Photovoltaik mit Notstromfunktion: die solare Ersatzversorgung

Hinsichtlich der Stromversorgung zählt Deutschland zu den versorgungssichersten Ländern der Welt. Die Stromausfalldauer in Deutschland lag 2021 im Mittel bei 12,7 Minuten. Vor dem Hintergrund einer angespannten Versorgungslage auf den Energiemärkten und einer wachsenden Stromnachfrage durch zunehmende Elektrifizierung im Gebäude- und Verkehrssektor, wächst der Wunsch in Teilen der Bevölkerung, Wohngebäude oder Gewerbebetriebe mit Notstromaggregaten abzusichern. Betreiber:innen von Photovoltaikanlagen besitzen bereits solare Stromgeneratoren. Inwiefern eine Solaranlage eine grundlegende Versorgung bei Stromausfall durch entsprechende Wechselrichter mit Notstromfunktion gewährleisten kann und welche Batteriespeicher notstromfähig sind, erfahren Sie im folgenden Beitrag.

• Die durchschnittliche Versorgungsunterbrechung (SAIDI) in Deutschland lag 2021 bei 12,7 Minuten.
• Eine PV-Anlage mit Netzanschluss erzeugt bei Stromausfall im öffentlichen Netz keinen Strom, sofern keine notstromfähigen Wechselrichter verbaut sind.
• Hybride Wechselrichter mit Notstromfunktion steuern Erzeugung aus PV sowie die Be- und Entladung eines Stromspeichers bei Stromausfall.
• Notstromfähige Batteriespeicher verfügen über integrierte Wechselrichter und smarte Energiemanagementsysteme.
• Die Notstromfunktion kann bei jeder PV-Anlage durch Stromspeicher und hybride Wechselrichter nachgerüstet werden.
• Die Kosten für hybride Wechselrichter bewegen sich zwischen 2.000 – 5.000 Euro.

Die Stromversorgung in Deutschland ist eine der sichersten weltweit. Es bestehen international anerkannte Indikatoren für die Sicherheit einer Stromversorgung. Gemessen an der Stromausfalldauer (SAIDI) und der Stromausfallhäufigkeit (SAIFI) ergibt sich ein Abbild der Stromversorgungsqualität:

• SAIDI: „System Average Interruption Duration Index” gibt die Dauer der durchschnittlichen Versorgungsunterbrechung im Verhältnis zu den angeschlossenen Letztverbrauchern an.
• SAIFI: „System Average Interruption Frequency Index” gibt die durchschnittliche Häufigkeit einer Versorgungsunterbrechung im Verhältnis zu den angeschlossenen Letztverbrauchern an.

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Eine herkömmliche Sicherung der Stromversorgung gewährleisten Diesel-Aggregate. Solange der Diesel-Nachschub und die technische Betriebsfähigkeit gesichert sind, versorgen Diesel-Notstromaggregate netzunabhängig und unkompliziert. Eine Solaranlage stellt ebenso einen Stromgenerator dar, nur ist der gewöhnliche Anschluss am öffentlichen Netz ein Hindernisim Sinne der Notstromfunktion einer PV-Anlage.

Kommt es im öffentlichen Netz zu einem Stromausfall, reagieren herkömmliche Wechselrichter einer Solaranlage mit sofortiger Abschaltung der solaren Stromerzeugung. Die Vorrichtung schützt vor Stromschlägen bei Arbeiten am ausgefallenen Versorgungsnetz und vor Kurzschlüssen im Gebäudenetz.

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Ein netzunabhängiger Betrieb einer Photovoltaikanlage bedeutet, dass kein physischer Anschluss an das öffentliche Stromnetz vorliegt. Für solche Solaranlagen, aber auch andere netzunabhängige Stromversorgungseinheiten, hat sich daher die Metapher der Insel als Bezeichnung etabliert.

Eine solche Inselanlage bedarf, um nicht nur dann Strom verbrauchen zu können, wenn die Sonne scheint, immer auch weiterer technischer Komponenten. Um den erzeugten Solarstrom für einen späteren Verbrauch zwischenzuspeichern, ist ein Stromspeicher erforderlich.

Wird weniger Strom erzeugt und ist der Speicher leer, so muss ein Ersatzerzeugungssystem anstelle des Stromnetzes als "Backup" einspringen. Dies sind häufig mit Diesel betriebene (Not)Stromaggregate oder andere regenerative Stromerzeuger (Wind, Biogas, Wasserkraft), die bei Bedarf aktiviert werden können.

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Damit eine Solaranlage, die ans öffentliche Netz angeschlossen ist, bei Stromausfall weiterhin als Stromgenerator fungieren kann, bestehen mehrere technische Lösungen. Eine Variante bilden Wechselrichter mit Notstromfunktion. Auch hier gibt es mehrere Umsetzungsmöglichkeiten.

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.

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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. Weitere Anbieter sind unter anderem:

• BYD B-Box HVS & HVM
• FoxESS AIO-H3/AC3-10
• Mango Power M Series
• RCT Power Speichersysteme mit Power Switch für Ersatzstrom
• Varta Element Backup

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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 ein PV-Speicher 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 Batteriekapazitätund 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

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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 dieAuswahl der erforderlichen Komponentenden 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.

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Die Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin führt eine jährliche Stromspeicher-Inspektion mit am Markt erhältlichen Stromspeichern durch. Insgesamt wurden 2022 21 Speichersysteme auf Herz und Nieren geprüft. In zwei Größenklassen (5 kW und 10 kW) konnten jeweils die drei besten Stromspeicher identifiziert werden. Das Ranking ergibt sich aus einem System Performance Indikator. Die umfassenden Kriterien sind der Veröffentlichung zu entnehmen.

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