Eine PV-Inselanlage (manchmal autarke PV-Anlage genannt) ist eine super Sache auch in städtischen Gebieten. Sie können die Abhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz verringern und die Energiewende voranzutreiben. Darüber hinaus können sie auch sehr gut in Wohngebieten eingesetzt werden, um den Eigenverbrauch von erneuerbarer Energie zu erhöhen und die Stromkosten deutlich zu senken. Durch den Einsatz von Sonnenenergie anstelle von fossilen Brennstoffen tragen PV-Anlagen zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes und der Luftverschmutzung bei. Dieser ökologisch und ökonomisch erzeugte regenerative Strom, steht meist den ganzen Tag zur Verfügung, bei Nacht allerdings nicht. Daher empfiehlt es sich aktuell, um die eigene Nutzung des Sonnenstromes zu erhöhen, der Einsatz von Batteriespeichern. Mit dieser Kombination aus PV-Anlage und Batteriespeicher erhöht sich sowohl die eigene Unabhängigkeit als auch die eigene Versorgungssicherheit. Als praktischer Nebeneffekt sinken auch noch die Stromkosten.
- Klimaschutz: Bei derzeit nur 40% – 50% Strom aus regenerativen Energien bedeutet jede kWh, von der Sonne eine CO2 Entlastung von 600g.
(ca. 1000g/kWh im fossilem Kraftwerk mit 33% Wirkungsgrad, davon 60%) - Versorgungssicherheit: Ohne Sonne (was sehr unwahrscheinlich ist) sollten die Batterien 2-3 Tage lang Strom liefern. Ebenso wenn die Primärenergiezufuhr unterbrochen ist.
- Einsparung: Das Haus sollte so ca. 75% seiner Primärenergie selbst erzeugen. Die Einsparung entspricht dann einem Autarkiegrad von 75%, was bei 4MWh/a ca. 1300€/a enspricht.
Idee
Steckbrief für meine autarke PV-Anlage
24 Module
12 Module
3 Laderegler
2 Wechselrichter
20 Batteriern
1 Visualisierung
6kWp
4kWp
10kW
20kWp
45kWh
5 Zoll
ET-P660250
NEMO2.0 60M
Victron Energy
Victron Energy
Pylontech
Victron Energy
ET-Solar
Heckert Solar
Victron Energy
Victron Energy
Pylontech
Victron Energy
Betriebsart: autark, vom Stromnetz getrennt
Autarke Betriebsdauer: ca. 2-3 Tage
Batterielebensdauer: ca. 27Jahre
Aufbau & Komponenten
Module
Zum Einsatz sollen die Module vom Typ NEMO2.0 60M der Firma Heckert Solar (noch aus deutscher Produktion) kommen.
Des weiteren noch Module der Hersteller Canadian Solar und ET Solar.
Verteilung der Module
Auf dem Dach in Südausrichtung mit 39° Neigung ergibt das Feld mit je 12 monokristaline 370Wp Module (Wp = Watt peak (Spitzenleistung bei 1000W/m² Einstrahlung))von Canadian Solar, eine Spitzenleistung von 4,4kWp.
In beiden Feldern gibt es
4 parallele Strings mit je
3 in Reihe geschalteten Modulen.
Im oben gezeigten Verfahren werden die Module ohne zusätzliche Kabel in 3er Reihe gesteckt. Die vier 3er Reihen werden parallel mit sogenannten Y-Stücken zu einem Strang verbunden.
Auf dem Dach der Garage in Südausrichtung mit einer Neigung von 10°, befinden sich in Summe 36 PV-Module davon 12 mal 330Wp Module vom Typ Nemo2.0 60M von Heckert Solar und die restlichen 24 sind 250Wp Vollzellenmodule von ET Solar. In der Summe ergiebt das eine Spitzenleistung von 10kWp.
Das ergibt drei Felder mit je
4 parallele Strings in denen je
3 Module in Reihe geschaltetet sind.
Laderegler
Für das Hausdach, ein Victron Energy 4,4kW MPPT (maximum power point tracker) Laderegler setzen als Step Down Converter (Gleichspannungswandler) die beleuchtungsabhängige Modulspannung von 60..120V in die Batteriespannung von 45..53V um.
Für das Garagendach, kommen drei Victron Energy MPPT Laderegler mit 1x 85A und 2x 60A zum Einsatz.
Batterie
Die zwanzig US2000 von Pylontech mit je 2,4kWh ergeben eine Systemkapazität von 48kWh entspr. 1000Ah (bei 48V). Die Lithium-Eisen-Phosphat Batterien besitzen ein eingebautes BMS (Batteriemanagement System), welches den Zellenausgleich über alle mit dem Batteriebus (Link Port) verbundenen Einheiten regelt. Eine Notfallabschaltung bei Unter- und Überspannung erfolgt mit Leistungsschaltern (FETs).
Das BMS meldet via CAN Bus mit 500kBd den Ladezustand SOC (state of charge), die aktuellen max. möglichen Lade- und Entladeströme, Batterietemperaturen und evtl. Fehler der Prozessvisualisierung Cerbo. Ändert sich der Ladezustand, wird er mittels LED Balken angezeigt.
Weitere Informationen zu Batterien gibt es hier…
Inselwechselrichter
Zum Einsatz kommen hier reine Wechselrichter von Victron Energy. Jeder einzelne dieser Wechselrichter hat eine Dauerleistung von 5kVA, und für 60s eine Spitzenleistung von 10kVA. Um nun das gesamte Haus damit zu versorgen, wurden 2 dieser Wechselrichter parallel geschaltet was die Leistung, logischerweise, verdoppelt. Sollte dies noch nicht ausreichen könnte auch noch ein dritter Wechselrichter eingebunden werden.
Um noch die Möglichkeit zu erhalten im Notfall doch noch auf das „öffentliche“ Stromnetz zu zugreifen, gibt es zwischen dem Stromnetz/Wechselrichter und dem Haus eine sichere Relaisumschltung. Diese stellt sicher, dass das Haus entweder durch das „öffentliche“ Stromnetz oder durch die PV-Anlage versorgt wird, aber niemals beides zusammen (was auch aus technischen Gegebenheiten nicht funktionieren würde).
Visualisierung
Die Prozessvisualisierung besteht aus GX Touch und Cerbo.
Neben der Anzeige aller Werte errechnet sie die Leistung der Laderegler und übermittelt dem WR (Wechselrichter) den Ladezustand (SOC State of Chage) der Batterien durch Umsetzung der Daten der Pylontech Batterien auf dem CAN Bus in Daten an den WR auf dessen VE Bus.
Zusammenfassung
Erste Erfahrungswerte, die aktuelle Anlage erfüllt die Erwartungen vollumfänglich und ersetzt so 75 – 80% der benötigten Primärenergie. Bei unserem aktuellen Verbrauch entspricht das ca. 2,4 T CO2 welche nicht in die Atmosphäre emittiert werden.
Kurze Hochrechnung:
die 2,4 T CO2 ensprächen ungefähr einem statistischen 2-3 Personenhaushalt. Gehen wir einmal von 2 Personen aus, dann ergäbe das alleine für Deutschland eine CO2 Einsparung, bei 80mio Personen, von 96mio T!!
Kleinfieh macht halt doch auch Mist!!
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