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Solaranlage ohne Netzeinspeisung, Autonomes Haus, smart grid

Nach der starken Reduzierung der Förderung durch das EEG-Gesetz ist die Überlegung, was gibt es für Alternativen?
 
Wir gehen wie selbstverständlich davon aus, dass es nie Stromausfälle gibt. Ist es nicht auch interessant, über eine gewisse Autonomie nachzudenken? Ohne Strom geht heutzutage fast nichts, die Heizungspumpe läuft nicht, kein Licht, kein Computer…..;

 
Eine Möglichkeit ist, auf die Einspeisung zu verzichten, und den Strom selber zu verbrauchen. Dazu müsste die Energie gespeichert werden. Damit hat man außerdem eine gewisse Autonomie erreicht. Hier ein Konzept.

Solar home

es erfolgt eine Umschaltung öffentliches Netz / Solarstrom, je nach Energie-Angebot; z

Funktionsweise

Die Stromversorgung im Haus wird je nach Batterie-Spannung auf Solarstrom oder Netz umgeschaltet. Es können auch nur Teilbereiche umgeschaltet werden.

Ein intelligentes Lastmanagement (z.B. die Metamorphose) verhindert über Funk-Fernsteuerung, dass zu viele Geräte gleichzeitig aktiv sind (Waschmaschine und Wasserkocher etc). Oder schaltet in diesem Fall für eine bestimmte Zeit auf Netzbetrieb um.

Ein intelligentes Lastmanagement schaltet bei viel Sonnenschein Kältespeicher im Haus ein (Gefriertruhe, Kühlschrank) und speichert damit dort die Energie. Es ist auch denkbar Heißwasser zum kochen um es für Kaffee oder Tee bereitzustellen. Weitere nichtelektrische Energie-Speicher sind denkbar, z.B. Wasser in einen Hochtank zum bewässern. Das verlängert die Lebensdauer der Batterien und den Wirkungsgrad des Systems. Batterien laden optional über Wind, Solar, Nachtstrom oder Generator

Vorteile:
Kein teurer Einspeise-Wechselrichter notwendig (Verschleiß-Teil)
Kein Rundsteuerempfänger notwendig
keine Schalter für Solarfeld-Freischaltung notwendig
Keine Reduzierung der Einspeise-Vergütung
Unabhängig von der Politik
Relativ Preisgünstiger Wechselrichter
100 % Eigenverbrauch
Anlage granular ausbaubar, je nach Budget und Preis Erweiterbar (Solarzellen, Batterien)
Energie-Autonomie bei Stromausfall („Licht bleibt an“)
Auch nur Teilbereiche des Hauses können mit Solar-Strom versorgt werden.
Theoretisch Komplett-Autonomie über zusätzliches Notstromaggregat
Teilbeschattung ist nicht so kritisch, da alle Solarzellen parallel geschaltet sind.
Leichte Erweiterbarkeit, da alle Solarzellen parallel geschaltet sind.

Nachteile:
Batterie-Tausch ist von Zeit zu Zeit notwendig
Wenn die Batterien voll sind keine Nutzung des Solarstromes mehr. Denkbar ist z.B. warmes Wasser im Boiler zu produzieren, so was wird immer benötigt.
Belüfteter Platz notwendig für die Batterien
Sulfatierung der Batterien, es gibt Lösungen!
Größere Leistungen (> 2000 W) sind ein Problem, da der Wechselrichter meist nur mit 2000 W – 2500 Watt ausgelegt ist. In diesem Fall müsste auf Netzversorgung umgeschaltet werden.
Kurzer Umschaltimpuls wenn Umschaltung von Solar auf Netz und umgekehrt. Aber auch Rechner stürzen deswegen nicht ab. Ein Umschaltsensitives Gerät ist das Telefon. Dies müsste über eine Batterie mit Ladegerät gepuffert werden.
Es macht keinen Sinn beliebig große Solarflächen aufzubauen, sondern nur so viel Leistung wie auch verbraucht werden kann.
 

Gerät

zeitl. Flexibel?

Leistung

Wasserkocher

nein

groß

Kaffee-Maschine

nein

mittel

Waschmaschine

ja

groß

Spühlmaschine

ja

groß

Kühlschrank

ja

groß am Anfang, dann klein

Gefriertruhe

ja

groß am Anfang, dann klein

Mikrowelle

nein

mittel

Elektroherd

nein

sehr groß

Beleuchtung

nein

klein

Fernseher, Musik

nein

klein bis mittel

Heisswasserspeicher

ja

groß

Pumpe mit Wasserdepot

ja

mittel

Übersicht Haushaltgeräte-Management

Man kann auch über einen oder mehrere Schütze (Leistungsschalter) die verschiedenen Lastkreise auf Solar oder öffentliches Netz umschalten. Nur gleichzeitig darf es nie ein sein, sonst wird der Wechselrichter zerstört! Die Umschaltung je nach Batterie-Ladung könnte der Solar-Manager (siehe unten) übernehmen

Die Solarmodule haben eine zu hohe Spannung!

Ein 24 V Laderegler verträgt auch höhere Modulspannungen, allerdings mit gewissen Verlusten.

Es gibt MPP-Laderegler, die eine hohe Eingangsspannung vertragen
z.B. http://www.pro-umwelt.de/outback-mx60-p-492.html
oder http://www.soltronic.de/?sec=2&products_id=4

Oder einen DC-DC-Wandler vorschalten, z.B.
 24V-DC-DC-Wandler, 480 W, UE=127-370 DC, 24V DC
oder 24V-
DC-DC-Wandler, 480 W, UE=250-370 DC
weitere DC/DC-Wandler aller Leistungsklassen: http://www.schaeferpower.de/cms/de/produkte/dc-dc-wandler.html

Oder Wechselrichter, die gleichzeitig Batterien laden können (siehe unten).

Was ist wenn die Batterien voll sind?
Man kann Kühlaggregate, Pumpen oder die Heisswasser-Produktion einschalten.

Wie kann man die Kälteenergie gut speichern, wenn der Kühlschrank länger aus ist?
Eine volle Truhe speichert gut Kälte im Gegensatz zu einer relativ leeren. Andere Möglichkeit:
Ein Wasser / Salz-Gemisch in den Kühlschrank stellen, und die große Energie der latenten Wärme nutzen.
Latentwärmespeicher funktionieren durch die Ausnutzung des Phasenübergangs fest-flüssig (Erstarren-Schmelzen). 
Berechnung der Menge des Salzes:
Wenn du -15,71 g/° mit dem gewünschten Gefrierpunkt multiplizierst 
bekommst du die Menge Salz pro kg Wasser.
Beispiel Gewünschter Gefrierpunkt -18° C
m = T x (-15,71g/°)
m = -18 ° x (-15,71 g/°)
m = 280 g
Habe ca. 280 g pro kg Wasser gelöst. Der Gefrierpunkt müsste bei -18 grad liegen.
Nach verschiedenen Quellen scheint übrigens -10 °C für die Truhe noch eine akzeptable Temperatur zu sein.
 

eine Übersicht der verschiedenen Systeme

Hersteller

System

Batterieladung

Batterietyp

SMA

SB 5000 Smart Energy

 

 

Kaco

Powador-gridsave

DC-seitig

LiOn

Nedap

Power Router

DC-seitig

Pb / LiOn

Kostal

PIKO Battery Inverter

DC-seitig

Pb

PROSOL Invest

Sonnenbatterie

AC-seitig

LiOn

Solutronic

SOL-Energymanager

DC-seitig

LiOn

galaxy energy

eCamel ex1

AC-seitig

Pb

SENEC

Home

AC-seitig

Pb

Solon

SolLiberty

AC-seitig

Pb

Schüco

EnergyManager

DC-seitig

LiOn

IBC

SolStore Li 6.3/24 / 6.3/48

AC-seitig

LiOn

IBC

SolStore Pb 6.8 / 8.0

AC-seitig

Pb

Solarworld

SunPac 6,9 / 13,8

AC-seitig

Pb

Juwi

Home Power-System XS-XXL

AC-seitig

LiOn

Hier eine Excel-Liste mit mehr Informationen bezüglich obiger Systeme

Steuerung zur solaren Haustromversorgung ohne Netzeinspeisung,
Solar Management.

Mit diesem Gerät können Sie eine Batterie-gestützte Solar-Anlage ohne Netzeinspeisung aber mit Autonomie aufbauen. Die Steuerung hat dabei multiple Funktionen wie die Batterie vor Tiefentladung und Überladung zu schützen (Solar Laderegler-Funktion) und zwischen öffentlichen Netz und Batteriebetrieb so umzuschalten, dass die Solarenergie bestmöglich genutzt wird.

Solar Laderegler

Verschiedene Gehäuse-Bauformen stehen zur Verfügung; rechts mit großem LCD-Display

Solar Laderegler

großes Gehäuse mit großem Display

Übersicht der Funktionen zur Autonomen Stromversorgung

1.Umschaltung auf Netzbetrieb bei Batterie leer (nicht vollständig).
Bei niedriger Batterie-Spannung wird verzögert auf Netzbetrieb umgeschaltet. Mit einer Hysterese und Verzögerungszeit wird wieder zurückgeschaltet.

2.Nachts kann der Wechselrichter über Zeitsteuerung deaktiviert werden.

3.Bei Überstrom umschalten auf Netzbetrieb. Steht am Wechselrichter keine Spannung mehr an, wird über Hardware das Netzschütz zugeschaltet. Mit Stromzähler wieder zurückschalten auf Batterie-Betrieb, wenn die Last wieder < x Watt ist.

4.Hat der Wechselrichter einen Start-Befehl aber startet nicht, dann wird verzögert ein Start-Impuls (Rücksetzen) generiert.

5.Umschaltung auf Netzbetrieb bei Abschaltung Wechselrichter (Überstrom oder Batterie leer oder manuell ausschalten!).
Zeitgesteuert zurückschalten auf Wechselrichter-Betrieb, wenn dieser wieder läuft.
Wenn der Wechselrichter keine Ausgangspannung mehr hat (Überstrom oder Batterie leer oder manuell aus), dann wird in Millisekunden auf das öffentliche Netz umgeschaltet. Es braucht dafür einen Transformator 24 V / 2 A. Auch zum schalten des Leistungsschützes.

6.Kühlschrank / Truhe / Waschmaschine / Spülmaschine nur mittags einschalten. Zeitschaltuhr von 11:00 bis 15:00. Erst Kühlschrank, dann Truhe dann Waschmaschine dann Spülmaschine. Aber es kann natürlich auch eine externe Zeitschaltuhr am Gerät verwendet werden.
Das anschalten des Kühlschrank und der Truhe nur in der Mittagszeit ist möglich, denn die Kühlenergie bleibt je nach Isolierung und Außentemperatur Stunden erhalten. Bei der Gefriertruhe müsste eventuell nach 10 Stunden kontrolliert werden, wie weit die Temperatur hoch gegangen bis, und dann noch mal für x min gestartet werden. Bis -10°C ist auf jeden Fall kein Problem, manche schalten die Truhe grundsätzlich auf -10°C um Energie zu sparen. Allerdings ist dann abends wenn man den Kühlschrank öffnet kein Licht im Kühlschrank. Eine kleine Batterie-betriebene Lampe mit Bewegungsmelder (habe ich für 12 Euro gekauft) kann hier Abhilfe schaffen.

7.Umschaltung auf Batterie-Betrieb bei Stromausfall (Netzspannungsüberwachung). In diesem Fall ist die Spannung für die Batterie leer etwas niedriger als im Normal-Betrieb. Spannungssensor ist ein 24V / 2 A Netzteil. Dieses schaltet auch das Netzschütz. Es wird zusätzlich die Batterie-Spannung überwacht und bei Batterie leer wird abgeschaltet.

8.Zusatzgeräte ein wenn die Batterie voll ist und die Sonne scheint, z.B. kleiner Wasserboiler oder Trockner.

9.Kühlschrank / Kühl-Truhe einschalten wenn Temperatur > X °C.
Als Sicherheit könnte eine Temperatur-Messung in den Kühlschrank eingebaut werden, die bei kritischen Temperaturen dann in jedem Fall einschaltet.

10.Aufladen der Batterien durch Netz wenn die Sonne scheint und die Akkus nicht voll sind. Die Stärke der Sonne wird von einem lichtempfindlichen Sensor (LDR) detektiert. Diese Funktion ist relevant, wenn ein Netzeinspeise-Wechselrichter vorhanden ist.

11.Wechselrichter nur ein wenn Batterie-Betrieb aktiv um Energie zu sparen. Zum Beispiel auch nachts könnte er ausgeschaltet werden über die integrierte Schaltuhr.


Umschaltung
Es werden 2 Drehstromschütze für 220 V Spulenspannung benötigt und ein Hilfskontakt NC (normal geschlossen). Der zweite Schütz (Batterie-Betrieb) wird von Kontakt NC des ersten Schütz (öffentlicher Strom) angesteuert. So ist ein gleichzeitiges schließen beider Schütze ausgeschlossen, was den Wechselrichter zerstören würde. Die Ausgänge sind zusammengeschaltet. Die Eingänge des 2.Schützes ebenso und daran hängt der Wechselrichter (eine Phase). N ist verbunden.

autonomes_haus

Verdrahtung und Steuerung für die autonome Stromversorgung mit Umschaltung. Hier als pdf:

PDF_klein

Übersicht, Preise und Bestellung der Steuerung; Gesamt-Konfiguration auf Anfrage

Aufbau_kl

Excel-Übersicht der verschiedenen Funktionen

Beschreibung Steuerung zur solaren Haustromversorgung ohne Netzeinspeisung, Solar-Management

Mehr Infos bezüglich der Metamorphose hier

Hier mein Aufbau, oben der Stromzähler, dann die zwei 24 V Netzteile. Rechts die Schütze Netz und Wechselrichter, blau der 100 mF-Kondensator, dann der zweite Leistungsteil Solar 30A.

weitere Informationen und Downloads

Übersicht der Anbieter

Ein Freund hat eine gute Abschätzung der Rentabilität einer solchen Anlage gemacht


Berechnung Ammortisationszeit Solare Autonomie (überschlägig 8 Jahre)

Stückliste und Kalkulationsblatt für ein kleines Solar Home-System (Englisch)

Aufbau, Bedarfsabschätzung und
Bestellliste für eine Solar-Anlage (Englisch)

Download eines Informations-Blattes mit Tips und Tricks über die Solartechnik

gute Infos und Dimensionierungshinweise hier clicken

Download einer Tabelle zum  Abschätzen des Solarbedarfs

Die Solaranlage für jedermann mit Einspeisewechselrichter

Nach der starken Reduzierung der Förderung durch das EEG-Gesetz ist die Überlegung, was gibt es für Alternativen?

Eine Möglichkeit ist, auf die Einspeisung zu verzichten, und den Strom selber zu verbrauchen. Dazu müsste die Energie gespeichert werden. Hier ein Konzept.

Strategie

Solarwechselrichter ein bis die Batterie leer ist.

Optional Verbrauch messen (Stromzähler); dann Solarwechselrichter ein wenn Verbrauch > x

Abschalten des Solarwechselrichter: Ausgang 220V-Seite trennen

einspeise_wechselrichter

Vorteile

größere Nutzung der Solarenergie

beliebige Ausbau-Größen vorstellbar

mehr Abdeckung des Eigenverbrauchs, nicht nur wenn die Sonne scheint.

Mehrere Solarwechselrichter sind parallel möglich.

Kein Eingriff in den Solarwechselrichter ist nötig zum schalten; Es wird an der Ausgangsseite ausgeschaltet.

Einfache Anlagenkonfiguration, kein Eingriff in die Hausstromversorgung notwendig.

Die Anlage kann irgendwo stehen.

Kein großer Verdrahtungsaufwand.

Als 12 V oder 24 V System

Hoher Wirkungsgrad

Vielfältige Absicherung

Lastmanagement für den maximalen Direkt-Verbrauch (ohne Batterien) ist damit möglich.

Nachteile

Kein UPS-Betrieb, aber mit einem extra Wechselrichter leicht zu installieren.

Es macht nicht Sinn, die Solaranlage viel größer zu dimensionieren als den Verbrauch.

Mehr Info zum Einspeisewechselrichter

Hier ein Spiegel-Bericht

Interessante Weblinks:

Solarstromanlagen mit Speicherbatterien

Version mit Li-Ionen Akku: http://solutronic.de/index.php?article_id=114&clang=0

Einspeisewechselrichter lokal: http://www.westech-pv.com/index.php?a=1591

Nedap-Wechselrichter: http://www.powerrouter.com/products/solar-inverter-50-kw

Anlagen-Management: Zu- und Abschalten der Solareinspeisung, Energie-Management und vieles mehr


Ein Freund bietet Service im Bereich Solar-Energie

http://das-autonome-haus.org/

Eine autonome Anlage planen