Buschmann´s Solarkoffer

Hallo Leute!

Heute möchte ich euch meine neueste Errungenschaft vorstellen: Meinen selbstgebastelten Solarkoffer

Was versteht man unter einem Solarkoffer?
Nun, es gibt viele Definitionen. Im Internet werden z.B. unter dem Begriff "Solarkoffer" hauptsächlich zwei oder mehr mit Scharnieren zusammengefaltete und mit einem Solarladeregler versehene, starre PV-Module vertrieben.

Dann gibt es noch Kombigeräte, meistens eine Art Box, welche einen Speicherakku, Regelelektronik und oft auch einen Wechselrichter enthält. Die bekanntesten Geräte sind die von "GoalZero".

Mein Anliegen war es, etwas ähnliches selbst zu bauen und damit einen "Notstromkoffer" für alle Eventualitäten zu haben. Viele hier denken über solche Geräte nach, kein Wunder, ist man doch durch die Sonne unabhängig.

Letztendlich handelt es sich um den Aufbau einer Photovoltaik-Inselanlage. Im Grunde kann man die Technik in alle erdenklichen Behälter unterbringen oder halt lose zusammenwürfeln. So ist z.B. auch ein Solar-Rucksack, eine Solar-Box oder auch ein Solar-Kofferraum-Zwischenboden usw. denkbar. Wie ihr weiter unten sehen werdet, habe ich mich für einen Koffer entschieden.

Für diejenigen unter euch, die sich darunter nicht so wirklich was vorstellen können aber an der Materie interessiert sind, hier mal ein paar Links zu ähnlichen Themen im Forum:

https://www.previval.org/forum/showthread.php/6937-Inselanlage-Inselsystem-Sammelthread
https://www.previval.org/forum/showthread.php/29824-Notstromgenerator-Yeti-1250-customized
https://www.previval.org/forum/showthread.php/30641-LiFePO4-Akkus
https://www.previval.org/forum/showthread.php/30240-Strom-erzeugen-für-die-Ladung-von-AA-bzw-AAA-Akkus
https://www.previval.org/forum/showthread.php/31934-Solar-Module-LadeTechnik-Solar-Regler?highlight=solarmodule
https://www.previval.org/forum/showthread.php/30661-Mach-flott-den-Schrott-12V-Powerbox-mit-Sinuswechselrichter

Auch kann ich euch das Photovoltaikforum ans Herz legen, dort gibt es auch einen Bereich speziell für Inselsysteme!

Bevor ihr loslegt und selber was zusammenbaut: Ich übernehme keine Garantien für eure Handlungen! Strom kann immer gefährlich sein, egal ob Solarstrom oder was auch immer! Gerade beim Einsatz eines Wechselrichters besteht Lebensgefahr wenn man nicht aufpasst! Jeder muss wissen was er macht...informiert euch richtig, bevor etwas passiert!

So, nun zum Projekt!

Ich habe mir einige Vorgaben aufgelegt, hier mal die wichtigsten:

- Einsatz eines LiFePo4-Akkus (Ich wollte endlich mal anfangen damit zu experimentieren, auch Platz und Gewicht spielten natürlich eine Rolle)
- So kompakt wie möglich
- So leicht wie möglich
- So mobil wie möglich (ein Rucksack wäre natürlich die Krönung gewesen)
- So leistungsstark wie möglich
- Gute Überwachung/Regelung und Sicherheit
- Verwendung hochwertiger Komponenten/lange Lebensdauer

Die Hauptkomponenten:

- Akku: 4 Stück 40Ah Sinopoly LiFePo4-Einzelzellen. Dazu für jede Zelle einen Balancer.

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Auf den Bildern sieht man die Zellen und zwei Balancer. Wenn nötig kann man die Balancer auch trennen.

- Laderegler: Votronic MPP 420 Duo Digital Li mit Votronic Batteriecomputer 100-S inkl. 100A-Shunt (Messwiderstand) und Votronic Schaltrelais.

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Achtung! Der von mir verwendete Laderegler verfügt über ein Ladeprogramm für LiFePo-Akkus. Das von mir verlinkte Modell und die normal in Deutschland A, CH ?verkauften Geräte (MPP 420 DD) verfügen NICHT über dieses Ladeprogramm. Hier müsst ihr auf die kleineren Modelle (165 und 350) ausweichen.
(Ich sehe "TheAnti2007´s" feuchte Augen schon glänzen!:grosses Lachen: Info´s gerne per PN!)

- Wechselrichter: Studer AJ 500-12 Dauerleistung 400VA (ca. 400Watt), 500VA für 30 Minuten, 1000VA für 5 Sek.

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- Weitere Komponenten wären dann noch Kabel, Schutzschalter, Steckdosen usw.

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So, und nun zum eigentlichen Koffer!
Als Koffer habe ich mir einen gebrauchten und herumliegenden Werkzeugkoffer von Makita ausgesucht. Normalerweise beherbergte dieser Koffer einen Akkubohrer mit Zubehör, wird von mir aber dafür nicht mehr gebraucht. Nach einigem "hin und her Messen" habe ich mich für dieses Modell entschieden:

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Einige der Trennwände musste ich herausschneiden, ein paar andere konnten bleiben und dienen nun als Fach für Kleinkram z.B. Adapterkabel und stabilisieren die eingebauten Komponenten. Trennt man alles komplett heraus, dann wird der Koffer sehr instabil, das konnte ich hier zum Glück verhindern.

Die einzelnen Teile habe ich z.T. mit Montagekleber fixiert, einige andere auch geschraubt. Da der Koffer auch ein zusätzliches Fach auf der Oberseite hat, habe ich dieses genutzt, um die ganzen Anschlüsse und Steckdosen dort unterzubringen. Auch der Batteriemonitor hat dort seinen Platz gefunden. Das schöne dabei ist, dass der eigentliche Hauptteil der Anlage somit geschlossen bleiben kann und auch das Aussenfach mit einer Klappe zumindest vor Spritzwasser geschützt ist.

Kabelquerschnitte habe ich folgende verwendet:

- Batterie - Lasthauptschalter 10mm2- Lasthauptschalter - Laderegler 10mm2
- Lasthauptschalter - Wechselrichter 10mm2
- Laderegler - Moduleingang 5mm2 (wirklich)
- Lasthauptschalter - DC Verbraucher 5mm2 und 2,50mm2
- AC-Leitung 0,75mm2
- Balancer - Batterie 1,00mm2
- Steuerungsleitungen und Stromversorgung Shunt/Trennrelais 1,5mm2

Bei den von mir genannten "Lasthauptschaltern" handelt es sich um DC-Trennschalter, welche wie ein Leitungsschutzschalter funktionieren. Eine (leicht träge) Automatik löst diese Schalter bei Überlast aus. Wechselrichter und DC-Verbraucher laufen über einen Schalter mit 60A Bemessungsstrom, der Laderegler ist über einen 30A-Schalter mit der Batterie verbunden.

Um die LiFePo-Zellen zu schützen beinhaltet das System die folgenden Merkmale:

- Balancer mit 1,7A Leistung an jeder Zelle
- Trennrelais, gesteuert über den Batteriecomputer; trennt die Batterie vom Rest wenn Ladezustand unter 30% gefallen ist. (Tiefentladeschutz)
- Laderegler schützt die Batterie vor Überladung durch spezielles LiFePo-Programm

Ein komplettes BMS wäre hier sicherlich wünschenswert, ich denke aber mal, dass die Zellen damit erstmal geschützt sind. Solange der Laderegler keinen Mist baut sollte das klappen.

Kleine Info wie die Balancer funktionieren: Jede Zelle hat ihren eigenen Balancer. Dieser ist einfach an den Plus- und Minuspol der jeweiligen Zelle angeschlossen. Steigt die Spannung einer Zelle jetzt über einen bestimmten Wert (in diesem Fall 3,6V), fängt der Balancer an die überschüssige Energie in seinen Widerständen zu "verbraten". Das gibt dann den anderen Zellen, die evtl. noch "nicht so weit" sind, die Möglichkeit sich der "vollsten" Zelle anzupassen. Die schon volle Zelle wird also nicht mehr oder nicht so stark weiter geladen und damit vor Überladung geschützt.
Die von mir verwendeten Balancer können bis zu 1,7A "verbrennen", das sollte für die Akkugröße ausreichend sein sofern der Laderegler mitspielt.

Hier das fertige "Balancerpaket" mit angelöteten Verbindungskabeln:

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Alles ist im Koffer ziemlich "knirsch" verbaut. Der Vorteil ist die wirklich satte Leistung auf engstem Raum, nachteilig ist aber die Lüftungsproblematik. Laderegler, Wechselrichter und auch die Balancer können sich bei entsprechender Last stark erwärmen. Zwar ist durch einige "Lufttunnel" eine gewisse Zirkulation im Koffer gewährleistet, die Abwärme kann aber praktisch nicht aus dem Gehäuse heraus.

Bei starker Belastung der Geräte sollte man also den Koffer leicht öffnen damit nichts überhitzt. Eine zusätzliche Belüftung, evtl. sogar Wasserkühlung, wäre natürlich das Non-Plus-Ultra.

Ich schicke das jetzt erstmal ab, da ich noch mehr Bilder hochladen möchte und ich nach dem 13.? Bild nun eine Meldung erhalte, dass nur 8 Anhänge pro Beitrag erlaubt sind!

Also wartet bitte noch auf den 2.Teil mit dem fertigen Koffer bevor ihr loslegt!

LG Buschmann

2.Teil

Erstmal noch die "fehlenden" Bilder von der Ladereglerrückseite, dem Batteriecomputer und dem Trennrelais:

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Was mir auch noch sehr wichtig war: Ich habe alle Kabelanschlüsse mit geeigneten Ringkabelschuhen, Flachsteckern oder Aderendhülsen versehen. Die DC-Kabel habe ich dann noch zusätzlich mit Schrumpfschläuchen geschützt.

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Und nun das Kofferinnenleben:

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Wie gesagt, alles sehr dicht zusammengepfercht.

Gleich kommt noch der 3.Teil mit den Anschlüssen auf der Oberseite und dem Koffer in "Action"!

P.S.: Buschmann hat nun auch gelernt, wie das mit den Anhängen so funktioniert;)

Jetzt die Oberseite:

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Folgende Anschlüsse und Ausgänge sind hier vorhanden:

- AC-Schukosteckdose 230V
- AC-TypI-Doppelsteckdose 230V (Australischer Standard, neben anderen Kuriositäten häufig verwendeter Typ bei uns)
- DC-12V-Steckdose
- Zweite DC-12V-Steckdose mit Zigarettenanzünder
- 2-Fach USB Steckdose DC-5V mit 2x 2500mA Leistung
- Eingang für Solarmodule (MC4 Steckverbindung Plus und Minus)

Dazu der Votronic Batteriecomputer mit Anzeige des Ladezustandes, Lade- Entladestrom uvm.

Mich würde von euch mal interessieren, was ihr von der Zigarettenanzünderidee haltet? Vielleicht eine nette zusätzliche Feuerquelle im SHTF-Falle?!

Und hier mal ein paar Bilder vom ersten Test:

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Ich habe das 170Watt-Modul auf einem Buschweg mit dichtem Bewuchs getestet. Das Wetter war miserabel und völlig bedeckt. Der Ladestrom betrug ca. 1A. Ansonsten stelle ich meine Module natürlich in die unverschattete Sonne;) War halt nur zum Testen.

Eine Anwendungsmöglichkeit habe ich hier mal dargestellt:

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Das Ladegerät für 18V-Akkus zieht bis zu 19A aus der Batterie. Das größere 36V-Modell funktioniert nicht mit dem Wechselrichter, da ist die Last einfach zu "schief". Generell macht es natürlich keinen Sinn den Umweg über den Wechselrichter zu nehmen, die Verwendung von DC-Ladegeräten ist hier angezeigt. Ich finde es aber sehr nützlich, dass man mit so einem kleinen Koffer, eine ganze Reihe von kraftvollen Akkumaschinen von der Kettensäge bis zum Winkelschleifer betreiben kann.

Hier nochmal die wichtigsten Daten im Überblick:

- Dauerleistung Wechselrichter ca. 400Watt
- Max. Modulleistung Laderegler 420Watt
- Nutzbare Akkukapazität ca. 350Wh
- Gewicht des Koffers: genau 15kg

Ein großer Vorteil des Ladereglers ist seine enorme Flexibilität bzgl. dem Moduleingang. Fast jedes PV-Modul kann angeschlossen werden. Egal ob faltbare oder starre Module, egal ob 12V- oder "Netzmodule".

Abschließend möchte ich noch auf die Verbesserungswünsche meinerseits eingehen:

- Bessere Lüftung
- zusätzliche Schmelzsicherungen auf der Batterie
- bessere Sicherung auf der AC-Seite (Habe momentan einen 10A Kat.B LSS verbaut, ein kleinerer wäre angebracht)
- Erdungsmöglichkeit und Fehlerstromschutzschalter nicht vorhanden
- ???

Jetzt bin ich gespannt auf eure Kritiken und Ideen!

LG Buschmann

P.S.: An dieser Stelle mal ein herzliches Dankeschön an die Admin´s und vor allem die Forensoftware und Server/Hoster! Ohne die Zwischenspeicherung wären diese Beiträge wegen meiner bescheidenen Verbindung nicht möglich gewesen! Mehrfach ist mir alles abgestürzt, sogar der ganze Browser. Vielen Dank also, sonst wäre alles für die Katz gewesen.

Zitat von Cephalotus;188475

Für geringe Leistungen ist es halt Stadard im KfZ. Man darf das Ding halt nicht zu stark belasten.

Im Fahrzeug sind die Steckdosen ja meistens mit 15A abgesichert. Die von mir verbaute Steckdose ist mit 20A angegeben. Ich denke mal, dass da kaum etwas passieren kann, da die Kabelquerschnitte dicker und vor allem viel kürzer als im KFZ sind.

Zitat

Generell müssest Du aufpassen, dass Dir die Leistungselektronik die Zellen nicht zu sehr (ungleichmäßig) erhitzt, das ist ja doch sehr dicht gepackt. Hitze ist ein Problem für Li-Ionen-Akkus.
Mach Dir auch das Kabel am solarmodul lang genug, dass das Modul in der vollen Sonne und der Koffer im kühlen Schatten stehen können.

Natürlich sollte so eine Kiste niemals in der prallen Sonne stehen. Auf den Bildern war es nur ein "Testaufbau" im difusen Licht. Da man i.d.R. solch einen Kasten wohl eher nicht unbeaufsichtigt stehen lässt, sollte das ganz gut klappen, wenn man den Deckel offen lässt sofern mit ordentlich Ampere geladen oder der WR belastet wird. Die Balancer werden wirklich super heiß, selbst bei wenigen hundert mA "verbrezelung". Da sollte man halt ein Auge drauf haben.

Das Schöne an dem Koffer sind die noch freien Fächer innen und oben drauf. Hier kann man z.B. ein Verlängerungskabel verstauen oder z.B. ein AA/AAA-Ladegerät integrieren.

Ansonsten vielen Dank für die Lorbeeren;)

Zitat von lord_helmchen;188478

Oft habe ich bei den LiFePo4 gelesen, dass die Entladung eigentlich nicht so richtig gut überwacht werden kann.
Wie hast Du das hin bekommen? Oder existiert mittlerweile Ladeelektronik, die das beherrscht?

Es gibt BMS-Systeme, die das ganz gut hinbekommen. Die Sinopolyzellen sollten unter gar keinen Umständen unter 2,8V fallen. Besser ist es, sie nicht unter 3V fallen zu lassen- Der Laderegler kann das in diesem Fall nicht, er ist für die Obergrenze zuständig. Bei meiner Regelung schaltet der Batteriecomputer das Trennrelais offen sobald der errechnete Ladezustand unter die 30%-Marke gefallen ist.

Sofern der Batteriecomputer ordentlich "rechnet", ist das der beste Weg um die Akkus zu schützen und um die Zellen im LiFePo-freundlichen Bereich zu halten. Wer es wirklich perfekt haben will, der lässt seine Zellen immer zwischen 40% und 80% "arbeiten", das gefällt den LiFePo´s am besten. Eine zusätzliche Abschaltung anhand der Spannung wäre natürlich als Redundanz noch schöner.

LG Buschmann

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Zitat von Udo (DL 8 WP);188483

Dein Solarpanel ist zwar zum "herumschleppen" ein bisschen groß, aber wenn ich den Ladestrom von 17 A (?) sehe, dass ist das etwas, mit dem man auch was anstellen kann....
(DL 8 WP)

Hallo Udo,

die 17A waren der Entladestrom als ich das Makita-Ladegerät an der Steckdose hatte! Bei dem Schiet-Wetter kamen nur etwa 0,7-1,2A Ladestrom rein. Das Modul ist natürlich nichts für "unterwegs", sondern war gerade griffbereit. Wie gesagt kann man die verschiedensten Module an den Regler anschliessen, also auch die großen Netzmodule, die auf jedem Hausdach zu finden sind.

Und ja, auch am A.d.W. kann man etwas "anstellen". Vieles ist halt schwieriger, aber nicht unmöglich. Also nicht nur den Solarkoffer im Schatten parken, sondern auch die Birne!;)

LG Buschmann

Zitat von Udo (DL 8 WP);188483

Edit: Verbesserungen ? Vielleicht noch einen PTC gesteuerten Computerlüfter mit einbauen und ein paar Luftlöcher ?

Ich denke die Praxis wird zeigen wie warm es dem Koffer wird.

12 V Anschlüsse für hörhere Leistungen ? Eventuell noch die "Feuerwehsstecker" zusätzlich zu dem Zigarettenanzünderstecker, ich denke die Nato "Schweinenasen" wären denn doch etwas übertrieben. Aber wenn Du das auch noch als Auto Starthilfekoffer einsetzen willst ?

Tja, das mit der Belüftung ist so eine Sache. Theoretisch könnte man da noch PC-Lüfter mit kleinem Durchmesser einbauen, man muss halt schauen wie der Luftstrom sich verhalten soll bzgl. Einlässen und Auslässen. Momentan benötige ich das nicht wirklich, da der Koffer für mich eher als Experiment dient und als letzte Notlösung falls meine große Anlage abrauchen sollte. Vielleicht bastel ich irgendwann mal weiter und plane das dann mit ein.

Über die 12V-Steckdose kann man 20A entnehmen. Ebenso kann über diese Dose der Akku mit einem externen Ladegerät geladen werden. Sollte man wirklich mehr als 20A (60A) DC benötigen, dann geht das nur, indem man direkt auf die Anschlüsse der Batterie bzw. Messwiderstand geht. Bei mehr als 60A Strom würde sowieso der Automat rausfliegen, selbst wenn stärkere Terminals aussen vorhanden wären.

Direkte Starthilfe würde ich vielleicht noch bei Motorrädern oder Kleinwagen geben, für größere Anlasser wäre es mir lieber, den leeren Akku einige Zeit "saugen" zu lassen oder mit einem ordentlichen DC-DC Ladegerät aufzuladen. Die 40Ah-Sinopoly-Zellen sind mit einer kurzfristigen max. Belastbarkeit von 200A angegeben. Übertreiben würde ich das nur im absoluten Notfall, also wenn die Karre sofort anspringen muss um abzuhauen o.ä.

Platztechnich könnte man noch ein "Allzweckladegerät" integrieren. Ich habe z.B. dieses hier:

http://www.jamara-modelltechni…ak80Univ-Balancer-Edition

Das Teil stammt aus dem Modellbaubereich und kann Bleibatterien mit bis zu 6A laden. Der Clou: Es kann fast alle Arten von Blei, NiMh, NiCd, LiPo, LiFePo usw. aufladen, sogar mit integriertem Balancer. Es kann sowohl über AC als auch über DC betrieben werden. Hat man solch ein Teil noch im Solarkoffer, dann kann man wirklich fast alles betreiben.

LG Buschmann

Hallo Vansana,

also du und ihr alle hier könnt versichert sein, dass bis auf die australische Steckdose und ein paar Kabel für Haushaltsinstallationen rein gar nichts von den verbauten Teilen und Geräten hier bei uns auf der Insel zu erwerben sind. Alles habe ich von "Übersee" bekommen.

Ich denke mal, dass egal wo man auf der Welt lebt, eigentlich alles möglich ist...man muss halt gewünschte Gegenstände von weit her besorgen, bestellen und schicken lassen. In Europa,
Australien und Neuseeland habe ich sehr zuverlässige "Partner", die mir gerne mal etwas verpacken und herschicken. Anders wäre das auch nicht möglich. Bis jetzt ist noch jedes Paket/Lieferung auch unbeschadet und vollständig hier angekommen.

Es dauert halt manchmal eine gefühlte Ewigkeit (Paket von Europa zu uns z.B. bis zu 8 Wochen), dafür freut man sich umso mehr, wenn es dann da ist. Ist jedesmal wie "Weihnachten".

Normalerweise solltest du in Laos bzw. Thailand auf jeden Fall fündig werden. Zumindest Module und Batterien müssten für dich eigentlich einfach und günstig zu bekommen sein. China ist ja um die Ecke und ich denke mal, das chinesische Händler gerne auch nach Laos versenden. Amazon übrigens versendet auch fast überall hin. Ich weiß natürlich nicht, ob die Post bei euch zuverlässig ist, ich denke aber, dass sich da in den letzten Jahren einiges verbessert hat.

Hier mal ein chinesischer Vertrieb der z.B. auch Studer Produkte vertreibt:

http://www.remotepowersolar.com/

Über diese Firma könntest du z.B. die ganze Elektronik von Studer bekommen. Also Laderegler, Wechselrichter, Batteriemonitor und Fernsteuerung. Auch Module werden vertrieben. Ob die auch Batterien besorgen können weiß ich nicht, aber da wirst du in China auf jeden Fall fündig. Im Falle von LiFePo-Akkus bist du da sowieso direkt an der Quelle. Dinge wie Balancer oder BMS wirst du aber wahrscheinlich eh in Europa besorgen müssen. Such dir in deiner Hauptstadt einen guten Import-Export Agenten. Der kann evtl. auch die Fracht besser gestalten, falls die Post nicht verlässlich ist.

Vietianne liegt auf 17 Grad Nord. Perfekt für PV, da du ohne Probleme ganzjährig das System betreiben kannst. Ist ähnlich wie bei uns. Ein Generator oder andere externe Stromquelle ist bei ausreichender Modulleistung nicht mehr erforderlich. Der Generator ist bei uns wirklich nur die letzte Rettung falls der Wechselrichter abraucht. Der Solarkoffer soll uns im Grunde dazu dienen, eine zusätzliche Sicherheit zu haben, vor allem falls wir einen Wirbelsturm erwarten oder bei starken Gewittern, wenn die große Anlage sicherheitshalber vorübergehend abgeschaltet wird.

Auch als Experimentier- und Freizeitspass ist er gedacht. Z.B. wenn man mal eine Fete am Strand oder im Wald machen will, hat man ein wenig Power für Musik und Kühbox.

Einen normalen 230V-Kühlschrank schafft der Wechselrichter übrigens nicht. Das ist wichtig zu wissen, falls man solch eine Notstromlösung vor allem zum Weiterbetrieb von Kühlgeräten möchte. Hier muss man entweder eine DC-Kühlbox benutzen oder man braucht einen größeren Wechselrichter. Das nächstgrößere AJ-Modell (1000-12) von Studer sollte fast alle Kühl-Gefrierschränke anwerfen können, meiner schafft nur gaaaanz kleine und das auch nicht immer.

Testbeispiel: 80Liter Kompressorkühlschrank, Anlaufstrom ca. 1300VA, der AJ 500-12 ist mit 1000VA/5Sek. angegeben. Ergebnis: Mal springt er an, mal nicht!
Der AJ 1000-12 schafft 2200VA/5Sek., damit sollten auch größere Kühl-Gefrierkombis anlaufen.

Lass auch die Finger von Thermoelementkühlboxen (Peltier). Die bringen bei hohen Aussentemperaturen nicht die gewünschte Leistung.

LG Buschmann