Die Sonne hilft bei Stromausfall

Photovoltaikanlag im FreienEin Stromausfall ist in unseren Breitengraden nicht so häufig. Passiert er allerdings doch, ist das meist im ungünstigsten Moment: Das Essen steht auf dem Elektroherd, ein Film soll gerade aus dem Internet geladen werden oder die Familie sitzt vor dem spannenden Fußballspiel. Da ist die einzige Lösung oft ein Notstromaggregat.

Außerdem ist der Stromausfall in öffentlichen Gebäuden ein großes Problem: Ob im Krankenhaus oder im Büro, die Arbeit muss weitergehen und ist manchmal sogar lebenswichtig.

Was ist Photovoltaik

Einfach gesagt, wird die Sonnenenergie umgewandelt in elektrische Energie. Soll diese beim Stromausfall abgerufen werden, muss sie während der Sonneneinstrahlung in Batterien gespeichert werden. Viele Halbleiter werden zu Sonnenpaneelen zusammengeschaltet und die Energie in Batterieblöcken gespeichert, wo sie im Bedarfsfall zur Verfügung steht. Solche Photovoltaikanlagen sind mittlerweile ausgereift. Sie werden in Größe und Ausstattung dem jeweiligen Bedarf angepasst und in Bausteinen passend zueinander installiert.

Was ist eine Notstromanlage und wie wird sie konfiguriert

Haus mit PhotovoltaikanlageDie Bestandteile der Anlage beginnt nicht mit den Paneelen oder den Batterien, sondern mit Ermittlung des Energiebedarfs, der beim Stromausfall benötigt wird. Das ist eine Ladeanalyse, bei der die Verbraucher ermittelt werden, die beim Stromausfall betrieben werden sollen. Die benötigte Energie während einer 24 Stunden Periode wird addiert. Dabei braucht man die Angabe der Energie in Watt und der Laufzeit. Ist auf dem Label nur die Stromaufnahme angegeben, wird diese mit der Anschlussspannung multipliziert.

Dazu kommt die Laufzeit und man erhält die Wattstunden in Wh. Kühl- und Gefriergeräte laufen zyklisch, also nur, wenn sie kühlen, ebenso Heizgeräte beim Wärmen abhängig von der Einstellung des Thermostats. Diese Geräte lassen sich besser messen. In dem Ergebnis lässt man 20% Puffer für vergessene oder selten benutzte Geräte oder noch unbekannten Verbrauch. Bei einem Verbrauch von beispielsweise 4.500Wh kommt man nun zu der Batteriebank.

Die Batteriebank

In der Regel wird ein Solarsystem mit einer TIefentladung von 50% geplant, das heißt, die Batterien müssen am nächsten Tag wieder 50% aufgeladen werden. Will man ein laengeres Leben der Battrien, kann man die Entladung auf 20% begrenzen und mehr Speicher einkaufen. Die Batteriebank sollte also in unserem Beispiel 50% entladen und total 9.000Wh leisten. Die Batterien haben meist 6V. Leistet eine Batterie 370Ah, bringen vier Batterien x 6V hintereinander geschaltet 24V x 370Ah = 8880Wh. Acht Batterien in zwei Blöcken mit 24V bringen bei je 190Ah = 9129Ah. Man sollte nicht mehr als drei Blöcke schalten.

Die Sonnenpaneele und der Ladecontroller

Photovoltaikanlage schwenkbarBei einem Jahresdurchschnitt von 4,7 Sonnenstunden braucht man 9.000 / 4,7 = 957 Watt.
Ein Sonnenpanel hat zum Beispiel 250W, das sind 3,8 bzw. vier Paneele.

Ladekontroller arbeiten entweder mit einem pulsemoduliert (PWM) oder mit einer maximalen Energiespitze (MPPT). Der MPPT Controller hat zum Beispiel 150 V als Limit der Eingangsspannung. Bei einem 250W Panel ist der maximale Ausgang 37V, drei Paneele hintereinander ergeben 111V, so ist man auf der sicheren Seite, wenn es mal kälter wird und die Spannungen steigen.
Im Beispiel haben wir vier Paneele, zwei in Serie und zwei Parallel geschaltet. Mit dem Spannungseingang lassen sich 12 und 24V Anlagen betreiben mit Bleiakkus.

Der Wechselrichter und der Umschalter

Der Ladekontroller lädt einerseits die Batterien und andererseits speist er den Wechselrichter. Der Wechselrichter hat die Eingangsspannung (Gleichspannung) der Batterieblöcke und die Ausgangsspannung (Wechselspannung) und Frequenz des zu versorgenden Netzes, hier 240V 50Hz. Der Wechselrichter muss die angeschlossenen, geplanten Geräte versorgen können.

Vor den Geräten und zwischen den beiden Stromnetzen liegt nun der Umschalter, der den Stromausfall erkennt und auf Solar umschaltet. Damit beide Netze getrennt bleiben, schaltet der Umschalter mit einer Zeitverzögerung.

Es gibt auch Photovoltaikanlagen, bei denen der Umschalter umgekehrt arbeiten. Dabei hat der Betreiber Solarstrom und schaltet z.B. nur in der Nacht oder bei dunklen Tagen um.