Photovoltaik-Inselanlage – PV-Anlage ohne Einspeisung
Der überwiegend größte Teil der Photovoltaikanlagen in Deutschland ist an das öffentliche Netz angeschlossen und kann damit den produzierten Solarstrom ins Netz einspeisen. Inselanlagen dagegen sind Photovoltaik-Anlagen, die nicht ans öffentliche Stromnetz angeschlossen sind. Sie werden auch off-grid oder Inselsysteme genannt. Häufig finden sich Inselanlagen dort, wo ein Anschluss an das öffentliche Netz zu aufwendig oder auch unmöglich ist. Gerade Inselanlagen ermöglichen in abgelegenen Regionen eine Versorgung mit elektrischer Energie wie in Berghütten oder Ferienhäusern. Sie bringen als stationäre Anlage auch Strom in wenig entwickelt Regionen Asiens, Südamerikas und Afrika. Aber off-grid Systeme werden als mobile Version auch auf Booten oder Wohnmobilen installiert.
Wie funktioniert eine Photovoltaik-Inselanlage?
Eine Inselanlage produziert wie jede andere Photovoltaik-Anlage mit Solarmodulen Solarstrom. Der produzierte Strom kann dann entweder direkt verbraucht werden, nachdem der Wechselrichter ihn in Wechselstrom gewandelt hat. Für den überschüssigen, nicht direkt verbrauchten Solarstrom ist die Photovoltaik-Inselanlage auf einen Akku angewiesen. Im Stromspeicher kann der überschüssige Solarstrom gespeichert werden, bis er benötigt wird, etwa abends oder an Tagen mit geringem Solarertrag. Zur Schonung des Solarspeichers wird ein Laderegler eingesetzt, außerdem verhindert der Laderegler Grenzspannungen und steuert die Ladungen und Entladungen.
Welche Komponenten benötigt eine Inselanlage?
Eine Photovoltaik-Inselanlage besteht aus den folgenden Komponenten:
- Solarmodule: Die Solarmodule der Photovoltaik-Inselanlage unterscheiden sich nicht von denen netzgekoppelter Photovoltaikanlagen. Sie können genauso in Reihe oder parallelgeschaltet werden.
- Wechselrichter: Es gibt spezielle Wechselrichter für Inselanlagen, sogenannte Inselwechselrichter. Sie sind auf die Integration in Inselanlagen optimiert und wandeln den benötigten Solarstrom für Wechselstrom-Verbraucher in Wechselstrom. Benötigt werden Wechselrichter, wenn 230 V Wechselstrom-Verbraucher angeschlossen werden sollen.
- Stromspeicher: Eine Inselanlage muss zwingend mit einem Solarspeicher kombiniert werden, sie macht sonst keinen Sinn. Der Stromspeicher speichert den überschüssigen Strom und stellt ihn dann zur Verfügung, wenn die Leistung der PV-Module für den aktuellen Bedarf nicht genügend Strom zur Verfügung stellen, also auch nachts.
- Laderegler: Eine ganz wesentliche Komponente für eine PV-Inselanlage stellt der Laderegler dar. Es gibt Laderegler als Einzelgeräte oder Inselwechselrichter mit integriertem Laderegler. Der Laderegler übernimmt die Steuerung zwischen Solarmodulen, Solarspeicher und den Verbrauchern. Diese Regelung ist notwendig, da weder die Stromproduktion durch die Solarmodule noch der Stromverbrauch gleichmäßig erfolgen. Der Laderegler schützt den Stromspeicher vor Überspannungen sowie Tiefenentladung. Die richtige Größe des Ladereglers hängt von der maximalen Ladeleistung und der Spannung der Batterie ab. Grundsätzlich sollten Laderegler circa 10 % überdimensioniert werden.
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Was ist bei der Planung einer Photovoltaik-Inselanlage zu bedenken?
Mit einer Inselanlage soll der eigene Stromverbrauch gedeckt werden. Da zu viel produzierter Strom nicht ins öffentliche Netz eingespeist werden kann und zu geringe Mengen Strom den Eigenbedarf nicht decken würden, ist eine genaue Berechnung und Planung der Inselanlage sehr wichtig.
Erster Schritt: Berechnung des Stromverbrauchs
Um die richtige Anlagengröße zu wählen, muss zunächst klar sein, wie hoch der Stromverbrauch ist, der abgedeckt werden soll. Dazu gibt es eine einfache Faustformel:
Leistung aller Geräte in W multipliziert mit der Nutzungsdauer pro Tag in Stunden. Damit erhält man den täglichen Verbrauch. Sinnvollerweise rechnet man hier noch 10 bis 15 % Leistungsreserve hinzu.
Zweiter Schritt: Berechnung der benötigten Solarmodule
Ist bekannt, wie hoch der Stromverbrauch ist, kann die Größe der Solarmodule abgeschätzt werden. Unabhängig davon, gilt für Inselanlagen, die ganzjährig genutzt werden, dass die komplette zur Verfügung stehende Dachfläche genutzt werden sollte, um eine möglichst hohe Stromausbeute zu ermöglichen. Geht es um einen reinen Sommerbetrieb, kann die Anlage dagegen kleiner ausfallen.
Dritter Schritt: Batteriegröße berechnen
Beim Betrieb einer Inselanlage müssen auch Tage, an denen die Sonne nicht scheint, überbrückt werden. Dafür ist ein Akku notwendig, ebenso wie für Verbraucher, die nachts betrieben werden. Zur Berechnung der Größe des Stromspeichers wird der tägliche Verbrauch mit der Anzahl der sogenannten Autonomietage multipliziert. Daraus ergibt sich dann die Mindestspeicherleistung des Stromspeichers. Da aber Akkus nicht mehr als zur Hälfte entladen werden sollen, muss die ermittelte Leistung verdoppelt werden.
Die Speicherleistung von Stromspeichern wird in Ah (Amperestunden) ausgedrückt. Dazu wird der benötigte Bedarf, der in kWh vorliegt, durch die Kapazität des Stromspeichers (12 oder 24 V) dividiert. So erhält man die Kapazität des Stromspeichers in Ah.
Auf jeden Fall sollte bei der Planung aber ein Fachmann zu Rate gezogen werden, der die richtige Auslegung einer Inselanlage genauer berechnen kann. Die Größe der PV-Anlage ist ja auch wieder von den bekannten Faktoren wie Ausrichtung, Neigung, geografische Lage etc. abhängig.
Besonders einfach ist es für mobile Anwendungen, wie Boote oder Wohnmobile, Komplettanlagen zu installieren, die vorkonfiguriert sind.
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Wie hoch sind die Kosten für eine Photovoltaik-Inselanlage?
Die Solarmodule und der Wechselrichter einer PV-Inselanlage unterscheiden sich nicht von anderen Anlagen. Dasselbe gilt auch für den Stromspeicher. Aber: Inselanlagen, die den kompletten Strombedarf abdecken sollen und auch im Winter betrieben werden, müssen sehr groß dimensioniert werden. Dasselbe gilt auch für den Stromspeicher, mit dem ja Zeiten ohne Sonnenlicht überbrückt werden müssen. Das macht eine Inselanlage im Vergleich zu einer netzgebundenen Anlage deutlich teurer. Dagegen sind Komplettsets für mobile Anwendungen je nach Leistung für unter 1.000 bis 2.500 Euro zu haben.
Fazit
Photovoltaik-Inselanlagen sind vor allem dann geeignet und empfehlenswert, wenn keine Möglichkeit besteht, ans öffentliche Stromnetz angeschlossen zu werden. Gerade für entlegene Regionen, Berghütten oder Gartenhäuser bieten Inselanlagen eine gute Möglichkeit, den Grundbedarf abzudecken. Allerdings sind PV-Inselanlagen teurer als netzgekoppelte PV-Anlagen und als Lösung für Einfamilienhäusern, bei denen ein Anschluss ans Stromnetz möglich ist, nicht empfehlenswert.
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