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Inselwechselrichter zur netzunabhängigen Solarstromversorgung

Wie funktioniert ein Inselwechselrichter? Welche Anlagenkonzepte gibt es beim Inselbetrieb?

Inselwechselrichter wandeln den Gleichstrom einer PV-Anlage oder einer Solarbatterie (Batteriewechselrichter) in Wechselstrom um, sodass alle gängigen Stromverbraucher auch ohne Netzanschluss betrieben werden können.

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Wechselrichterspannung und Verbraucher in Inselanlagen

Wechselrichter in Inselanlagen wandeln PV-Strom so um, dass ein netzunabhängiger Betrieb von Endgeräten mit unterschiedlichsten Spannungsanforderungen möglich wird. (Foto: energie-experten.org)
Wechselrichter in Inselanlagen wandeln PV-Strom so um, dass ein netzunabhängiger Betrieb von Endgeräten mit unterschiedlichsten Spannungsanforderungen möglich wird. (Foto: energie-experten.org)

Inselanlagen sind netzunabhängige Gleichstromanlagen. Kleine Solaranlagen werden meistens mit Spannungen von 12 oder 24 Volt betrieben. Höhere Spannungen von z.B. 230 Volt-Wechselstrom werden dann über einen Inselwechselrichter erzeugt, der Stromspannung umwandelt.

In Inselanlagen wird der PV-Strom entweder unmittelbar verbraucht oder in einer Solarstrombatterie zwischengespeichert. Je nach Aufbau der Anlage können so Gleichstromverbraucher mit einem Inselwechselrichter, Wechselstromverbraucher oder beide Verbrauchertypen gleichzeitig betrieben werden.

Man unterscheidet grundsätzlich folgende Inselanlagen:

  • Insel-Kleinanlagen ohne Stromspeicher
  • Mittelgroße und Große Anlagen mit Speicher
  • Hybride Systeme mit mehreren Erzeugern

AC/DC-Technik und Lademanagement von Speichern

Inselanlagen lassen sich entsprechend ihrer System-Spannung in DC- und AC-Anlagen und Anlagenteile unterscheiden. In DC-gekoppelten PV-Systemen werden die PV-Module über spezielle DC/DC-Laderegler eingebunden. In AC-gekoppelten Systemen kommt ein Inselwechselrichter dann zum Einsatz, wenn entweder kein Anschluss an das vorhandene Stromnetz vorhanden ist oder eine netzunabhängige Solarstromversorgung hergestellt werden soll.

Aus technischer Sicht regeln Inselwechselrichter die Spannung und Frequenz auf der AC-Seite. An das AC-Netz können sowohl Verbraucher als auch Erzeuger direkt angeschlossen werden. Im Falle eines Stromüberschusses bei z. B. viel Sonneneinstrahlung und geringem Verbrauch entnimmt der Insel-Wechselrichter dem AC-Netz Strom und lädt damit die Solarbatterien. Bei geringer Sonneneinstrahlung und hohem Verbrauch versorgt der Inselwechselrichter das Netz über die Batterien.

Stromerzeuger und Einsatz von Inselwechelrichtern

In der Regel funktioniert ein Inselwechselrichter fast genau wie ein "normaler" Wechselrichter, er wandelt den produzierten Strom in nutzbaren Strom um und speichert diesen in einem entsprechenden Akku. Die Eingangsspannungen von kleineren Inselwechselrichtern sind in der Regel auf herkömmliche Batteriespannungen (siehe Sinuswechselrichter) abgestimmt. Diese können dann zum Beispiel beim Camping eingesetzt werden.

In das Inselnetz lassen sich unterschiedliche weitere Energieerzeuger wie

Diese können insbesondere dann eingesetzt werden, wenn der Ladezustand der Batterien abnimmt und nicht genügend Sonneneinstrahlung zur Verfügung steht.

In folgenden Anwendungen kommen Inselwechselrichter zum Einsatz:

  • Entlegene Dörfer, Alpenhütten, Gartenhäuschen
  • Parkscheinautomaten, Wetterstationen, Verkehrsleitungen
  • Mobile Anwendungen im Freizeitbereich z. B. Wohnmobil

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Anforderungen an Wechselrichter im Inselbetrieb

SMA-Wechselrichter unter einer PV-Inselanlage eines Freibades (Foto: energie-experten.org)
SMA-Wechselrichter unter einer PV-Inselanlage eines Freibades (Foto: energie-experten.org)

Auch Inselwechselrichter gibt es mit Sinus oder modifizierter Sinus Funktion. Will man einen TV an der PV-Anlage betreiben, ist eine solche Option zwingend notwendig. Außerdem muss die Batteriespannung zur Anlage passen und der Inselwechselrichter einen möglichst hohen Wirkungsgrad besitzen. Außerdem muss man wissen, wie hoch der Verbrauch im Stand-by-Modus ist und welchen Wert die Abschaltspannung beträgt.

Die Preise einzelner Sinus Wechselrichter-Modelle unterscheiden sich deutlich voneinander und sollten eingehend miteinander verglichen werden, bevor man sich für ein Modell entscheidet. Preiswertere Modelle mit Stand-By-Funktion eignen sich nicht für den Betrieb mit LED-Lampen, teurere Modelle schonen wiederum die Batterien dank innovativer Abschaltspannungstechnologien.

Der entscheidende Vorteil des Inselwechselrichters ist, dass dieser so gesteuert ist, dass er gerade nur so viel Leistung an den Verbraucher abgibt, wie dieser in diesem Moment benötigt. Das heißt, die Ausgangsspannung eines Inselwechselrichters ist geregelt und nicht lastabhängig. Diese Funktionsweise garantiert einen möglichst verlustfreien Verbrauch. Daher sind Inselwechselrichter auch immer teurer als "einfache" Spannungswandler.

Inselwechselrichter zum Monitoring und MPP-Tracking

Der Inselwechselrichter kann genau wie die anderen Modelle noch zusätzliche Aufgaben übernehmen. Er kann das Herzstück der Anlage bilden und diese überwachen. Daher gibt es Modelle, an die ein Monitor oder Display angeschlossen werden kann, sodass man alle wichtigen Daten sofort im Blick hat. Es gibt Modelle mit eingebautem Trafo und auch Trafo-lose Modelle. High-End Ausführungen werden mit einer MPP-Tracking-Funktion ausgestattet.

Soll der Inselwechselrichter als Monitoring-Station der PV-Anlage verwendet werden, sollte man außerdem ein Modell für die Innenmontage wählen. So ist die Anlage immer leicht erreichbar und vor direkter Sonneneinstrahlung oder Regen geschützt. Modelle für die Außenmontage kosten im Allgemeinen mehr, da sie ein witterungsfestes Schutzgehäuse benötigen.

Ein wirklich guter Inselwechselrichter übernimmt sozusagen die gesamte Steuerung des Energiemanagements. Daher macht es durchaus Sinn, hier auf ein Modell aus dem mittleren Preissegment von etablierten Herstellern zu setzen, da diese einen recht guten Wirkungsgrad besitzen und außerdem eine Reihe von sinnvollen Zusatzfunktionen anbieten.

Wirtschaftlichkeit großer und kleiner Inselanlagen

Größere Inselsysteme mit Batteriespeicher im kW-Leistungsbereich sind deutlich günstiger als Anlagen, bei denen ausschließlich Dieselgeneratoren oder Dieselgenerator zur Vermeidung langfristiger Batteriespeicherung eingesetzt werden. Dies ist auf den hohen Wartungsaufwand, die kurze Lebensdauer und den sehr schlechten Teillastwirkungsgrad von Dieselgeneratoren zurückzuführen.

Die Anschaffung sogenannter 12-Volt-Komplettsets als kleine Inselanlagen richtet sich in erster Linie an Camper. Diese kompakten Anlagen können in der Regel mobil eingesetzt werden und lassen sich schnell auf- und wieder abbauen. Oftmals sind sie so konzipiert, dass man an diese nur Endgeräte mit 12-Volt-Leistung anschließen kann. Diese Inselanlagen sind sicherlich hilfreich, um eine unabhängige Stromversorgung zu betreiben. Die Wirtschaftlichkeit einer fest montierten PV-Anlage können diese Anlagen jedoch nicht erreichen.

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"Inselwechselrichter zur netzunabhängigen Solarstromversorgung" wurde am 14.03.2016 das letzte Mal aktualisiert.