Erweiterung PV-Anlage um Batteriespeicher und Option auf (temp.) Inselbetrieb bei Netzausfall

Hallo zusammen,

ich plane, meine bestehende PV-Anlage auszubauen und einen Batteriespeicher zu integrieren. Ich würde mich freuen, wenn ihr mir Hinweise geben könntet, in welche Richtung ich mich umsehen oder einlesen sollte, um mein Projekt umzusetzen.

Zu mir und meiner Situation:
Ich bin gelernter Elektroniker für Energie- und Gebäudetechnik (aktiver "Elektriker") und "IT-ler" im ersten Leben. Ich betreibe eine 10 kWp PV-Anlage mit Mikrowechselrichtern (aufgrund starker Teilverschattung), jedoch noch ohne Batteriespeicher. Mein Ziel ist es, die Anlage auf 20–25 kWp auszubauen und einen Batteriespeicher mit (irgendwann mal bis zu) ca. 50 kWh Kapazität zu betreiben. Als Großverbraucher sind E-Auto und ab Herbst eine 7 kW Wärmepumpe im Einsatz. Die Steuerung (Modbus, MQQT, Timberwolf-Server, KNX) kann ich selbst erstellen.

Meine Vorstellungen:

  • Batteriespeicher: Ich traue mir zu, den Akku selbst zusammenzustellen, zu verdrahten und ein BMS zu betreiben, aber nur, wenn der Preisvorteil signifikant ist. Der Speicher soll in beiden Fällen eigentlich in einem kleinen Container im Garten stehen, um besser schlafen zu können (also ich, nicht jetzt der Speicher ;-). Gibt es mittlerweile LiFePO4-Akkus, die auch bei Minusgraden geladen werden können? Wie löst ihr die Heizung des Containers?

  • Inselbetrieb: Die Anlage soll inselbetriebsfähig (manuelle Umschaltung) und schwarzstartfähig sein. Die Leistung im Inselbetrieb muss nicht riesig sein, aber 3,7 kW einphasig oder idealerweise 11 kW dreiphasig wären mein Ziel.

  • Wechselrichter: Ich möchte unabhängig bei der Wahl der Wechselrichter bleiben und weiterhin mehrere (Micro)Wechselrichter nutzen, um auf Optimierer verzichten zu können. Dementsprechend kommen diese Wechselrichter nicht für die Einspeisung ins Haus infrage. Drehstromeinspeisung ist bevorzugt, zur Not einphasig, dann begrenzt auf 16 A.

  • AC / DC / Verbindung Inselbetrieb und Batteriespeicher: Ich bin unsicher, wie die Verbindung zwischen dem Wechselrichter für den Inselbetrieb und dem Batteriespeicher gestaltet werden sollte. Sollte dies über 230 V AC erfolgen oder ist eine DC-Kopplung (z. B. 600 V DC) besser geeignet? Aufgrund der Mikrowechselrichter und der relativ niedrigen Einzel-PV-Spannung – ist eine DC-Kopplung hier überhaupt realistisch, oder fällt diese Option aufgrund der Systemstruktur mit Mikrowechselrichtern raus?

Ich bin für alle Tipps dankbar, z. B. zu passenden Komponenten (Wechselrichter, BMS, Akkus), Herstellern, Planungsaspekten oder auch Erfahrungsberichten zu ähnlichen Projekten. Gibt es Literatur, Forenbeiträge oder andere Ressourcen, die ich mir anschauen sollte? Besonders interessieren mich Lösungen für den Inselbetrieb und die Container-Installation.

Vielen Dank schon mal für eure Unterstützung!

Beste Grüße
Franky

Amüsant :joy:

3...11kW Insel - bei 20...kWP und 50...kWh Akku

Dann doch gleich einen 25kW, schwarzstartfähiger hybrid WR mit integrierter Netzumschaltung, mit Generatorport für irgendwas das jetzt schon vorhanden ist und ganze Bude komplett incl. Herd auf Backup.

Easy - funktional - ist inzwischen sowas wie "Standard"

AC oder DC: Beides geht. Bei DC und typischen 48V Akkus geht 2 Solarpanels in Serie und dann beliebig viele, idealerweise mit ähnlicher Verschattung, parallel. Die MicroWR müssen dann aber weg. Damit per Solarladeregler in die Batterie. Hybrid WR an die Batterie oder Victron Multiplus.

Ich würde raten beides zu machen: die Anlage die du jetzt hast so zu lassen. Die koppelst du über AC an. Die Erweiterung per Solarladeregler DC an die Batterie anschließen. Ich hab das bei mir auch so. DC laden ist default. AC wird als Unterstützung verwendet wenn die Tagesprognose sagt das die Batterie über DC nicht voll werden wird.

Sicher bauen lässt sich das mit Victron Multiplus und den MPPT Ladereglern. Vermutlich ist das nicht die einzige Option, da kenne ich mich aber nicht aus.

Ich habe eine Yixiang Batterie Box mit Akkuheizung gebaut. Kam für 15.6kwh auf 1560€. Die steht in einer styrodurkiste in der Garage. Das BMS sollte die Heizung steuern. Wie gut das geht wird der nächste Winter zeigen. Die letzten 2 Jahre hatte ich eine Pylontech Batterie mit Heizung in einer styrokiste. Ging, und Heizung war nur im Notfall erforderlich

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Vielen Dank für Deine Antwort!

hmmm, ok, also Batterie 48V und Stringspannung ca 80V, das packt dann der Laderregler und wandelt das(?), Verluste: Wegen der DC-Stromstärke und Querschnitt und prozentualem Spannungsfall gefällt mir das glaube ich nicht. Sind dann ja auch wieder Verluste, die man dem mehrfachen Wandlungsverlust bei AC/DC Wandlung gegenüberstellen müsste.
1 Modul: 40V 10A
2 Module: 80V 10A
6 Module: 80V 40A = 3,2kW das Entspräche bei 3% Spannungsfall 6m². passt

ok, das würde noch gehen, zur Not 10m²

gut, das würde ich mir mal angucken

Guck dich bei Victron Energy um. Manche Komponenten sind etwas teuerer, System auch ungewöhnlich skalier und konfiguriertbar, die Protokolle gut dokumentiert, Steuerung OpenSource und das System Venus kannst du selbst übersetzen. Als Frickler wirst du es lieben. Als Einstieg empfiehlt sich das leider etwas holprig übersetzte ESS Konstruktions-Handbuch.

Ja, einen Tod muss man sterben

AC/DC Wandlung ist bei Victron recht schlecht vom Wirkungsgrad

AC: Im günstigsten Fall kommst du auf 96% beim MicroWR und 96% beim Netzteil (zB. Huawei). Also 8% Verlust. Bei DC hat der Laderegler ca 98%. Kannst ja aussrechen welchen Kabelquerschnitt du brauchst um unter 6% Verlust zu bleiben.

Kannst dir auch ne Sax Speicher hinhängen. Der wird dann besser sein aber ich bezweifle das du die Mehrkosten rein bekommst.

Die Frage ist aber auch: was verbrauchst du an Strom um dein 25kwp und 50kwh Speicher Konzept sinnvoll zu nutzen?
Weil was bringt dir eine effiziente Speicherlösung wenn du den Strom nicht aufbrauchst?

Super, das sind doch schon mal Hinweise in mindestens 3 Richtungen. Da werde ich mich mal was einlesen. bei Fragen melde ich mich dann und werde auf jeden Fall mal mein Konzept und realisierte Lösung einstellen, um mich Eurem kritischen Urteil zu stellen.

Mit Victtron habe ich schon ein bisschen Erfahrung über PV-Laderegler (12V), fand die Doku und Software ein bisschen gewöhnungsbedürftig. Wenn die Qualität er HW aber dem Ruf entspricht, dann ist das meine Wahl. Bei den 2 verbauten Reglern gab es in den letzten 5 Jahren schon mal keine Ausfälle.

Was mir wichtig wäre, dass ich eine proaktive Überwachung von Fehlern, z.B. auseinanderlaufende Zellenalterung hinbekomme. Das System soll sich halt melden, wenn irgendwo bspw. Zellenspannung (BMS soll das melden) nicht mehr so ist, wie sie sein soll, um dann ggf. Komponenten prüfen/austauschen zu können. Ein gutes BMS zur Abschaltung bei Fehlern/Temperaturüberwachung etc. wäre wichtig. Da werde ich nicht dran sparen.

Was iuch kategorisch nicht benötige: USV-Betrieb / automatische Umschaltung. Alle (wenigen) wichtigen Stromkreise (durch KNX-Sanierung halt fein zuordbar) sind ist jetzt bereits an einer kleinen USV angeschlossen. Im Fall eines längeren Stromausfalls wird halt per Hand umgeschaltet. Ich denke, dadurch muss ich mir auch weniger Sorgen machen, gegen die Vorschriften des Energieversorgeres zu verstoßen.

LG

Franky

Dann willst Du keinen Inselbetrieb und die Überschrift ist lediglich zur Verwirrung :joy:

Ohne Umschaltung ist Inselbetrieb einfach nicht möglich.....

Ah ok, ich hätte temporären Inselbetrieb schreiben sollen. Da hast Du schon recht. Dann verstehe ich auch Deinen ersten Kommentar ... klar. Ja das das soll nur der Katastrophen Fallbackfall sein (die temporäre Insel) oder wenn die Netzentgelte ins Unermessliche steigen: Dann vielleicht eine Insel. Danke für den Hinweis.

Du kannst Dir also einen Deye 12K holen und deine selbstgebaute Batterie dranhängen, aber das ist vermutlich zu einfach für dich weil der KEIN KNX und sonstiges gebastelt braucht.

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Kann wie auch immer genannt werden

Braucht einen Umschalter

Klar kann man das mit Gebastelten, Krimskrams oder manuell irgendwie - aber WOZU bloß :zany_face:

Der Deye hat zudem einen Gen Port.....

Da kann irgendwas Vorhandenes angeschlossen werden. Fällt nun der Saft aus, wird die "alte" PV und die neue voll bei Netzausfall genutzt.

Ist bastelfrei und schaltet automatisch um....

Der Charme - es steht die komplette PV für die "Insel" zur Verfügung. Das mag bei Sonne nicht relevant sein, aber wenn es drauf ankommt schon.

Diese Installation wird zunehmend zum Standard, die Verbraucher stur auf Backup und ausreichende Batteriekapazität. Eine weitere USV wird nicht benötigt.

Die große Batterie ist dann in Kombination mit BEV auch notwendig......

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ja,den hatte ich vorgesehen (manuell schaltbar).

Die Frage ist nur, ob ich eine automatische Umschaltung überhaupt möchte. Das bedeutet nämlich, dass der Energieversorger stärker mitredet – und die Anforderungen sind m.W. recht hoch. (Einhaltung Wartezeiten bei Umschaltung, Abnahme durch Energieversorger, zertifizierte Geräte, ...) Ist der Deye in DE offiziell dafür zugelassen?

Das ganze Haus auf Backup?
Anders gefragt: Darf im Normalbetrieb (PV + Netz) mehr Energie verbraucht werden als im Inselbetrieb?

Denn: Betrieb der (später geplanten) Klimaanlage, Auto-Ladung, Wärmepumpe im Max-Betrieb, Sauna oder was weiß ich, was noch kommt, brauche ich im Notfallbetrieb (temporäre Insel) nicht – deshalb würde ich Batterie und Wechselrichter, zur Kosteneinsparung (wenn möglich) kleiner auslegen.

Siehe oben: Immer (notwendig), also auch wenn Netz da ist?

Wo wir beim nächsten (steuerungsaufgabe) bei einer automatrischen Umschaltung wären: Die (automatische unterbrechungsfreie) Umschaltung wäre nämlich gar nicht möglich, da vorher die Großverbraucher (Auto / Klima / Drosselung der Wärmepumpe) durchgeführt werden müssen.

Wobei ich muss sagen von unterbrechungsfrei sprachst du gar nicht,

Zum Erfüllen der Anforderungen (oder zum Spaß an der Freude). Aber ich bin bei dir, wenn die Anforderungen "out of the box" erfült werden, dann aus Wartungsgründen immer die pflegeleichtere Lösung.

Ich schaue mir den Deye auf jeden Fall an. Würde mich aber freuen, wenn du noch etwas zu deinen etwaigen Erfahrung sagen könntest zu:

  • Batteriegröße bei Netzparallelbetrieb,
  • Lastabwurf bei(vor) Umschaltung
  • Erfahrung mit Zulassung Energieversorger, ...

Danke Gruß

Franky

Welche Anforderungen denn? Die Hybridwechselrichter sind auf diese Betriebsart ausgelegt. Netzseitig wird getrennt bei Netzausfall wie bei jedem (Micro-)Netzwechselrichter auch. Am Load-Anschluss läuft das was da dran hängt weiter, wie bei jeder USV auch. Im Durchleitungsbetrieb, also Netz vorhanden können da auch größere Leistungen durchgeschoben werden als der WR erzeugen kann -> Datenblatt gibt Auskunft. Was man dann alles an den Load-Ausgang hängt und was nicht kann man selber entscheiden.

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Womit die ganze Bude dann an einer Art USV angeschlossen ist....

Es benötigt keine weitere Zutat - moderne Hybridwr bringen das Rüstzeug einfach mit. Der Versorger hat kaum Gelegenheit sich zu beschweren...

Es ist immer gut, händisch irgenetwas tun zu wollen, ist man nicht vor Ort.

Die Batteriegröße ist vom Bedarf abhängig. Bei mir zeigte sich schnell, 20kWh ist nicht ansatzweise ausreichend.

CE zertifizierte WR mit irgendwelchen Zetteln, befriedigt den Energieversorger.

  1. Einhaltung einer Wartezeiten zur Wiederaufschaltung der Last (das Haus) an das Netz des VNB, wenn das Energieversorgernetz wieder da ist, damit steuerbare Lasten (deine Rückschaltung) verzögert werden, um die Einschaltspitzen bei Wiederaufnahme des Netzes möglichst klein zu halten durch Verzögerung, wo es (technisch) verzögerbar ist. (War zumindest mal in den TABs einiger VNBs gefordert, ich finde das aber nicht mehr als allgemeingültige Forderung, hoffentlich nicht mehr relevant, wenngleich ich das technisch mehr als sinnvoll erachte, aber ich bin nicht beim VNB). Aus eigenem Interesse würde ich aber warten, da Netze bei Wiederkehr "wacklig (Frequenz, erneute Abschaltung, ...) sind.

EDIT: Das findet man etwas prominenter in den österreichischen Normen: "Bei Wiederkehr der allgemeinen Stromversorgung ist die Rückschaltung erst nach einer angemessenen
Verzögerungszeit vorzunehmen (siehe TOR D4 )". Für DE vielleicht nicht.

  1. vollständige galvanische Trennung zwischen der Ersatzstromversorgungsanlage und dem öffentlichen Netz "Auch der Neutralleiter (N) bzw. der PEN-Leiter des NB-Netzes muss zwangsläufig getrennt werden, um eine Potentialanhebung zu verhindern" (VDE-AR-N 4100)?!?!?! Ich schalte mir doch nicht den PEN des HAKs zur Haupterdungsschiene (der dann ja schon ein PE ist und nicht geschaltet werden darf) weg???

Edit: Ein anderer Thread bringt es auf den Punkt: "Auch im TN Netz ist aber halt zwingend ein Guter Anlagenerder nötig. Ansonsten kommt es zu Gefährdungen bei Arbeiten oder Schäden am öffentlichen Netz, da sonst die Fehler und Kurzschlußströme über das öffentliche Netz bei Ersatzbetrieb fließen wollen und bei Trennung gefährliche Spannungen zwischen PEN und Erde Rückwärts ins Netz geben können."

" Die Regel, dass in den PEN-Leiter keine Schalt- oder Trenneinrichtung eingesetzt werden darf..., bezieht sich auf den normalen Betrieb innerhalb eines einzelnen Netzes oder Stromkreises, um die lebenswichtige Schutzleiterfunktion nicht unbeabsichtigt zu unterbrechen.... Die Umschaltung zwischen dem öffentlichen Netz und einem Ersatzstromsystem ist jedoch ein Systemwechsel. Hier steht die sichere Trennung von der ausgefallenen oder zu wartenden Versorgungsseite im Vordergrund, auch wenn diese Seite die Sternpunkterdung des öffentlichen Netzes über den PEN bereitstellt. Das lokale Schutzleitersystem des Gebäudes bleibt dabei mit der Haupterdungsschiene und dem Fundamenterder verbunden..., und das Ersatzstromaggregat stellt während seines Betriebs die erforderliche Erdverbindung bereit (oft durch einen eigenen Sternpunkt)."

"Dies ist eine spezifische Anforderung an die Umschalteinrichtung zwischen zwei Versorgungsquellen und steht nicht im Widerspruch zur allgemeinen Regel, den PEN-Leiter im normalen Betrieb nicht zu schalten oder abzusichern."

  1. Ein Parallelbetrieb der Ersatzstromerzeugungsanlage und des öffentlichen Netzes ist grundsätzlich nicht zulässig, allerdings wird der sogenannte Kurzzeitparallelbetrieb nun zugelassen. Dies gilt für eine kurze Zeit nach Spannungswiederkehr im NB-Netz (oder bei gewollter Einleitung eines Ersatzstrombetriebs für Probezwecke), um einen unterbrechungslosen Betrieb zu gewährleisten
  2. Die Zeitdauer des Parallelbetriebs umfasst dabei nur die Umschaltzeit nach erfolgreicher Synchronisierung und soll 0,1 s nicht überschreiten. (Nachweispflicht?)
  3. Der Netzbetreiber (NB) hat jedoch gemäß § 19 und § 20 der Niederspannungsanschlussverordnung (NAV) wetreichende Rechte und Pflichten bezüglich des Netzanschlusses und des Betriebs von Anlagen, die Netzrückwirkungen verursachen können oder Eigenversorgung betreiben
  4. "Bei der Planung und Errichtung von Eigenversorgungsanlagen mit netzparallelem Betrieb sind Absprachen und Koordinierung mit dem zuständigen Netzbetreiber immer notwendig"
  5. Nacheilende Abschaltung des Neutralleiters, Voreilende Zuschaltung des Neutralleiters (stammt jetzt von mir)
  6. Ist bei den unterschiedlichen Netzformen (TT/TN) was zu beachten? (Frage von mir)

Hinzu kommen in jedem Fall (auch bei nicht automatischer Zuschaltung):

  • Sternpunkts vom Inverter im Inselbetrieb ist geerdert, nehme ich an, also bleibt es bei einem dann neuen TN-C-S Netz unter Beibehalt der Schutzorgane der Kundenanlage.
  • Wird der der notwendige Kurzschlussstrom zur Einhaltung der Abschaltzeiten im Fehlerfall sicher erreicht?
  • Ist das dann noch selektiv, also der einzelne Stromkreis schaltet ab, oder geht der Einspeise-Inverter und damit die Hütte komplett aus?

Also ich für meinen Teil habe genug mit den Fragen zu tun, die sich bei manueller Umschaltung und sicherem Betrieb noch ergeben, ich wohne hier ja nicht alleine ;-). Insbesondere Punkt 2 ist für mich noch offen. Ich kann mir nicht vorstellen, dass man sich vom PEN des VNB wegschalten muss, das fühlt sich so falsch an.

Edit: Ein anderer Thread bringt es auf den Punkt: "Auch im TN Netz ist aber halt zwingend ein Guter Anlagenerder nötig. Ansonsten kommt es zu Gefährdungen bei Arbeiten oder Schäden am öffentlichen Netz, da sonst die Fehler und Kurzschlußströme über das öffentliche Netz bei Ersatzbetrieb fließen wollen und bei Trennung gefährliche Spannungen zwischen PEN und Erde Rückwärts ins Netz geben können."

Da will ich nicht noch die vielleicht aberwitzigen (aber vorhandenen) Anforderung bei automatischer Umschaltung des VNB beachten, wozu auch, mir ist egal, wenn die Hütte bei längerem Netzausfall einen halben Tag stromlos ist. Die manuelle Umschaltung reicht mir und wenn ich dann noch den Regularien für automatische Umschaltung entgehen kann, um so besser.

Ich will uns hier mit den Regularien nicht erschlagen, aber eine fachkundige Bewertung der Punkte sollte schon erfolgen, bevor man einfach was anchließt und es sich "einfach" macht.

Wenn ihr euch mit den Punkten auseinandergesetzt habt, oder eine Meinung dazu habt, lasst uns mal was aufschreiben, dazu finde ich in den Foren nichts. Wenn ihr Primärquellen zur Beantwortung nennen könnte, noch besser.

Gruß Franky

Quellen: "Elektroinstallation_in_Wohngebäuden", "Die vorschriftsmäßige Elektroinstallation, Wohnungsbau · Gewerbe · Industrie", "VDE0100_und_die_Praxis"

Dann ist USV/Ersatzstrom/Notstrom usw für Dich einfach nicht möglich.

Auch gut :joy:

Ob die Umschaltung nun automatisch oder händisch passiert, technisch ändert sich nur die mechanische Aktivierung.

Ja, das ist auch eine Ansicht, wie darf ich das interpretieren? Sind dir die Punkte "egal" (im Sinne von "wird schon passen / nicht schief gehen") oder meinst du, dass es nicht möglich sein wird, das umzusetzen, wenn man versucht die Regularien einzuhalten?

Wird bei dir der PEN weggeschaltet? (Ich nehme mal an du hast kein TT-Netz) oder hast Du dazu eine Aussage beim Deye damals gefunden? Wenn ich nichts finde, werde ich zumindest mal den Hersteller anschreiben, ob er sich damit auseinandergesetzt hat.

Gruß

Franky

Es ist zumindest mir irgendwann egal - genau.

Wenn kein Parallelbetrieb einer Erzeugungsanlage zulässig ist, dann sind WR insgesamt und PV damit illegal.

:zany_face:

Ok "Ersatzstromsanlage"

Im Falle eines Schwarzstartfähigen WR, wird dieser beim Netzausfall zu einer Ersatzstromanlage und versorgt irgendetwas.

Dann ist der allpolig vom Netz getrennt und stellt den PEN zur Verfügung. Der N vom Netz-PEN gebildet, wird abgeschaltet.

Es ist eine galvanische Trennung - es gibt nur einen PE der immer gemeinsam ist.

Danke für deine Ehrlichkeit.

Nein, es gibt ja Regeln, die deine Anlage vermutlich auch einhalten wird, NA-Schutz wird sie ja schon haben.

Ich sag ja nicht, dass immer alle Regeln oder Empfehlungen eingehalten werden müssen. Die VDE sieht ja explizit vor

  • VDE-Normen grundsätzlich keine gesetzliche Rechtsverbindlichkeit
  • ausreichende Sorgfalt
  • Risiko- oder Gefährdungsbeurteilung heranziehen
  • "Daher sind eine entsprechende Auslegung oder Interpretation der Norm bei ihrer Anwendung und die Durchführung einer Risikoanalyse für eine Schaltgerätekombination notwendig"
  • Die konstruktive Ausführung zur Erreichung der Schutzziele (Personen-, Sachschutz, Anlagenverfügbarkeit) liegt in der Verantwortung des Errichters

Aber eine kritische Auseinandersetzung und bewusste Fall- und Fachentscheidung solte schon erfolgen,

So, wer hat sich bemüht, dass seine Anlage halbwegs den Regeln der Kunst entspricht und sich bei Abweichungen von der Norm näher damit auseinander gesetzt? @vavuum: Du bist raus :joy:

Lasst mich den Thread jetzt hiermit nicht getötet haben :rofl:

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Ich :joy:

Hab eine abweichende Lösung mit selbstgebautem ATS, der die notwendigen Regeln und Vorschriften erfüllt.

WR mit CE und Zertifikaten erfüllen Notwendiges.

Es dabei kaum möglich, daß Anwender dieses nachvollziehen können.

Dafür haben wir staatliche Prüforgane, die diese Einhaltung sicherstellen.

Wer diese anzweifelt, zweifelt an Allem was und umgibt - das führt ins Nirvana.....

So kann bei jedem WR sm NA Schutz gezweifelt werden - und der Kunde zur Installation einen weiteren ENS/NA verpflichtet werden. Das ist noch gar nicht do lange her, da war fas tatsächlich mal so ....

Geheime, nicht öffentlich einsehbare VDE "Empfehlungen" halte ich perse damit für geisteskrank.....