Ausfallsichere Versorgung

Technik

SMA. - Bei Stromausfällen werden Photovoltaikanlagen sofort vom Netz getrennt. Damit steht auch kein Solarstrom zur Eigennutzung zur Verfügung, egal, wie stark die Sonneneinstrahlung ist. PV-gestützte Backup-Systeme schaffen Abhilfe.

26. September 2011

Die Sicherheitsnorm VDE 126.1.1 fordert bei Ausfall des Netzes die sofortige Abschaltung einspeisender Wechselrichter, um Menschen, die am vermeintlich spannungslosen Netz arbeiten, nicht zu gefährden. Solche Stromausfälle können aber mit vertretbarem Aufwand vermieden werden. SMA bietet ein vorkonfiguriertes und einfach zu installierendes Komplettsystem an, mit dem sich PV-Anlagen um einen Batterie-Wechselrichter mit angeschlossenem Speicher ergänzen lassen.

Mit diesem Backup-Konzept kommt der Strom nicht nur aus der Batterie, sondern – je nach Einstrahlungsverhältnissen – auch von der PV-Anlage. Dadurch kann die Batterie kleiner dimensioniert werden, was nicht nur Platz, sondern auch Kosten spart.

Außerdem kann so auch der seit 2009 geförderte Eigenverbrauch von Solarstrom unterstützt werden. Mithilfe von Speichersystemen ist es möglich, den Verbrauchszeitpunkt des Solarstroms frei zu wählen – unabhängig vom Zeitpunkt der Erzeugung. Der Anteil des im Haushalt selbst genutzten Solarstroms lässt sich auf diese Weise deutlich erhöhen.

Die Backup-Systeme werden von SMA in vier leistungsstarken Komplettpaketen angeboten, den Sunny Backup Sets S, M, L und XL. Die S-Variante wurde speziell für den unteren Leistungsbereich entwickelt und eignet sich für kleinere Hausdachanlagen bis etwa 5 kWp.

Bei den Sets handelt es sich um vorkonfigurierte, abgestimmte Pakete, die alle notwendigen Komponenten einschließlich Batterien und Verkabelung enthalten. Die maximale Leistung des Batterie-Wechselrichters, mit der Stromverbraucher batteriegestützt betrieben werden können, beträgt für das Set S bis zu 2.200 Watt im Dauerbetrieb.

Der hierbei verwendete Sunny Backup 2200 ist kurzzeitig stark belastbar: 30 Minuten lang leistet er 2.900 Watt, für eine Minute sogar 3.800 Watt und somit fast das Doppelte der Nennleistung. Sofern PV-Wechselrichter von SMA im Einsatz sind, können bestehende PV-Anlagen jederzeit mit einem Backup-System ergänzt werden. Der Systemwirkungsgrad bleibt dabei vollständig erhalten. Eine um das Sunny Backup Set S erweiterte PV-Anlage ist aus vier Komponenten aufgebaut: Dem Batterie-Wechselrichter Sunny Backup 2200, der Automatic Switch Box S, dem Batteriesatz und dem jeweiligen PV-Wechselrichter.

Der Batterie-Wechselrichter überwacht die Batterie, wandelt bei Bedarf Batteriestrom in Wechselstrom für das Hausnetz und ist als Netzbildner verantwortlich für dessen Spannung, Frequenz und Phasenverschiebung, falls das öffentliche Netz ausfällt.

In der Automatic Switch Box S laufen alle AC-Leitungen zusammen. Außerdem befindet sich hier das Relais, das den PV-Strom bei ausgelöster Freischaltstelle direkt ins Hausnetz leitet. Die Batterie dient als Energiequelle im Falle eines Netzfehlers, falls die aktuelle PV-Leistung dafür nicht ausreichen sollte.

Ihre Kapazität ist ausgelegt für die Versorgung der wichtigsten Stromverbraucher während der Nachtstunden oder bei geringer PV-Leistung. Nicht zuletzt muss auch der PV-Wechselrichter in das Backup-System eingebunden werden. Dazu wird seine Netzüberwachung in den Modus „Off-Grid“ geschaltet: Er ist nun toleranter gegenüber Abweichungen von Netzparametern – ein Zugeständnis an das empfindlichere Regelverhalten von Inselstromnetzen. Zusätzlich ist er jetzt in der Lage, seine Einspeiseleistung in Abhängigkeit von der (Insel-)Netzfrequenz selbstständig zu reduzieren. Damit wird ein Leistungsüberschuss verhindert, wenn bei vollgeladener Batterie im Haus weniger Energie benötigt wird, als der PV-Generator liefert.

Eine speichergestützte PV-Anlage bietet zusätzlich zur Backup-Funktion auch die Möglichkeit, durch Lastverschiebung die Eigenverbrauchsquote zu steigern. Als Eigenverbrauch gemäß § 33 EEG bezeichnet man die Menge der PV-Energie, die unmittelbar am Ort der Erzeugung verbraucht wird. Die Eigenverbrauchsquote entspricht dann dem Anteil des Eigenverbrauchs an der insgesamt erzeugten PV-Energiemenge. Die erzielbare Eigenverbrauchsquote hängt dabei von zwei Faktoren ab: einerseits vom mengenmäßigen Verhältnis von Erzeugung und Verbrauch, andererseits von ihrer zeitlichen Korrelation.

Bei einer Jahresproduktion von 40.000 kWh und einem haushaltsüblichen Bedarf von 4.000 kWh kann die Eigenverbrauchsquote unabhängig von der Korrelation niemals 10 Prozent übersteigen. Sind Erzeugung und Verbrauch dagegen gleich groß, finden aber zu unterschiedlichen Zeiten statt, liegt die Eigenverbrauchsquote dennoch bei null. Mit einem Batteriesystem kann zwischengespeicherte Energie zu einem selbst gewählten Zeitpunkt genutzt werden. Nach Analysen von SMA beträgt die Eigenverbrauchsquote im Jahresschnitt rund 30 Prozent, wenn man einen Vierpersonen-Haushalt und eine PV-Anlage mit 5 kW Peakleistung voraussetzt. Durch den Einsatz eines Backup Set S könnte dieser Wert auf bis zu 55 Prozent erhöht werden.

Die sinnvolle Nutzung der Speicherfunktion setzt intelligente Stromzähler mit Datenausgang voraus. Aus diesen Daten lassen sich zunächst die aktuellen Werte für Erzeugung, Verbrauch, Eigenverbrauch und Netzeinspeisung ermitteln. Darauf basierend muss dann eine Auswertungsinstanz entscheiden: Soll überschüssige Solar-Energie in der Batterie gespeichert werden oder ist es sinnvoller, sie ins Netz zu speisen? Kann bei geringer PV-Leistung die für die Verbraucher benötigte Energie der Batterie entnommen werden oder soll sie aus dem Netz bezogen werden?

Mit dem Sunny Home Manager hat SMA für Anfang 2012 eine Produktlösung für das Energiemanagement angekündigt, die auch in der Lage sein soll, das Sunny Backup-System einzubinden. Dieses ist schon mit seiner Grundfunktion der ausfallsicheren Stromversorgung für viele Betreiber attraktiv, zumal die Kosten für das komplette Sunny Backup Set nur etwas mehr als 20 Prozent einer typischen fünf kWp-Anlage betragen und somit vergleichsweise moderat sind.

Ab August 2011 ist aber auch eine modifizierte Version verfügbar: Mit einem zusätzlichen Zählerinterface und einer erweiterten Software kann das Sunny Backup-System auch selbstständig die Eigenverbrauchsquote durch Zwischenspeicherung von Solarstrom steigern, indem es den Energieaustausch mit dem Netz möglichst auf null regelt. Damit ist der Einstieg in eine zukunftsorientierte Energieversorgung möglich.

Ausfallsicherheit

Die Verbraucher im Haus werden je nach Angebot mit PV- und/oder Batteriestrom versorgt. Als Netzbildner hält der Batterie-Wechselrichter Energieangebot und -nachfrage im Gleichgewicht, wobei die maximale Erzeugungsleistung durch die Summe aus aktueller PV-Leistung und der Maximalleistung des Batterie-Wechselrichters vorgegeben ist.

Im Haus verbrauchter PV-Strom wird durch die Zählerdifferenz erfasst und entsprechend vergütet: Da der Einspeisezähler stillsteht, entspricht der Eigenverbrauch direkt der PV-Erzeugung – egal, ob damit ein Verbraucher betrieben oder die Batterie nachgeladen wird.

Erschienen in Ausgabe: 02/2011