Notstrom mit Photovoltaik: Technische Einblicke und Funktionalitäten

In der modernen Haustechnik gewinnen Photovoltaikanlagen mit Notstromfunktion zunehmend an Relevanz, insbesondere in Zeiten von potenziellen Stromausfällen. Die Kernfrage dabei ist: Wie wird die Stromversorgung aufrechterhalten, wenn das öffentliche Netz versagt?

Funktion und Aufbau einer Notstromlösung

1. Netztrennung und Inselbetrieb: Bei einem Stromausfall sorgt ein notstromfähiger Wechselrichter dafür, dass die Photovoltaikanlage und der angeschlossene Stromspeicher vom öffentlichen Netz getrennt werden. Diese Netztrennung ist essentiell, um eine Rückspeisung in das defekte Netz zu verhindern und somit Sicherheitsrisiken zu minimieren. Der Wechselrichter schaltet dann in den Inselbetrieb, wobei er die Energieversorgung für das Hausnetz übernimmt​.

2. Schwarzstartfähigkeit: Ein kritischer Aspekt der Notstromversorgung ist die Schwarzstartfähigkeit des Wechselrichters. Diese Funktion erlaubt es dem System, den Betrieb ohne externe Stromquelle aufzunehmen. Das bedeutet, dass die PV-Anlage in Kombination mit einem ausreichend dimensionierten Batteriespeicher auch dann Strom liefert, wenn das Netz komplett ausgefallen ist​.

3. Umschaltung und Priorisierung: Moderne Notstromsysteme bieten eine automatische Umschaltung innerhalb von Millisekunden. Das System erkennt den Stromausfall und schaltet ohne manuelles Eingreifen auf den Inselbetrieb um. Dabei können bestimmte Verbraucher priorisiert werden, um sicherzustellen, dass kritische Geräte wie Kühlschrank, Heizung oder Kommunikationssysteme weiterhin versorgt werden​.

Vorteile und technische Grenzen

Leistungsfähigkeit: Die Photovoltaikanlage kann während des Tages bei ausreichender Sonneneinstrahlung weiterhin Energie produzieren und den Batteriespeicher aufladen. In sonnenarmen Zeiten oder nachts ist die Leistung jedoch limitiert und hängt vollständig von der Kapazität des Speichers ab. Um eine dauerhafte Versorgung zu gewährleisten, sollte der Speicher so dimensioniert sein, dass er zumindest die Grundlast für mehrere Stunden oder Tage abdecken kann​.

Wirtschaftlichkeit und Einsatzbereiche: Die Entscheidung für ein Notstromsystem hängt stark von den individuellen Anforderungen und den erwarteten Ausfallzeiten ab. In Regionen mit instabiler Stromversorgung oder für Haushalte, die auf eine kontinuierliche Energieversorgung angewiesen sind, stellt eine solche Lösung eine sinnvolle Investition dar. Allerdings müssen die Kosten für zusätzliche Komponenten wie schwarzstartfähige Wechselrichter und größere Batteriespeicher berücksichtigt werden​.

Aus technischer Sicht

Für die Implementierung einer zuverlässigen Notstromversorgung ist es unerlässlich, die PV-Anlage mit einem schwarzstartfähigen Wechselrichter und einem ausreichend dimensionierten Batteriespeicher auszustatten. Diese Kombination gewährleistet, dass auch bei einem kompletten Netzausfall eine stabile Energieversorgung für wichtige Haushaltsgeräte gewährleistet wird. In den meisten Fällen bietet eine PV-Anlage mit Notstromfunktion eine solide Lösung, um zumindest die Grundversorgung während eines Blackouts sicherzustellen.

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Beispiel für den Aufbau einer Photovoltaikanlage mit Notstromfunktion

Projektdaten:

• Objekt: Einfamilienhaus mit einer Grundlast von ca. 1,5 kW.
• Photovoltaikanlage: 10 kWp.
• Batteriespeicher: 10 kWh Lithium-Ionen-Speicher.
• Wechselrichter: Schwarzstartfähiger Hybrid-Wechselrichter.
• Notstromversorgung: Automatisches Backup-Interface mit Netztrennung.

Schritt 1: Auswahl und Dimensionierung der Komponenten

Für dieses Einfamilienhaus wird eine 10 kWp Photovoltaikanlage auf dem Dach installiert. Diese Leistung reicht aus, um im Jahresdurchschnitt etwa 70% des Strombedarfs abzudecken. Um auch bei Stromausfällen unabhängig zu sein, wird ein 10 kWh Batteriespeicher hinzugefügt. Dieser Speicher ist so dimensioniert, dass er die Grundlast des Hauses für etwa 6-7 Stunden alleine abdecken kann.

Der Hybrid-Wechselrichter ist ein zentraler Bestandteil dieses Systems. Er ermöglicht den normalen Netzbetrieb sowie den Inselbetrieb im Falle eines Stromausfalls. Wichtig ist hier die Schwarzstartfähigkeit, welche es dem Wechselrichter erlaubt, das System auch ohne Netzstrom hochzufahren.

Schritt 2: Installation und Konfiguration

Nach der Installation der PV-Module auf dem Dach und dem Anschluss des Batteriespeichers im Keller wird der Hybrid-Wechselrichter installiert. Dieser wird über das Backup-Interface mit dem Hausnetz verbunden, welches im Normalbetrieb den Stromfluss vom öffentlichen Netz ins Haus steuert.

Das Backup-Interface ist so konfiguriert, dass es im Falle eines Netzausfalls automatisch das Hausnetz vom öffentlichen Netz trennt und auf den Inselbetrieb umschaltet. Dabei werden nur die wichtigsten Verbraucher versorgt, die vorher definiert wurden, wie z.B. Kühlschrank, Heizung und Beleuchtung.

Schritt 3: Test und Inbetriebnahme

Nach der vollständigen Installation wird das System getestet. Zunächst wird simuliert, wie das System bei einem Stromausfall reagiert. Hierbei trennt das Backup-Interface das Hausnetz innerhalb von Millisekunden vom öffentlichen Netz, und der Hybrid-Wechselrichter übernimmt die Stromversorgung über den Batteriespeicher. Es wird überprüft, ob die festgelegten Verbraucher wie geplant weiterlaufen.

Der Test zeigt, dass die PV-Anlage bei ausreichender Sonneneinstrahlung den Batteriespeicher sogar während des Inselbetriebs nachladen kann. Dies verlängert die Notstromversorgung erheblich und sichert die Grundlast über einen längeren Zeitraum.

Ergebnis

Durch diese Installation ist das Einfamilienhaus nicht nur in der Lage, einen Großteil seines Strombedarfs selbst zu decken, sondern auch im Falle eines Stromausfalls wichtige Funktionen wie Heizung und Kühlung aufrechtzuerhalten. Die Kombination aus schwarzstartfähigem Wechselrichter, Batteriespeicher und automatischer Netztrennung macht dieses System zu einer robusten Lösung für eine zuverlässige Notstromversorgung.

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