Photovoltaik-Inselanlage – PV-Anlage ohne Einspeisung
Der weitaus 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 entwickelte Regionen Asiens, Südamerikas und Afrikas. Und als mobile Variante sind Off-Grid-Systeme auf Booten, in Wohnmobilen und beim Camping verbreitet.
Das Wichtigste in Kürze
- Inselanlagen erzeugen Solarstrom ganz ohne Netzanschluss — Stromspeicher und Laderegler gehören praktisch immer dazu.
- Echte Inselanlagen ohne Netzverbindung müssen nicht ins Marktstammdatenregister — am Hausnetz gilt diese Ausnahme nicht.
- Ganzjahresversorgung wird schnell teuer; für Gartenhaus, Wohnmobil und Boot sind Komplettsets die einfachste Lösung.
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 wird praktisch immer mit einem Solarspeicher kombiniert — ohne ihn gäbe es nachts und bei trübem Wetter keinen Strom. Der Speicher nimmt den überschüssigen Strom auf und stellt ihn zur Verfügung, wenn die Leistung der PV-Module für den aktuellen Bedarf nicht ausreicht. Heute kommen dafür überwiegend Lithium-Akkus (LiFePO4) zum Einsatz, die tiefer entladen werden dürfen und deutlich mehr Ladezyklen erreichen als klassische Blei-Akkus.
- Laderegler: Eine ganz wesentliche Komponente für eine PV-Inselanlage stellt der Laderegler dar. Es gibt Laderegler als Einzelgeräte oder Inselwechselrichter mit integriertem Laderegler; moderne MPPT-Laderegler holen dabei spürbar mehr Ertrag aus den Modulen als einfache PWM-Regler, weil sie den Arbeitspunkt der Module laufend optimieren. 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. Die Auslegung sollte nach Herstellerdaten erfolgen: Entscheidend sind maximale PV-Leerlaufspannung, zulässiger Ladestrom und eine ausreichende Sicherheitsreserve.
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 die Mindest-Speicherkapazität des Stromspeichers. Wie viel Reserve zusätzlich nötig ist, hängt vom Batterietyp ab: Klassische Blei-Akkus sollen möglichst nicht tiefer als zur Hälfte entladen werden — die ermittelte Kapazität wird deshalb verdoppelt. Moderne Lithium-Akkus (LiFePO4) vertragen dagegen Entladetiefen von 80 bis 90 Prozent; hier genügt ein Aufschlag von rund 20 bis 25 Prozent.
Blei oder Lithium? Batterietypen für Inselanlagen im Vergleich
| Blei (AGM/Gel) | Lithium (LiFePO4) | |
|---|---|---|
| Nutzbare Entladetiefe | rund 50 % empfohlen | 80 bis 90 % |
| Ladezyklen (typisch) | einige hundert bis rund 1.500 | je nach Entladetiefe etwa 2.500 bis 6.000 |
| Gewicht | hoch | deutlich leichter — wichtig im Wohnmobil |
| Kosten | günstiger in der Anschaffung | teurer, je gespeicherter kWh über die Lebensdauer aber meist günstiger |
| Gut geeignet für | seltene Nutzung mit kleinem Budget | regelmäßige Nutzung, Dauerbetrieb und mobile Anwendungen |
Die Kapazität von Batterien wird oft in Ah (Amperestunden) angegeben. Zur Umrechnung wird der ermittelte Bedarf — in Wattstunden — durch die Systemspannung der Batterie (12 oder 24 Volt) geteilt. So erhält man die benötigte Kapazität des Stromspeichers in Ah.
Beispiel: Batteriegröße für ein Wochenend-Gartenhaus
Bei stationären Anlagen sollte ein Fachbetrieb die Auslegung prüfen, vor allem wenn 230-V-Verbraucher, feste Installation oder mehrere Autonomietage geplant sind. Die Größe der PV-Anlage hängt außerdem von Faktoren wie Ausrichtung, Neigung und geografischer Lage ab.
Besonders einfach ist es für mobile Anwendungen, wie Boote oder Wohnmobile, Komplettanlagen zu installieren, die vorkonfiguriert sind.
Wie hoch sind die Kosten für eine Photovoltaik-Inselanlage?
Die Solarmodule einer PV-Inselanlage unterscheiden sich technisch kaum von Modulen netzgekoppelter Anlagen. Wechselrichter und Speicher müssen dagegen zum Inselbetrieb, zur Batteriespannung und zu den geplanten Verbrauchern passen. 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 deutlich günstiger zu haben: Kleine Camping-Sets gibt es je nach Leistung schon für wenige hundert Euro, größere Sets für Gartenhaus oder Wohnmobil liegen meist zwischen 500 und 2.500 Euro.
Muss eine Inselanlage angemeldet werden?
Nein — und das ist einer der wenigen Bürokratie-Vorteile des Inselbetriebs: Stromerzeugungsanlagen, die dauerhaft weder direkt noch indirekt mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden sind, müssen nicht im Marktstammdatenregister registriert werden; auch eine Anmeldung beim Netzbetreiber entfällt. Die Bedingung ist allerdings eng auszulegen: Sobald die Photovoltaik-Anlage in die Elektroinstallation eines Gebäudes mit Netzanschluss eingebunden ist, gilt sie nicht mehr als Inselanlage — dann besteht Registrierungspflicht wie bei jeder anderen PV-Anlage, selbst wenn kein Strom eingespeist wird. Wer etwa ein Balkonkraftwerk an die Steckdose anschließt, betreibt also keine Inselanlage und trägt es ins Marktstammdatenregister ein. Für das netzferne Gartenhaus, die Berghütte oder das Wohnmobil gilt die Ausnahme dagegen uneingeschränkt.
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 Einfamilienhäuser, bei denen ein Anschluss ans Stromnetz möglich ist, in der Regel nicht empfehlenswert.
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