber im Winter trotzdem geheizt werden. Ca. 3-5 kW.
• Warmwasser: Wir haben wenig Platz für Technik, was für einen Durchlauferhitzer statt einem Boiler spricht. Ca. 10-20 kW.
• Kochen: Uns reichen 2 Herdplatten. Ergibt aber immer noch 3-4 kW.
• Waschmaschine: Diese soll im Idealfall mit Warmwasser betrieben werden, um den Stromverbrauch zu senken. Ca. 2 kW.
• Licht und Kleinverbraucher: Maximal 2-3 kW gleichzeitig.

Wir haben dazu folgende Energiequellen in Betracht gezogen:

Stromnetz: Da wir noch nicht genau wissen wo wir stehen werden, möchten wir hier möglichst flexibel sein. Das heisst: Maximal eine Phase, und der Anschluss soll auch an einer Aussensteckdose (z.B. von einem Bauernhaus oder Campingplatz) möglich sein. Diese sind meistens auf 10A oder 16A beschränkt, ergibt für uns also maximal 2.3 – 3.6 kW Leistung aus dem Stromnetz. Es ist also klar, dass wir sehr viel unseres Energiebedarfs oder vor allem: Leistungsbedarf nicht übers Stromnetz abdecken können.

Solar: Dies ist für uns eine sehr interessante Energiequelle, da sie nachhaltig ist und wir an Ort und Stelle unsere eigene Energie produzieren. Das Problem bei der Selbstversorgung mit Solar in Mitteleuropa sind aber die Monate Dezember und Januar. Dann steht die Sonne tief und die Ausbeute ist gering. Ein autarkes System (unabhängig vom Stromnetz) müsste für diese beiden Monate optimiert werden. Zum Beispiel muss ein Winkel gewählt werden, der für den Rest des Jahres nicht ideal ist. Und im Sommer wären wir dann ein regelrechtes Kraftwerk. Auf unser Dach bringen wir eine Solaranlage mit ungefähr 2kWp Leistung, was im Sommer mehr als genug ist, aber im Winter keinenfalls den Energiebedarf für Warmwasser und Heizung decken kann. Eine günstige Möglichkeit zur autarken Zwischenspeicherung von Energie zwischen Sommer und Winter gibt es aktuell nicht. Man könnte zum Beispiel im Sommer eigenen Wasserstoff produzieren und diesen im Winter zum Heizen verwenden, aber ob diese Technologie mal in kleinem Rahmen für Privatpersonen verfügbar sein wird, weiss ich nicht. Wir wollen aber in einem gewissen Rahmen die Möglichkeit der Solarzellen nutzen und einen Teil unseres Stromverbrauchs damit abdecken. Das Design unseres Stromsystems muss also bereits dafür vorbereitet sein.

• Erdgas / Biogas: Diese Energiequelle hat den Vorteil, dass die Energiedichte sehr hoch ist. Es lässt sich auf kleinem Raum und mit kleinem Gewicht sehr viel Energie speichern im Vergleich zu anderen Technologien. Die Verbraucher (Durchlauferhitzer, Gasherd) sind verfügbar und weit verbreitet, wir können sie also günstig einkaufen. Zudem soll es Möglichkeiten geben, aus Küchenabfällen das eigene Biogas zu produzieren, was dann auch genug sein soll, um damit zu kochen. Das könnten wir ausprobieren, aber die einfachere Möglichkeit wird hier die Gasflasche sein.
• Holz oder Pellets: Gerade zum Heizen ist dieser nachwachsende Rohstoff verbreitet. Da wir viel unterwegs sind, kommen am ehesten Pellets in Frage, da diese Heizungen auch bei sehr kleinen Öfen automatisiert werden können. Es gibt auch Öfen, die gleich einen Warmwasserkreislauf eingebaut haben. Im Tiny-House stellen wir es uns aber im Sommer eher unpraktisch vor, unnötig heizen zu müssen, um Warmwasser zu erzeugen.
• Kleinwindanlage: Diese Technologie ist noch relativ unbekannt, aber für Energie-Selbstversorger sehr interessant. Im Gegensatz zu Solar gibt es in unserer Region nämlich das ganze Jahr über ähnliche Windverhältnisse, somit muss man eine Anlage für Selbstversorger nicht extra für den Winter überdimensioneren. Es gibt bereits erste Windräder, mit denen sich ähnlich wie bei Solarzellen dezentral Strom für den Eigenbedarf produzieren lässt. Sie sind sicher etwas weniger effizient als ein grosses Windkraftwerk, aber ideal auf die Windverhältnisse auf Bodenhöhe angepasst und produzieren auch bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten Strom. Um auf Dächern und in Wohnquartieren eingesetzt werden zu können, müssen sie auch extrem geräuscharm sein.

Und welche Energiequellen haben wir ausgewählt? Du ahnst es, wir werden auf eine Kombination setzen. Elektrischen Strom werden wir nur wo unbedingt nötig verwenden, zum Beispiel für die Beleuchtung, oder wenn die Verbraucher mit einer alternativen Technologie schwierig zu beschaffen sind. Die grössten elektrischen Verbraucher in Sachen Leistung werden Wasserkocher, Waschmaschine, Haarföhn und Mikrowelle sein. Da diese zum Teil nur sehr kurz und meistens nicht gleichzeitig laufen, kommen wir immer noch mit nur 16A vom Stromnetz aus. Dies geht aber nur zusammen mit einem Zwischenspeicher in Form einer Batterie. Und in Zukunft haben wir vor, den verbrauchten Strom mithilfe von Wind und Sonne komplett selber zu erzeugen. Die nötigen Leitungen dazu haben wir bereits verlegt.

Batteriesystem

Das Resultat meiner Gedanken zur optimalen Stromversorgung ist ein halb-autarkes System basierend auf dem Victron Multiplus II GX. Dieses Gerät wird häufig in teilautarken Systemen wie Schiffen oder Fahrzeugen verwendet und ist hauptsächlich eine Kombination von Wechselrichter und Batterieladegerät, hat aber einige sehr nützliche Funktionen für unsere Anwendung:

• Der maximale Strombezug aus dem Netz lässt sich begrenzen, zum Beispiel auf 10A
• Zwei Ausgänge für 230V: Einer ist immer aktiv, der andere nur wenn das Netz verfügbar ist.
• Eine Lithium-Batterie dient als Zwischenspeicher. Bei Leistungsspitzen kombiniert das Multiplus die beiden Stromquellen, kurzfristig haben wir so mehr als 6 kW zur Verfügung, und das bei maximal 16A aus dem Stromnetz.
• Das Stromnetz sieht nur das Victron-Gerät. Dadurch sollte die Elektroprüfung weniger kompliziert ausfallen oder gar nicht nötig sein.
• Das System ist bereit für ein Solarsystem mit den Victron Wechselrichtern, wir könnten sogar Strom ins Netz speisen.
• In einem etwas autarkeren Setup könnte das Stromnetz durch einen Generator ersetzt werden. Für diese Anwendung hat der Multiplus ein Relais, das einen externen Generator im Bedarfsfall automatisch starten könnte. Zum Beispiel wenn die Batterie weniger als 30% geladen ist.

Heizmatten

Als Frostschutz, aber auch um den Boden etwas zu temperieren, haben wir uns für Infrarot-Heizmatten als Zusatzheizung entschieden. Diese leisten 100W pro Quadratmeter, und wir haben sie auf ungefähr 8 Quadratmetern verlegt. Das heisst, wir kommen auf maximal 800W für die Bodenheizung. Wie vorher berechnet, können wir natürlich das Tiny House nicht mit Strom heizen, deshalb sind diese Matten nur zur Unterstützung des Pelletofens gedacht.

Für diese Anwendung kommt der zweite Ausgang beim Multiplus gerade recht, denn die Heizung möchten wir nur betreiben, wenn der Landstrom angeschlossen ist. All diese Berücksichtigungen führten zu unserem Elektroplan, der momentan so aussieht:

Kabelplanung

Vor der Ausführung steht die Planung : Wo sollen welche Steckdosen hin? Wo brauche ich Licht, und wo soll der Lichtschalter sein? Dazu mussten wir auch schon die endgültige Inneneinrichtung kennen, was die Kabelplanung gleich zu einer kompletten Innenraumplanung gemacht hat.

Zuerst wollte ich das 230V-System auf ein Minimum reduzieren, und den Rest mit 24V selber erledigen. Aus technischer Sicht, und da wir auch Gewicht sparen müssen, macht 230V aber mehr Sinn. Bei höherer Spannung müssen nämlich die Kabel weniger dick und somit weniger schwer sein.

Einiges an Kabelgewicht sparen uns auch die Lichtschalter ein: Wir haben uns für Funkschalter entschieden. Somit können wir alle Lichter von überall her im Tiny House steuern, und die kompletten Leitungen von den Schaltern zu den Lampen fallen weg. Das spart viel Arbeit und Gewicht.

Hingegen war die Auswahl der Schalter und Relais nicht ganz einfach. Zuerst habe ich einen Schalter getestet, der mittels Energy Harvesting den Strom für die Funkübermittlung gleich selber erzeugt. Tastendruck und Design haben aber nicht überzeugt. Die Wahl fiel dann auf die Funktechnik von Intertechno, die recht weit verbreitet ist. Aber auch hier ist Vorsicht geboten. Es gibt sehr viele verschiedene Modelle von Sendern und Empfängern, aber nicht alle sind miteinander kompatibel, was so einiges an detailierter Planungsarbeit und Falschbestellungen bedeutet hat.

Kabel verlegen

Da ich beruflich Elektro-Ingenieur bin, habe ich die Ausführung der Elektroinstallationen im Tiny House gleich selber vorgenommen. Trotzdem habe ich mich vorher beraten lassen, zum Beispiel was die Dimensionierung der Kabel angeht.

Aber auch wenn du die Strominstallation vom Elektriker machen lässt, kannst du selber mitwirken. Zum Beispiel kann dir der Elektriker sagen, welche Kabeldicke du verlegen musst, und das kannst du dann selber tun. Am Schluss muss der Elektriker nur noch vorbeikommen und den Sicherungskasten sowie Steckdosen anschliessen.

Unsere Kabel haben wir schliesslich zwischen Wand und Isolation verlegt. Der Elektrokasten befindet sich an der Stirnseite, von dort aus gibt einen Stromkreis „Nord“ und einen Stromkreis „Süd“, beide gehen einmal halb auf 30cm Höhe ums Haus herum. Wo nötig, haben wir die Leitung verzweigt und rechtwinklig in die Höhe geführt, wie es eigentlich auch bei anderen Häusern Norm ist. Somit wissen wir später noch, wo wir in die Wand bohren dürfen und wo nicht.

Spezielle Beachtung haben wir den Abzweigkästen geschenkt. Diese sind nach dem Isolieren nur noch schwer zugänglich und müssen deshalb richtig verkabelt und dicht sein.

Steckdosen und Licht

Am Schluss können die Steckdosen und Lichtquellen angeschlossen werden, damit sind wir noch nicht ganz fertig. Aufgrund unserer Isolationstechnik muss das alles Aufputz geschehen – eine Unterputzdose würde die Dicke der Isolation an diesem Ort halbieren und sich deshalb möglicherweise Feuchtigkeit in der Dose sammeln. Dort, wo wir mit LED arbeiten, müssen wir uns noch auf die Suche nach schönen Gehäusen machen, worin wir die LED-Trafos verstecken können.

Nach insgesamt ungefähr einer Woche Installationsarbeit und mindestens ebenso viel Planungsaufwand können wir sagen, dass die Elektrikarbeiten fast fertig sind. Nur das Licht und die meisten anderen Verbraucher wie Dampfabzug, Lüftung und Pelletofen müssen später noch angeschlossen werden.