PV-Anlage mit Notstrom: Funktion, E-Technik und Nachrüst-Kosten

• Was ist eine PV-Anlage mit Notstrom? Eine PV-Anlage mit Notstromfunktion ermöglicht es, trotz Netzunterbrechung weiter Strom zu liefern. Voraussetzung ist eine Notstrom-fähige Technik aus Wechselrichter, Stromspeicher und automatischem Umschalter (Umschaltbox), der bei Netzausfall das Hausnetz sicher vom öffentlichen Netz trennt und die Versorgung über Batterie bzw. PV-Strom übernimmt.
• Wie funktioniert eine PV-Anlage bei Stromausfall? Ein automatischer Notstrom-Umschalter erkennt den Netzausfall in Sekundenbruchteilen und aktiviert die Notstromversorgung der PV-Anlage. Ein Umschalter sorgt dafür, dass das Hausnetz sicher getrennt wird und keine Rückspeisung ins Stromnetz erfolgt. Ohne Notstromfunktion bleibt der Haushalt bei einem Ausfall daher stromlos, auch wenn Sonnenenergie erzeugt wird.
• Was ist der Unterschied zwischen Notstrom und Ersatzstrom? Notstrom versorgt einen separaten Stromkreis, meist für Basis-Verbraucher (z. B. Licht, Kühlschrank) häufig einphasig mit statischer Spannung und Frequenz. Bei Ersatzstrom übernimmt der Batterie- oder Hybridwechselrichter vollständig die aktive Regelung von Spannung, Frequenz und Phasenlage, versorgt auch dreiphasige Verbraucher und kann PV-Erträge einbinden.
• Wie lange kann ein Stromspeicher Notstrom liefern? Die Notstromdauer hängt von der Kapazität der Batterie, dem tatsächlichen Verbrauch und der PV-Erzeugung während des Ausfalls ab. Ein PV-System mit 5 kWh Speicher liefert bei moderatem Verbrauch etwa 6 bis 10 Stunden Notstrom, ein 10 kWh-System bis zu 24 Stunden. Mit einem 15 kWh Speicher ist sogar eine mehrtägige Notstromversorgung möglich.
• Kann man eine Notstromfunktion nachträglich einbauen? Viele bestehende Photovoltaik-Anlagen lassen sich mit Notstrom nachrüsten. Dazu wird meist ein notstromfähiger Wechselrichter, ein Batteriespeicher und ggf. ein automatischer Notstrom-Umschalter ergänzt. Eine Elektrofachkraft sollte vorab prüfen, ob die bestehende PV-Anlage sicher und sinnvoll erweitert werden kann.
• Kosten fürs Nachrüsten einer Notstromfunktion? Die Nachrüstung einer Notstromlösung hängt stark von den Komponenten ab. Grob liegen die Kosten meist im Bereich von ca. 2.000 € bis 5.000 € inklusive Wechselrichter, Speicher und Installation - je nach Systemgröße und Leistungsfähigkeit. Förderprogramme können die Investition reduzieren.

In Deutschland ist ein flächendeckender, lang anhaltender Stromausfall (Blackout) nach Einschätzung von Experten und Behörden wie der Bundesnetzagentur weiterhin äußerst unwahrscheinlich.

Gemessen an der Stromausfalldauer (SAIDI) war ein deutscher Haushalt im Durchschnitt in den letzten Jahren nur etwa 10 bis 13 Minuten pro Jahr ohne Strom. Das entspricht einer Verfügbarkeit von über 99,99 %.

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Eine PV-Anlage kann bei Stromausfall nur mit spezieller Technik weiterarbeiten, da sie sich aus Sicherheitsgründen normalerweise abschaltet. Damit auch bei einem Stromausfall die Stromversorgung gewährleistet ist, benötigt man

• einen schwarzstartfähigen Hybrid-Wechselrichter,
• einen Stromspeicher und
• eine Netzumschalteinrichtung (Backup-Box)

Bei einem Stromausfall erkennt das Energiemanagement- bzw. Wechselrichtersystem innerhalb kurzer Zeit, dass die Netzspannung und -frequenz des öffentlichen Stromnetzes nicht mehr vorhanden oder außerhalb der zulässigen Grenzen liegen.

Aus Sicherheitsgründen trennt sich der Wechselrichter über eine automatische Netztrenneinrichtung (Notstrom-Umschalter / Netzumschaltbox) galvanisch vom öffentlichen Stromnetz und schaltet auf eine alternative Notstromquelle (z. B. den Stromspeicher der PV-Anlage) um.

Der Batterie-Wechselrichter übernimmt nun die Rolle der bisher vom Netz vorgegebenen Referenz für Spannung und Frequenz (z. B. 230 V / 50 Hz) und bildet ein stabiles Ersatzstromnetz im Haus.

Elektrisch betrachtet arbeitet der Wechselrichter jetzt als netzbildende Quelle, während alle angeschlossenen Verbraucher ihre Energie ausschließlich aus dem Stromspeicher beziehen.

Steigt oder sinkt die Last im Haus, passt der Wechselrichter seine Ausgangsleistung in kW kontinuierlich an, indem er die Entladeleistung der Batterie regelt.

Kurzzeitige Leistungsspitzen, etwa beim Einschalten von Motoren oder Kompressoren, werden – soweit technisch möglich – durch die Leistungsreserve des Wechselrichters abgefangen; überschreiten sie die maximal verfügbare Leistung, wird der Verbraucher abgeschaltet oder das System geht in eine Schutzabschaltung.

Ist zusätzlich eine Photovoltaikanlage vorhanden und für den Inselbetrieb freigegeben, kann der Wechselrichter den PV-Strom auch während des Stromausfalls nutzen. In diesem Fall werden Hausverbraucher zuerst direkt aus der PV-Anlage mit Notstrom versorgt, überschüssige Leistung lädt den Speicher, während bei zu geringer PV-Leistung automatisch wieder Energie aus der Batterie entnommen wird.

Sinkt der Ladezustand des Speichers unter einen definierten Mindestwert, reduziert das System entweder die verfügbare Leistung oder schaltet ausgewählte Verbraucher ab, um einen kontrollierten und stabilen Betrieb des Ersatzstromnetzes sicherzustellen.

Bei einer Photovoltaikanlage mit Stromspeicher wird zwischen Notstrom- und Ersatzstromversorgung unterschieden, obwohl beide Systeme im Fall eines Netzausfalls elektrische Energie bereitstellen. Elektrotechnisch unterscheiden sie sich jedoch deutlich in Art der Netztrennung, Netzbildung, Leistungsbereitstellung und Einbindung der Hausinstallation.

Bei einer Notstromversorgung wird bei Netzausfall lediglich ein separater Stromkreis versorgt, der über eine automatische Umschalteinrichtung vom öffentlichen Netz getrennt wird. Elektrotechnisch bleibt der übrige Teil der Hausinstallation spannungslos, während der Batteriewechselrichter für den Notstromkreis eine lokale Wechselspannungsquelle bereitstellt.

Diese Notstromquelle ist in der Regel einphasig ausgeführt und leistungsmäßig begrenzt, da sie nur ausgewählte Verbraucher wie Kühlschrank, Beleuchtung oder Steuerungen versorgen soll. Die Netzbildung erfolgt dabei meist statisch: Spannung und Frequenz werden zwar vorgegeben, größere Lastsprünge oder Motoranläufe können jedoch nur begrenzt abgefangen werden.

Die Ersatzstromversorgung dagegen ersetzt elektrotechnisch das öffentliche Netz für weite Teile oder das gesamte Hausnetz. Nach der allpoligen Trennung vom Netz übernimmt der Batterie- oder Hybridwechselrichter vollständig die Funktion einer netzbildenden Quelle, die Spannung, Frequenz und Phasenlage aktiv regelt.

In diesem Inselbetrieb können auch dreiphasige Verbraucher betrieben werden, sofern Wechselrichter und Stromspeicher ausreichend Leistung bereitstellen. Die Ersatzstromversorgung ist darauf ausgelegt, Laständerungen dynamisch auszugleichen und das Hausnetz über längere Zeit stabil zu führen.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied liegt auch in der Einbindung der PV-Anlage:

• Bei Notstromlösungen ist die PV-Einspeisung häufig eingeschränkt oder gar nicht aktiv, da der Fokus auf einfacher Sicherheit liegt.
• Bei einer Ersatzstromversorgung kann die PV-Anlage dagegen aktiv in den Inselbetrieb eingebunden werden, wobei der Wechselrichter PV-Erzeugung, Hauslasten und Batterieladung kontinuierlich aufeinander abstimmt.

Wie lange man einen Stromausfall mit der eigenen Solaranlage überbrücken kann, hängt stark

• vom gewählten Systemtyp,
• der verfügbaren Speicherkapazität und
• dem tatsächlichen Stromverbrauch im Haushalt ab.

Grundsätzlich gilt: Je leistungsfähiger der Stromspeicher und je besser die Anlage auf Not- oder Ersatzstrombetrieb vorbereitet ist, desto länger können wichtige Verbraucher bei einem Stromausfall weiterbetrieben werden.

Im einfachsten Fall – etwa bei einem 1-phasigen Hybridwechselrichter ohne Batteriespeicher – ist eine Notstromversorgung überhaupt nur dann möglich, wenn gerade ausreichend Sonnenlicht vorhanden ist. In diesem Fall können sehr grundlegende Verbraucher wie LED-Lampen, ein WLAN-Router oder ein Laptop mit Strom versorgt werden. Die Leistung reicht dabei typischerweise für 300 bis 500 Watt, und die Versorgung endet, sobald die Sonne untergeht oder Wolken die PV-Leistung stark reduzieren. Eine gespeicherte Überbrückung ist hier nicht möglich.

Effektiver wird die Notstromversorgung mit einem kleinen Stromspeicher, z. B. 5 kWh Kapazität und einer Ausgangsleistung von 2,5 kW. Damit lassen sich bereits mehrere Geräte gleichzeitig betreiben – z. B. Licht, Internet, Kühlschrank, TV oder Smartphone – für einen Zeitraum von etwa 4 bis 8 Stunden, abhängig vom Verbrauch. Diese Lösung bietet eine solide Grundversorgung für einige Stunden oder einen halben Tag Stromausfall.

Wer auch energieintensivere Geräte versorgen oder längere Stromausfälle überbrücken möchte, setzt auf ein System mit einem größeren Stromspeicher, z. B. mit 10 kWh Kapazität und 10 kW Ausgangsleistung (1C-Rate). Damit ist es möglich, auch Waschmaschine, Gefrierschrank, Wasserpumpe oder Herd vorübergehend zu nutzen. Bei haushaltsüblicher Nutzung reicht der gespeicherte Strom für etwa 12 bis 24 Stunden.

Die höchste Autarkie bietet ein System mit Stromspeicher und PV-Nachladung, also einer Kombination aus großem Speicher (z. B. 15 kWh) und einer leistungsstarken Photovoltaikanlage (z. B. 15 kW_p). In einem solchen Setup wird der Speicher tagsüber durch Solarenergie wieder aufgeladen, was – bei sonnigem Wetter – eine mehrtägige, theoretisch sogar dauerhafte Notstromversorgung ermöglicht. Voraussetzung ist allerdings ein Hybridwechselrichter mit Notstrom- oder Ersatzstromfunktion und ein vollständig vorbereiteter Ersatzstromkreis im Haus.

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Die Kosten einer Notstromversorgung durch Photovoltaik hängen von der bereits bestehenden technischen Ausstattung ab. In der Annahme, dass bereits eine Solaranlage auf dem Dach besteht, bestimmt die Auswahl der erforderlichen Komponenten den Preis.

Die wohl günstigste Variante ist die ausschließliche Versorgung einer Steckdose. Der Fronius GEN24 Plus ist je nach Leistung für 2.000 – 4.000 Euro erhältlich und ermöglicht sowohl die PV Point als auch eine vollständige Notstromversorgung. Grundlegende Geräte wie Heizung, Wärmepumpe oder elektrischer Herd sind kaum über den PV Point betreibbar (1-phasig; maximal 3 kW).

Sie haben bereits einen Batteriespeicher und wünschen sich eine Notstromfunktion, dann benötigen Sie lediglich einen fähigen hybriden Wechselrichter. Diese sind einfach nachrüstbar und bereits ab 1.500 Euro erhältlich. Der Einbau sollte in jedem Fall von qualifizierten Elektroniker:innen übernommen werden.

Batteriespeicher mit Notstromfunktion bilden das Rundum-sorglos-Paket. Sofern bereits eine PV-Anlage installiert ist, starten die Materialpreise für die Notstromversorgung bei rund 4.800 Euro. Genaue Angaben können hier nicht gemacht werden, da die Preise von den individuellen Wünschen zu Speicherkapazität, Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und weiteren Funktionen abhängen. Obwohl die Preise für Stromspeicher in den letzten Jahren stark gesunken sind, fallen rund 1.000 € pro Kilowattstunde Speicherkapazität an.

Die wohl einfachste und günstigste ist die ausschließliche Versorgung einer Steckdose im Gebäude. Dazu braucht es einen Wechselrichter wie den Fronius GEN24 Plus, der den Netzausfall unmittelbar erkennt und in der Lage ist, Stromstärke und Stromspannung für eine direkt angeschlossene Steckdose aufrechtzuerhalten. Der PV POINT von Fronius liefert eine Basis-Notstromversorgung von 1-phasigen Verbrauchern bis 3 kW.

Über eine ausgewählte Steckdose können so bspw. Smartphones und Laptops geladen werden. Der Wechselrichter lässt maximal die Stromerzeugung aus Solar zu, die an der ausgewählten Steckdose nachgefragt wird.

Ein Balkonspeicher wie der Avocado Orbit M mit 2,11 kWh Kapazität und 1.200 Watt Notstromfunktion über eine integrierte Steckdose kostet hingegen nur rund 600€. Über eine integrierte Notstromsteckdose können bei Stromausfall weiterhin ausgewählte Geräte im Haushalt versorgt werden.

Der Speicher liefert dabei bis zu 1.200 Watt Leistung, ausreichend für Grundverbraucher wie WLAN-Router, LED-Licht oder Notebook. Die Notstromversorgung funktioniert auch ohne Sonneneinstrahlung, solange der Akku geladen ist – für mehrere Stunden, je nach Verbrauch.

Eine nachrüstbare Umschaltbox ermöglicht es, eine Photovoltaikanlage mit Speicher in den Ersatzstrombetrieb zu versetzen – also bei einem Stromausfall bestimmte Stromkreise weiterhin mit Energie zu versorgen.

Umschaltboxen wie die von Enwitec erkennen automatisch einen Netzausfall und schalten innerhalb weniger Sekunden auf den hausinternen Ersatzstromkreis um – gespeist aus PV-Anlage und Batteriespeicher. Nach Wiederherstellung der Netzversorgung erfolgt die Rückschaltung ebenso automatisch.

Allerdings kann nicht jede Umschaltbox einfach mit jeder PV-Anlage oder jedem Wechselrichter installiert werden. Sie funktionieren ausschließlich in Kombination mit wechselrichterseitig notstromfähigen Geräten. Die Enwitec Umschaltbox z. B. mit dem SMA Sunny Island, Fronius GEN24 Plus oder Kostal Plenticore.

Zudem ist auch ein Stromspeicher zwingend erforderlich, da bei Netzausfall sonst keine Energie bereitgestellt werden kann. Auch die Hausinstallation muss entsprechend vorbereitet sein, etwa durch einen separaten Ersatzstromkreis.

Neben der Enwitec Umschaltbox bieten auch andere Hersteller externe Umschaltlösungen an, z. B. GoodWe Backup Box, Solax EPS Box, Victron Filax 2 oder Growatt ATS. Diese eignen sich jedoch in der Regel nur für die jeweiligen eigenen Wechselrichter-Systeme und sind nicht herstellerübergreifend einsetzbar. Zudem bieten nicht alle eine vollständige Netztrennung nach VDE-Norm, was ihre Einsatzmöglichkeiten einschränkt.

Sofern kein Batteriespeicher mit Notstromfunktion und integriertem Wechselrichter installiert ist, sollten hybride Wechselrichter mit Notstromfunktion in Erwägung gezogen werden. Durch die Nachrüstung eines hybriden Wechselrichters kann eine Solarbatterie mit Notstromfunktion erweitert werden.

Der Wechselrichter übernimmt die Errichtung einer netzunabhängigen Versorgung im Falle eines Stromausfalles. Erkennt der hybride Wechselrichter einen Stromausfall, wird das Gebäudenetz unmittelbar vom öffentlichen Netz getrennt. Die PV-Anlage und der Stromspeicher gewährleisten eine Notstromversorgung. Die Batteriekapazität und die installierte Leistung bestimmen die maximale Dauer der Ersatzversorgung. Es sind unter anderem folgende hybride Wechselrichter mit Notstromfunktion am Markt erhältlich:

• Bosswerk Hybrid Wechselrichter HY
• Fronius GEN24 Plus Hybrid Wechselrichter
• Goodwe GW 5000-EH
• Kaco Blueplanet Hybrid Wechselrichter
• SMA Sunny Island
• SMA Sunny Tripower Smart Energy Hybrid Inverter
• Solaredge Hybridwechselrichter
• Steca SOLARIX PLI
• Sungrow Hybrid HV

Die Grundversorgung eines Gebäudes kann mit einer Photovoltaikanlage bei Stromausfall gewährleistet werden, wenn ein Batteriespeicher mit Notstromfunktion ergänzt wird und über ausreichend Kapazität verfügt.

Ein integrierter Wechselrichter im Gehäuse des Batteriespeichers, gepaart mit einem smarten Energiemanagementsystem, gewährleistet eine Notstromversorgung bei Stromausfall. Ebenso verfügen die meisten Batteriespeicher mit Notstromfunktion über Maximum-Powerpoint-Tracker, sodass zu jeder Zeit maximale Solarerträge realisiert werden können.

Der Anbieter E3/DC bietet Stromspeicher mit Notstromfunktion an. Die Hauskraftwerke des Herstellers versorgen Anwender mit Jahresstrombedarf bis 6.500 kWh. Die Notstromspeicher sind je nach Bedarf mit 5,8 bis 16,2 kWh Speicherkapazität erhältlich.

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