“SK Kairos”

Bei autarken Energiespeichersystemen arbeiten wir mit Gleich- und Wechselspannungen sowie mit verschiedenen Spannungsgrössen. Deshalb müssen wir die Spannungen an den Schnittstellen anpassen, resp. wandeln. Ebenso muss für die Batterieladung eine gewisse Kennlinie eingehalten werden. Unsere „Wandler“ übernehmen auch diese Aufgabe.

Wir nehmen dazu die Grafik aus dem ersten Bericht zur Hand. Hier sehen wir, wo überall eine Wandlung stattfindet (W1-W4). Der Vollständigkeit halber ist auf dieser Grafik nun auch die AC gekoppelte Solargewinnung berücksichtigt. Denn wie wir sehen werden, kann diese Art auch bei Kleinwohnformen Sinn ergeben. Sie ist jedoch abhängig von Komponenten und wurde deshalb in der ersten Grafik nicht erwähnt.

Wir wandeln:

– W1 Energie vom Solarpanel / Wind oder Wasserturbine zur Batterieladung
– W2 Energie vom Solarpanel zur Verwendung von 230V AC Verbrauchern, zur Rückspeisung ins öffentliche Netz oder via W4 zur Ladung der Batterie.
– W3 Energie aus der Batterie zur Verwendung mit 12/24V Geräten aus dem Fahrzeug- und Marine Bereich.

W4 – Energie aus der Batterie zum Betrieb von Verbrauchern 230V AC
W4 – Energie aus dem öffentlichen Netz oder einem Generator 230V AC zur Batterieladung oder Betrieb von Verbrauchern DC
– W4 Überschussenergie Solar, Wind oder Wasser DC zur Rückspeisung ins öffentliche Netz.

Da jede Wandlung einen Effizienzverlust bedeutet, versuchen wir, wann immer möglich auf Wandlung zu verzichten.
Da heute alle elektronischen Geräte schlussendlich mit Gleichstrom betrieben werden, macht es bei kleineren Systemen Sinn, nicht mit 230V AC Wechselrichter zu arbeiten, sondern entsprechende DC/DC Wandler für diese Geräte zu kaufen (meistens Laptop’s).
Gerade wenn der Energiespeicher in 12V ausgeführt ist, kann dies Sinn ergeben.

Bei grösseren Systemen arbeiten wir mit 48V Speicher. Diese dürfen noch ohne grosse Vorschriften installiert und betrieben werden und sind durch die Verwendung im Solarspeicherbereich weit verbreitet und entsprechend preiswert. Für 48 / 24V Speicher gibt es DC/DC Wandler, um auch 12/24V Verbraucher direkt ab dem Speicher zu betreiben. Diese Speicher machen aber nur Sinn, wenn das 230VAC System nur zeitweise in Betrieb ist und die Dauerverbraucher in DC ausgeführt sind.

Da auch für die Wandlung der Speicherenergie zu 230V AC Verluste und Standby-Verbrauche anfallen, kann es die Wahl beeinflussen, ob man alles via 230V AC ausführt. Ansonsten versucht man Dauerverbraucher als 12V DC Verbraucher auszulegen.

Um es etwas einfacher auszudrücken, es gibt 3 Möglichkeiten zur Systemdefinition:

1. Verbraucher auf 12 / 24V DC ohne Wechselrichter und 230VAC (ohne Netzanschluss und Rückspeisung)
2. Verbraucher auf 230V AC, wie in traditionellen Hausinstallationen
3. Dauerverbraucher auf 12/24V, mit Wechselrichter für den zeitweisen Einsatz von 230V AC Geräten

Die zweite und dritte Möglichkeit wird wohl die meistgewählte sein, da kaum jemand auf die Möglichkeit verzichten will, 230V AC zu nutzen

Dimensionierung der Wandler

Die Dimensionierung von Solarregler und Windregler wird von den Solarpanels und dem Windgenerator bestimmt. Wird ein DC/DC Wandler eingesetzt, bestimmen die anzuschliessenden Verbraucher die Grösse.
Beim Wechselrichter sind es ebenfalls die Verbraucher, welche die Grösse / Leistung des Wechselrichters bestimmen. Wobei hier auch auf die Einschaltspitzen der Verbraucher geachtet werden muss. Diese können gerade bei Motoren oder Kompressoren das x-fache der angegebenen Leistung sein.

Bei Kombi- oder Multigeräten kann neben den Verbrauchern auch die Netz-Eingangsseite und Rückspeisemöglichkeit bei der Dimensionierung eine Rolle spielen.

Diese Aspekte ändern sich jedoch von Hersteller zu Hersteller deutlich und eine Beratung oder ein Vergleich machen auf jeden Fall Sinn.

Für kleine Anlagen oder bei Platzknappheit, gibt es auch super Multigeräte, welche alle Komponenten unter einem Gehäuse vereinen. Diese erweisen sich oft gut in den Aspekten Platz und Verdrahtung, dafür oftmals schlechter in der Flexibilität bei der Auslegung oder beim Defekt einer Einzelkomponente.

Energiemanagement:

Kurz möchte ich auch noch das Energiemanagement ansprechen: Damit alle Komponenten optimal zusammenarbeiten und Informationen austauschen können, werden sie in der Regel an ein Managementsystem angeschlossen. Dies kann eine Black Box sein, mit Ein- und Ausgängen für die Geräte und Schnittstellen (wie Wifi oder Bluetooth zur Anbindung ans Internet oder Handy Apps).
Oder das Management verfügt auch über ein Display für direkte Informationen und Einstellmöglichkeiten.

Das Energiemanagement ermöglicht die Kommunikation und Regelung des Speichers zu den entsprechenden Erzeugern und Verbrauchern. Ebenso visualisiert es den Energiefluss und die verfügbare Energie und wir haben die Möglichkeit Parameter einzusehen oder anzupassen.
Heutzutage geht dies, wenn gewünscht, natürlich auch via Internet aus der Ferne, immer und überall.

Deshalb macht es Sinn, die Komponenten, wenn möglich, vom gleichen Hersteller zu wählen.

Zum Abschluss – AC gekoppelte Solarladung (230V)

Wie zu Beginn erwähnt, habe ich auch noch den AC Solarregler (PV Inverter / MicroWechselrichter) zur Grafik hinzugefügt (W2).
PV Inverter sind Privatpersonen seit den Balkon Solaranlagen bekannt und haben sich dadurch verbreitet.
Diese Solarladeregler wandeln die Solarenergie aus den Solarpanels in 230V AC um, also nicht in DC Gleichspannung für die Batterieladung, wie es von traditionellen Solarladeregler bekannt ist.

Der Vorteil dieser Regler besteht darin, dass sie direkt ans Hausnetz angeschlossen werden und die Energie ins Hausnetz einspeisen. So kann der Verbrauch aus dem öffentlichen Netz reduziert werden und überschüssige Energie wird zurück ins Netz gespeist. Bis 600W ist dies in der Schweiz ohne Bewilligung möglich. Die Anlage muss einzig gemeldet werden.

Was hat dies nun mit Kleinwohnformen zu tun? Je nach Hersteller des Wechselrichters können diese PV Inverter auch an den Ausgang von Wechselrichter angeschlossen werden und versorgen parallel das 230V AC Netz. Dies geht auch ohne Verbindung zum öffentlichen Netz. Mit der Überschussenergie kann sogar die Batterie aufgeladen werden. (Achtung, dies ist nur bei gewissen Herstellern (z.B. VictronEnergy) möglich und der Wechselrichter muss zusätzlich entsprechend programmiert werden).

Der grosse Vorteil bei der Verwendung oder Kombination von AC PV Wechselrichtern besteht darin, dass eine Wandlung vermieden oder vermindert werden kann.
Werden den Tag hindurch einige 230V Verbraucher genutzt oder wird im Sommer viel Solarenergie ins öffentliche Netz zurückgespeist, fällt die Wandlung Solar -> Batterie -> Netz weg.

Eine Kombination aus DC und AC Solar kann sich also lohnen.

PV Inverter haben meist zwei bis vier unabhängige Solareingänge. Somit können unterschiedlich ausgerichtete oder verschattete Solarpanels einzeln an ein Gerät angeschlossen werden, was Kosten für mehrere Solarregler einspart.

Steht zum Beispiel auf einem etwas entfernten Gartenhaus oder Dach eines Holzstapels oder Car Ports noch Fläche für Solar zur Verfügung, kann diese via einem PV Inverter einfach an eine bestehende Steckdose angeschlossen werden (600W). Auch entferntere Möglichkeiten können einfach integriert werden, da bei 230V AC die Leitungslänge kaum eine merkliche Rolle spielt.

Grundsätzlich sind auch AC-gekoppelte Lösungen möglich, welche grösser als 600W sind. Diese benötigen aber eine eigene Leitung und gegebenenfalls eine entsprechende Rückspeiseerlaubnis.

Ein Nachteil kann die Visualisierung sein. Diese ist zwar umsetzbar, muss aber manuell, sprich mit Zusatzgeräten, gelöst werden, wenn man alles detailliert auf einem Display sehen möchte.

Abschluss Serie Stromversorgung für Kleinwohnformen

Damit haben wir auch das Thema der Wandlung bei autarken Stromversorgungen abgeschlossen. Ich bedanke mich für Dein Interesse. Es ist ein breites Thema, welches im Detail für Laien recht komplex sein kann. Ich hoffe, dass ich mehr Fragen beantworten konnte, als neue aufgeworfen habe.

Für alle neuen Fragen und für weiter Interessierte bin ich gerne via autarking.ch oder TinyhausSolar.ch erreichbar.

Mein Dank geht an meine Partnerin Patricia & an das Team von Kleinwohnformen, für das Korrekturlesen aller Berichte. Vielen Dank

Danke

Als Verein möchten wir uns von ganzem Herzen bei Silvio bedanken. Die Unterstützung und das Fachwissen im Bereich der Stromversorgung, mobilen Lösungen und vielem mehr haben einen erheblichen Unterschied gemacht. Die Beiträge sind sehr wertvoll und ermöglichen Einsteiger eine komplette Übersicht über die Stromversorgung von Kleinwohnformen.

Lieber Silvio, dein Engagement und deine Hingabe sind wirklich bemerkenswert. Du hast nicht nur dein umfangreiches Wissen grosszügig mit uns geteilt, sondern auch viele Stunden damit verbracht, dieses Wissen in einfach verständliche Worte zufassen. Herzlichen Dank!

Übersicht der Serie:

ÜBER SILVIO

Seit 15 Jahren beschäftigt sich Silvio Franceschini mit unabhängigen Stromversorgungssystemen, sei es auf dem Wasser, an Land oder auf der Strasse. Ein wesentlicher Bestandteil seines Fachwissens beruht auf praktischen Erfahrungen als Marinetechniker und Segler im In- und Ausland. Inselanlagen und Solarheimspeicher sind sein aktuelles Fachgebiet. Silvio teilt sein Wissen gerne mit Interessierten.

Silvio Franceschini | Autarking AG & Tinyhaus Solar