Solarautonomie („Off-Grid“), der praktische Leitfaden!

Von Julien ALLERA, Experte für Solarautonomie.

In diesem Leitfaden zur Solarautonomie besprechen wir die wichtigsten Prinzipien. Lnetzunabhängige Solarautonomie) bedeutet, Ihren gesamten Energiebedarf mit der Kraft der Sonne zu decken – ohne Unterstützung durch das Stromnetz. Um dies zu erreichen, ist die Installation einer Solaranlage gekoppelt mit einem Energiespeichersystem erforderlich. Der Einsatz von Solarbatterien ist daher unerlässlich.

Die Installation einer netzunabhängigen Solaranlage, die einst aufgrund ihres Umfangs und der abschreckenden Kosten als marginale Idee galt, erfreut sich zunehmender Beliebtheit. Fortschritte in der Solartechnologie im letzten Jahrzehnt haben Solaranlagen effizienter und kostengünstiger gemacht. Dies hat zu einer Demokratisierung dieser Art von Lösung geführt. . Mittlerweile sind beispielsweise Landchalets oder sogar alternative Lebensräume (Jurte, Tiny House) durchaus üblich, die vollständig mit netzunabhängigen Solarautonomiesystemen betrieben werden.

Wenn Ihnen die Idee, eine netzunabhängige Solar-Inselanlage zu kaufen, gefällt, sind Sie bei uns genau richtig. In diesem Blog versorgen wir Sie vor dem Kauf mit den wesentlichen Informationen zu netzunabhängigen Solarautarkiesystemen. Wir helfen Ihnen herauszufinden, ob ein solches System für Ihre Bedürfnisse geeignet ist. Wir werden versuchen, Sie bei der Auswahl des Systems zu unterstützen, das Ihren Anforderungen perfekt entspricht.

Wesentliche Punkte für die Annäherung an die Solarautonomie:

Ein netzunabhängiges, netzunabhängiges Solarsystem nutzt Sonnenkollektoren, eine Batteriespeicherlösung und zusätzliche Ausrüstung, um einen Standort mit Energie zu versorgen, ohne auf das EDF-Netzwerk angewiesen zu sein. Seine Anwendungen sind vielfältig; Es kann Campingplätze, Wohnmobile, Boote, abgelegene Chalets und natürlich Häuser und Villen mit Strom versorgen.
Bevor Sie ein Solarautonomieprojekt in Angriff nehmen, ist dies der Fall Es ist wichtig, die Größe des Systems zu bestimmen, die zu Ihnen passt. Zwei Vorgehensweisen sind möglich: Entweder basierend auf Ihrem aktuellen Stromverbrauch oder durch die Durchführung eines sorgfältige Beurteilung der Belastung.
Die Kosten für ein netzunabhängiges Solarset, das ein Wohnhaus mit Strom versorgen kann kann zwischen 8 und 000 € variieren, natürlich abhängig von den benötigten Leistungen und Kapazitäten.

Was ist ein autonomes Sonnensystem?

Wenn es um netzunabhängige Autonomie geht, denken viele nur an Solarmodule, obwohl in Wirklichkeit viele andere Komponenten benötigt werden, um eine netzunabhängige Photovoltaikanlage zum Laufen zu bringen.

Ein komplettes netzunabhängiges Solarsystem verfügt über alle notwendigen Geräte, um Solarenergie vor Ort zu erzeugen, zu speichern und bereitzustellen. Diese Systeme arbeiten ohne Verbindung zu EDF und werden auch als „autonome Solarsysteme“ oder s bezeichnetnetzunabhängige Solarsysteme.

Im Gegensatz zu anderen Solaranlagen, wie dem häufigeren netzgebundenen Solarsystem, sind netzunabhängige solare Autarkiesysteme auf Batterien angewiesen, um bei Abwesenheit der Sonne Strom zu liefern.

Allerdings sind Batterien nach wie vor teuer – viel teurer als die Solarmodule, mit denen sie verbunden sind. Der Bedarf an erheblicher Batteriespeicherung macht diese Systeme deutlich teurer als netzgebundene Solarsysteme.

Welche unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten gibt es für ein Solarautonomiesystem?

Einer der größten Vorteile der Solarenergie als Energiequelle ist ihre Modularität. In der Tat, ein SUNCONNECT 3K-RS-System kann beispielsweise durch nachträgliches Hinzufügen von Batterien und/oder Panels in Leistung und Kapazität moduliert werden:

Hier sind einige der häufigsten Anwendungen der netzunabhängigen Solarautonomie:

Stromversorgung für Tiny Houses, Mobilheime, Chalets usw.

Versorgt Häuser jeder Größe mit Strom

Es ist wichtig zu beachten, dass eine netzunabhängige Solaranlage manchmal wirtschaftlich nicht relevant ist. Beispielsweise kann der Zugang zu Energie aus dem EDF-Netz in Betracht gezogen werden. Dies betrifft beispielsweise Situationen, in denen wir ein Haus in einer städtischen Umgebung mit Strom versorgen möchten. In diesem Fall ist ein Hybrid-Solar-Kit besser geeignet und ermöglicht Ihnen die Maximierung Ihres Eigenverbrauchs. Darüber hinaus sind Sie im Falle eines Stromausfalls energieautark. Meistens sind die Anschlusskosten von ENEDIS für Haushalte fernab des Stromnetzes jedoch exorbitant und rechtfertigen die Investition in autonome Solarenergie mehr als!

ENEDIS-Angebot für Anschluss auf 700 m: 85 €!

Videopräsentation eines Off-Grid-Systems

Solare Autarkie mit EDF (Hybridmodus)

Zeugnis von France 3 über ein autonomes Sonnensystem

Was sind die Entwurfsphasen?

Bevor Sie die für ein Solar- (Hybrid-) oder netzunabhängige Energieanlage benötigte Ausrüstung erwerben, ist es wichtig, die Grundlagen des Entwurfs und der Dimensionierung von Energiespeichersystemen zu beherrschen. Wie unten dargestellt, besteht der erste Schritt darin, eine zu entwickeln Ladeprofil über Mit unserem Rechner können Sie abschätzen, wie viel Energie Sie täglich vor Ort verbrauchen.

Beispiel (Klicken Sie auf diesen Link, um zum Online-Excel-Rechner zu gelangen.) :

Schritt 1 – Auswertung des Verbrauchs in kWh:

Das wichtigste Element bei der Konzeption einer netzunabhängigen Solaranlage ist die Schätzung der täglich benötigten Energie in kWh. Für netzgebundene Standorte können genaue Lastprofildaten ermittelt werden, indem Messgeräte zur direkten Messung der Lasten eingesetzt werden. Nutzen Sie bei netzunabhängigen oder Inselanlagen immer zunächst unseren netzunabhängigen Lastrechner für den Sommer- und Winterbedarf. Die Lasttabelle hilft auch dabei, Spitzenlasten, Leistungsfaktoren und den maximalen Bedarf zu berechnen, der zur Dimensionierung des geeigneten Systems erforderlich ist. Achten Sie darauf, zwischen den Begriffen zu unterscheiden kW (Leistung) und kWh (Energie)!

Schritt 2 – Batteriedimensionierung:

Die Batteriekapazität wird in Ah oder Wh gemessen. DER Nickel-Eisen-Batterien sind in Ah dimensioniert (um die Kapazität in kWh zu erhalten, müssen Sie die Kapazität in Ah mit der Spannung multiplizieren, zum Beispiel 200 Ah x 48 V = 9.6 kWh Nennenergie), während die Kapazität der Batterien angegeben ist Lithium wird in kWh gemessen. Alle Verlustfaktoren müssen berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Batteriegröße ausreicht, um die Lasten zu erfüllen, einschließlich der maximal zulässige Entladungstiefe (DoD), was sich auch auf die Lebensdauer auswirken wird. Berücksichtigen Sie auch Batterietyp und -chemie, Batteriespannungsbereich, Mindestlaufzeittage (durchgehende Tage ohne Sonnenlicht) und maximale Batterieladerate (C-Bewertung), wie später ausführlicher erläutert wird.

Schritt 3 – Dimensionierung der Solaranlage

Es ist eine richtig dimensionierte Solaranlage erforderlich, um die Batterie aufzuladen und gleichzeitig die Verbraucher mit Strom zu versorgen. Um sicherzustellen, dass die Solaranlage groß genug ist, berücksichtigen Sie die örtlichen Bedingungen, einschließlich der durchschnittlichen Sonneneinstrahlung während des ganzen Jahres (Spitzensonnenstunden), Verschattungsprobleme, Ausrichtung und Neigungswinkel der Module, Kabelverluste und thermische Verschlechterung (Verlustfaktoren). Das PVGIS-Solardesign-Tool kann dabei helfen, die Solarenergieerzeugung im Laufe des Jahres abzuschätzen, basierend auf der Ausrichtung und Position der Module.

Schritt 4 – Auswahl des Wechselrichter-Ladegeräts

Sobald die Schritte 1 bis 3 abgeschlossen sind, müssen Sie ein geeignetes Wechselrichter-Ladegerät sowie einen MPPT-Solarladeregler auswählen, der zur Solaranlage passt, basierend auf der Länge der Module und Strings, die die Spannungsketten bestimmen. Verwenden Sie zur Schätzung einen Kettenspannungsrechner die maximale und minimale Kettenspannung, die Ihnen bei der Auswahl des am besten geeigneten MPPT-Ladegeräts hilft (ich habe in diesem Fall das Beispiel des Victron MPPT-Rechners verwendet). Anschließend kann das Batterie-Wechselrichter-Ladegerät so ausgewählt werden, dass es Ihren Dauer- und Spitzenlastanforderungen entspricht.

Wie wählt man den richtigen Batteriewechselrichter aus?

LBei Batteriewechselrichtern für netzunabhängige Anwendungen müssen zahlreiche Spezifikationen berücksichtigt werden, bevor ein geeigneter Batteriewechselrichter ausgewählt und dimensioniert wird. Es stehen verschiedene Arten von Systemen zur Verfügung, darunter netzinteraktive Wechselrichter-Ladegeräte, Hybridwechselrichter, Komplettsysteme mit integriertem Batteriespeicher (bekannt als BESS) und AC-Kopplungsbatteriesysteme. Im Folgenden skizziere ich einige Schlüsselkonzepte, die bei der Auswahl eines geeigneten Wechselrichters zu berücksichtigen sind, indem ich das Datenblatt eines Batteriewechselrichters analysiere, den wir häufig verwendene Victron Multiplus-II. Hier sind die Kriterien, die berücksichtigt werden müssen:

– Dauerausgangsleistung des Wechselrichters und Spitzenleistung (kVA & kW)

– Ladekapazität des Wechselrichter-Ladegeräts an die Batterien (in A)

– Übertragungskapazität

– Batteriekompatibilität (je nach Technologie)

– Art der Architektur (DC- oder AC-Kopplung?)

– Telemetrie und lokale und/oder ferngesteuerte Systemüberwachung

1. Ausgangsleistung des Wechselrichters – maximale Dauer- und Spitzenwerte (kW)

Batteriewechselrichter (hybrid oder netzunabhängig) gibt es in einer Vielzahl von Größen, die sich nach der Dauerleistungsabgabe in kW oder kVA richten. Die Leistung des Wechselrichters hängt von seiner Topologie oder seinem Design, der Art des Energieumwandlungskreises, dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Transformators, dem Kühlsystem und der Betriebstemperatur ab. Im Folgenden sind zwei Haupttypen von Hybrid- und Off-Grid-Wechselrichtern aufgeführt.

Lnetzunabhängige Batteriewechselrichter beschäftigen Hochleistungs-Ringkerntransformatoren, die teurer sind, aber eine hohe Spitzen- und Stoßleistung liefern und hohe induktive Lasten bewältigen können. Diese Wechselrichter enthalten typischerweise aktiv belüftete Kühlsysteme, um die Leistung bei hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Wie unten erläutert, verfügen die meisten dieser Wechselrichter über integrierte Ladegeräte und sind außerdem netzwerkinteraktiv (dies ist beim Victron Multiplus-II der Fall).

LHybridwechselrichter und AC-gekoppelte Batteriesysteme Verwenden Sie transformatorlose Wechselrichter mit „Schalttransistoren“ (Beispiel: Fronius GEN24-, GROWATT- oder DEYE-Hybrid-Wechselrichter usw.). Diese kompakten und leichten Wechselrichter haben niedrigere Spitzenleistungen und Überspannungswerte. sind aber wirtschaftlicher, billiger und einfacher herzustellen. Sie sind in der Regel auch vollständig wetterfest, was bedeutet, dass sie sicher an exponierteren Standorten installiert werden können, direkte Sonneneinstrahlung sollte jedoch stets vermieden werden. Allerdings sind sie nicht für den ganzjährigen netzunabhängigen Betrieb konzipiert, sondern können durchaus gelegentliche Backup-Funktionen übernehmen.

Es ist von entscheidender Bedeutung, die maximale Leistung zu kennen, die der Wechselrichter kontinuierlich liefern kann, sowie die Spitzenleistung, die er für kurze Zeiträume verarbeiten kann, was häufig beim Starten induktiver Lasten wie Motoren erforderlich ist. Seien Sie nicht gezwungen, sich zu entscheiden, ob Sie den Haartrockner oder den Toaster einschalten möchten!

PLeistung in KVA oder kW? Was wählen wir?

Dabei ist zu beachten, ob die Leistungsabgabe des Wechselrichters in kW oder kVA angegeben wird. Kilowatt sind im Allgemeinen die genaueste Maßeinheit. Dies kann bei der Dimensionierung eines Wechselrichters für Ihre Anforderungen verwirrend sein. Das allgemeine Umrechnungsverhältnis zur Umrechnung von kVA in kW ist unten dargestellt:

kVA x 0.8 = kW

Beispielsweise entspricht ein 5-kVA-Wechselrichter von Victron ungefähr einem 4-kW-Wechselrichter. Ein weiteres Beispiel ist ein Wechselrichter mit einer Dauerleistung von 3000 VA (3 kVA), der typischerweise nur 2400 Watt kontinuierlich erzeugt, also etwa 80 % der angegebenen „Scheinleistung“.

2. Ladekapazität des Wechselrichters (allgemein ausgedrückt in A):

Dabei handelt es sich um die Kapazität des Wechselrichters, die Batterie aus einer sogenannten „Land“-Quelle (einem Generator) zu laden. Eine höhere Laderate bedeutet, dass die Batterie schneller aufgeladen werden kann, was in Gegenden mit begrenzter Sonneneinstrahlung oder wenn Sie gezwungen sind, den Generator zu betreiben, von Vorteil sein kann. Beispiel mit dem Batteriewechselrichter Multiplus-II:

3. Größe der Photovoltaikanlage (kW)

Die Größe (verstehen Sie die Leistung) der Photovoltaikanlage muss mit der Kapazität des Wechselrichters kompatibel sein. Ein im Vergleich zur Photovoltaikanlage über- oder unterdimensionierter Wechselrichter kann zu Effizienz- und Leistungseinbußen führen. SWenn Sie beispielsweise einen Multiplus-3000VA nehmen und zwei Victron RS 450/100-Ladegeräte mit jeweils 5 kWp hinzufügen, können Sie nur die Leistung des Multiplus nutzen, d. h. 3KVA von einer potenziellen Gesamtleistung von 10KVA (wenn Ihre Panels unter idealen Bedingungen produzieren!).

4. Pass-/Übertragungsleistung (A):

Unter „Durchleitung von Leistung“ versteht man die Fähigkeit des Wechselrichters, Leistung vom Netz oder einer Erzeugungsquelle an die Verbraucher zu übertragen, ohne über die Batterien zu fließen. Dies ist wichtig, um die Stromversorgung bei Ausfällen oder bei entladener Batterie aufrechtzuerhalten. Dieser Gedanke ist bei Hybridkonfigurationen besonders wichtig und an einem isolierten Standort weniger wichtig (tatsächlich mit 32 A * 230 V = 6000 W, was bereits einem recht komfortablen Generator entspricht).

5.Batteriekompatibilität – Systemspannung und Batterietyp

Es ist wichtig sicherzustellen, dass der Batteriewechselrichter mit der Systemspannung und dem verwendeten Batterietyp kompatibel ist, egal ob Lithium-, Nickel-Eisen- oder andere Batterien. Beispielsweise muss ein Multiplus-II 48V natürlich mit einer Batteriebank in 48V usw. ausgestattet sein.

6. Systemarchitekturtyp: DC- oder AC-Kopplung?

Wechselrichter können mit Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) gekoppelt werden, wobei jede Konfiguration ihre Vor- und Nachteile hat. Die Wahl hängt von Ihrem spezifischen System und Ihren Bedürfnissen ab.

En DC-Kopplungsarchitektur, am weitesten verbreitet im Off-Grid-Bereich, ein „MPPT“-Batterieladegerät steuert die Solarmodule tagsüber, um die Solarproduktion zu maximieren, die wieder in die Batterien eingespeist wird. Der Wirkungsgrad ist ausgezeichnet (92–96 %). Wenn jedoch der Eigenverbrauch der Energie während der Produktion erfolgt, erfolgt die DC/DC/AC-Umwandlung (da der MPPT Gleichstrom liefert, der wiederum vom Batteriewechselrichter zur Versorgung Ihrer 230 V gewellt wird). Lasten) verursachen zusätzliche Verluste:

En AC-Kopplungsdiagramm, Weniger verbreitet und häufig bei Systemen mit höherer Leistung zu finden, wird ein Solarwechselrichter (Fronius) an den Ausgang des Multiplus-Batteriewechselrichters angeschlossen. Letzterer ist für die Steuerung entsprechend dem aktuellen Leistungsbedarf verantwortlich, sodass die vom Fronius erzeugte Energie vorrangig zu den Verbrauchern geleitet wird, OHNE durch die Batterien zu fließen:

Diese Art von Architektur hat zwei bemerkenswerte Vorteile:

- Bessere Leistung wenn der Großteil Ihres Konsums tagsüber erfolgt (Sie konsumieren buchstäblich „während die Sonne vorbeigeht“).

- Kumulierte Leistung des Fronius-Ausgangs UND des Batteriewechselrichters. Mit anderen Worten: Wenn Ihr Fronius 3KWP Momentanleistung produziert und Sie einen 3KVA Multiplus haben, können Sie theoretisch auf 6KVA kommen!

Diese Art von System hat jedoch zwei Nachteile:

- Der Fronius muss mittels Frequenzmodulation gesteuert werdene durch den Multiplus, der die Digitaluhr verschieben kann und für bestimmte empfindliche Geräte (Haushaltsgeräte usw.) problematisch sein kann. Wir sprechen vom Phänomen des „Flackerns“.

- Die Ladeleistung des Akkus ist mittelmäßig, weil es eine DC/AC/DC-Wandlung gibt und die Verluste größer sind.

Was wäre also die beste Architektur für ein robustes Off-Grid-System?

Schließlich können wir eine gemischte Architektur haben, die AC- und DC-Kopplung kombiniert. Dies hat den Vorteil, dass es robust und redundant ist (Wenn der Fronius im Kundendienst ist, haben Sie die Solarproduktion des Victron MPPT-Ladegeräts und umgekehrt)!

Beispiel eines gemischten Inselnetzsystems, das DC- und AC-Kopplung kombiniert (über einen Fronius):

7. Telemetrie und lokales Management (Überwachung):

Die Möglichkeit, Ihr System lokal und aus der Ferne zu überwachen und zu steuern, ist ein erheblicher Vorteil und ermöglicht eine optimale Steuerung des Energieverbrauchs, der Solarproduktion und der Energiespeicherung. Dies ermöglicht es auch, Tag für Tag die verschiedenen Systemvariablen (Solarproduktion, Verbrauch in kWh, Leistungsspitzen, Ladezustand der Batterie) genau zu überwachen und möglicherweise Anomalien zu erkennen. Es ist daher ein unverzichtbares Werkzeug für die Integration in ein netzunabhängiges System.

Gegenüber ein Auszug aus einem Dashboard des Systems Victron VRM-Überwachung. Dort können wir detaillierte Parameter wie Batteriespannung, Ladezustand, Leistungen und verschiedene Spannungen in Echtzeit verfolgen.

Welche Art von Batterie zu wählen?

In der Vergangenheit waren die meisten Batteriewechselrichter für den Betrieb mit den weit verbreiteten Blei-Säure-Batterien (Gel, AGM und OpZ) ausgelegt. Blei-Säure-Batterien sind größer, schwerer und können Gase abgeben, die eine Belüftung erfordern. Sie haben von Natur aus eine begrenzte Lebensdauer und tolerieren keinen Missbrauch oder Handhabungsfehler (Tiefentladung, Temperaturen, Sulfatierung usw.). Im Vergleich dazu sind Lithium-Ionen-Batterien leichter, kompakter, effizienter und können sicher in einem versiegelten Gehäuse aufbewahrt werden, während sie modular aufgebaut sind. Viele Lithiumbatteriesysteme, wie z. B. die von BYD, Pylontech oder TESVOLTverfügen über integrierte Batteriemanagementeinheiten (BMS), die für einen sicheren und effizienten Betrieb einen Wechselrichter mit kompatibler Kommunikation (CANbus-Netzwerkprotokoll) erfordern. Wir müssen uns verabreden Mehrere hundert Lithiumbatterien wurden an abgelegenen Standorten mit hervorragenden Rückmeldungen und anedoktischen Ausfallraten (ca. 1 %) eingesetzt.

Was das BMS-Managementsystem betrifft, sind einige Lithiumbatterien selbstverwaltet, beispielsweise die Zenaji Aeon Lithiumtitanatbatterien.

Für netzunabhängige Systeme, Nickel-Eisen-Edison-Batterien sind aufgrund ihrer Robustheit und Toleranz gegenüber Missbrauch (längere Tiefentladungen, Temperaturen usw.) eine ausgezeichnete Wahl.. Sie haben eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten, wenn sie richtig dimensioniert und verwaltet werden. Einer der größten Vorteile von NiFe-Batterien besteht darin, dass sie im Gegensatz zu modernen Lithiumbatterien bei niedriger Spannung oder niedrigem Ladezustand (SOC) nicht abschalten. Andererseits, Sie erfordern eine regelmäßige Wartung (vierteljährliche Zugabe von demineralisiertem Wasser).