ich schreibe euch in meiner Funktion als Projektassistent. Wir beschäftigen uns aktuell mit der Weiterentwicklung von Mobilfunkanlagen als autarke Off-Grid-Insellösungen.
Unser Ziel ist es, die Systemeffizienz und Ausfallsicherheit auf ein Maximum zu heben, um den hohen Anforderungen an kritische Infrastrukturen gerecht zu werden. Dabei haben wir festgestellt, dass Standardkomponenten bei spezifischen Lastprofilen (24/7 Betrieb, thermisches Management) oft an ihre Grenzen stoßen. Wir möchten daher weg von experimentellen Ansätzen hin zu industriell erprobten, hochverfügbaren Systemarchitekturen.
Ich verfolge die Diskussionen hier im Forum schon eine Weile und schätze das vorhandene Praxiswissen sehr. Wir sind an einem fachlichen Austausch zu folgenden Schwerpunkten interessiert:
System-Architektur: Optimale Auslegung von 48V-Gleichstrom-Umgebungen (Vorteile direkter DC-Kopplung vs. AC-Lösungen im Hinblick auf Wirkungsgrade).
Energiespeicher: Langzeiterfahrungen mit LiFePO4-Systemen im industriellen Dauereinsatz (Balance zwischen Zyklenfestigkeit und kalendarischer Alterung).
Monitoring: Robuste Fernwartungslösungen, die präzise Daten für eine tiefe Effizienzanalyse liefern.
Ladestrategien: Optimierung des Ertrags bei schwierigen Wetterverhältnissen zur Minimierung externer Energiequellen (z.B. Aggregate).
Falls ihr bereits ähnliche Projekte im Bereich Telekommunikation oder kritischer Infrastruktur realisiert habt oder Experten-Tipps für hochwertige Komponenten jenseits der Massenware teilen könnt, freue ich mich sehr über eine Rückmeldung.
Mich würde interessieren, um welche Größenskala es bei Eurem Projekt eigentlich geht. Wie hoch ist der Leistungsbedarf? Betreibt Ihr eine Anlage, die 1 kW Dauerstrich 24/7 zieht, oder sind es 10 kW, oder schwankt der Leistungsbedarf über den Tag hinweg, oder schwankt er je nach Umgebungstemperatur?
Wo kommt die Energie her? Alles aus Photovoltaik (welche Peak-Leistung?), oder Mischung PV / Direktmethanol-Brennstoffzelle / Dieselgenerator etc.?
Welche Akkukapazitäten sind angedacht? 10 kWh? 100 kWh?
Vielleicht stünde das in dem PDF, das sich noch nicht hat hochladen lassen.
Projektziel: Maximale wirtschaftliche Autarkie durch optimierte Anlagenkonfiguration
Das primäre Ziel ist die weitestgehende Minimierung der laufenden Betriebskosten (OPEX-Minimierung) durch gezielte Investitionen in langlebige, wartungsarme und technologisch ausgereifte Hardware (CAPEX). Die laufenden Kosten sollen durch den Energieertrag bilanziell nahezu ausgeglichen werden.
1. Leistungs- und Lastprofil Die Anlage wird für eine maximale Verfügbarkeit (High-Availability-Standard) ausgelegt.
Dauerlast (Baseload): circa 4 kW Wirkleistung im 24/7-Betrieb als Basis-Auslegung.
Modulare Skalierbarkeit: Systemaufbau in drei Einheiten (8 kW bei zwei Einheiten, Endausbau 12 kW bis 14 kW).
Sequenzielles Management: Zur Netzstabilität und Komponentenschonung werden Lastspitzen (circa 6 bis 9 kW für ca. 3–5 Min.) sequenziell gesteuert; ein gleichzeitiger Start mehrerer Einheiten aus dem Standby ist systemseitig auszuschließen.
2. Systemarchitektur und Komponenten Das System nutzt eine hybride Architektur aus Photovoltaik (PV), Batterie-Speichersystem (BESS) und einer redundanten Backup-Einheit.
Photovoltaik (Primärquelle):
Dimensionierung: Überdimensionierung um auch bei ungünstigen Wetterverhältnissen (diffuse Strahlung) eine ausreichende Ladung zu gewährleisten.
Installation: Fokus auf mechanische Stabilität und Wartungsfreiheit (feststehende Installation).
Batteriespeicher (BESS):
Kapazität: Auslegung als Puffer zur Überbrückung von 5 bis 14 Tagen (ca. 150 kWh Kapazität, z. B. auf LiFePO4-Basis).
Thermische Stabilität: Zur Steigerung des Wirkungsgrades und Vermeidung von Eigenverbrauch für Heizenergie wird eine frostgeschützte Aufstellung (z. B. thermisch träge Einhausung) bevorzugt. Gesucht werden Zelltechnologien, die einen weiten Temperaturbereich ohne aktive Konditionierung abdecken.
Backup-Generator:
Leistung: Redundante Absicherung (z. B. 2x 15 kVA) zur Einhaltung definierter Service Level Agreements (SLA).
Autonomie & Kraftstoff: Lagerstabile Kraftstoffe (z. B. LPG oder geprüfte synthetische Kraftstoffe wie HVO) zur Vermeidung von Alterungsprozessen (z. B. Dieselpest). Tankkapazität ausgelegt auf ein Wartungsintervall von >12 Monaten.
3. Qualitätsstandards und Beschaffungsrichtlinien Die Auswahl der Komponenten erfolgt diskriminierungsfrei nach objektiven Kriterien der Total Cost of Ownership (TCO) und der technologischen Belastbarkeit:
Anforderung: Nachgewiesene Langzeithaltbarkeit (Ziel: 30 Jahre Nutzungsdauer) und Konformität mit internationalen Qualitäts- und Sicherheitsstandards (z. B. CE, IEC, UL) - Kosten für Verschleiss- bzw. Ersatzteile müssen im Rahmen bleiben
Resilienz: Bevorzugt werden Hersteller, die eine langfristige Ersatzteilversorgung, gesicherte Lieferketten und Transparenz in der Datensicherheit (Cybersecurity) garantieren können.
Priorisierung: Die technische Integrität und Wartungsfreiheit haben Vorrang vor den initialen Anschaffungskosten.
4. Infrastruktur, Sicherheit und Wartung
Wartungsintervall: Auslegung auf maximal einen physischen Wartungstermin pro Jahr.
Umwelt- und Gewässerschutz: Strikte Einhaltung der geltenden Umweltauflagen (z. B. AwSV), insbesondere durch doppelwandige Systeme und kontinuierliche Leckageüberwachung.
Brandschutz: Umsetzung eines integralen Brandschutzkonzepts nach aktuellen Normen (z. B. VDE-AR-E 2510-50) mit räumlicher Trennung der Energieträger.
Monitoring: Echtzeit-Zustandsüberwachung und Datenbereitstellung über standardisierte Schnittstellen (z. B. JSON-API) zur Einbindung in übergeordnete Managementsysteme.
Moment. 2,4kW x 24h sind schon 60kWh. 150kWh halten also nur gut 2 Tage.
gut ausgerichtete 30kWp Solar bei Dreckswetter liefern 3kW x 5h also 15kWh. Besser mit 10kWh rechnen, nach Wandel- und speicherverlust 15% des Tagesbedarfs.
Wind zulässig?
2500W bei leerer Batterie in 51V Technik sind 60A. Bei Skalierung wird das unhandlich. Vermutlich läßt sich Speicher und Zuleitung zu Verbrauchern eher in 96V realisieren. 1/4 der Leitungsverluste, Technik schon halbwegs verfügbar. Das ist railway tech. 96V auf 48V ist Standardprodukt.
Zur Versorgung einen sehr gut isolierten 1/4 Container verwenden. Der wird eher zu warm als zu kalt, aber bei gutem Wetter = Sonne kann man mit klima kühlen (oder mal kurz heizen, wenns lange bei -25 bleibt). Gibts auch in 96V. Für Container und Technik ist aber China voran. Die können auch -40°
Bei einer Anlage in der Größenordnung und mit einem solchen Pflichtenheft, würde ich fast empfehlen sich direkt an einen Hersteller zu wenden. Ich bin zwar etwas voreingenommen, aber meiner Meinung nach kann man da bei Victron anfragen, die haben Jahrzehnte Erfahrung und das Zeug hält auf Jachten und Booten.
Ah, Danke! Das ist interessant, in welcher Größendimension sich dieses Vorhaben abspielt.
Mit 2,5 kW Dauerstrich 24/7 ist man, wie der Vorredner schon richtig schrieb, aber schon bei 60 kWh am Tag, so dass der angedachte Speicher tatsächlich kaum mehr als 2 Tage überbrücken kann. Eine 30 kWp-Anlage liefert an manchen Dezembertagen auch mal unter 5 kWh am Tag, im dümmsten Fall (Schneebedeckung der Module) auch weit unter 1 kWh. Hier wird relativ bald der Generator einspringen müssen.
Diese Zahlen sind "outdated". PV-Module mit unter 400W wirst Du heute kaum mehr finden, üblich sind zur Zeit um 450W, bei Freiflächenanlagen auch teilweise >500W. Für 30 kWp braucht man daher heute maximal 70 Module, nicht mehr 100+.
Die nötige Expertise wirst Du hier im Forum sicher finden, hier gibt es Leute, die ihr ganzes Einfamilienhaus als Inselanlage betreiben. Vielleicht meldet sich Forums-Mitglied Voltmeter bald zu Wort, das ist so einer.
Hersteller: Bei 48V-Systemen und hoher verlangter Zuverlässigkeit wird an Victron kein Weg vorbeiführen, die haben jahrzehntelange Off-Grid-Erfahrung im Bootsbau. Die LiFePO4-Akkuzellen muss man so oder so aus China kaufen, die werden anderswo kaum hergestellt.
Nun, wir sind was die Skalierungsgrößen angeht für alles offen. Wir würden auch eine extrem große PV Fläche installieren, sofern es Sinn macht. Die Zahlen mit denen wir aktuell arbeiten, sind nahezu gewürfelt. Uns wurden diverse Kalkulationen vorgelegt.
Danke Stefan. Manchmal machen wir das auch so, in diesem Fall geht es aber auch um den Aufbau und die Wartung. Das möchten wir gerne von deutschen Betrieben bekommen und die haben teilweise ordentliches Knowhow. Was Batteriespeicher und optimiertes Batteriemanagement angeht, gibt es hier auch ein paar richtig gute Wissenschaftler möchte ich mal behaupten.
mit 96V haben wir noch gar nicht kalkuliert. Ein sehr interessanter Ansatz. Wir haben Funktechnologie mit 48 Volt Betriebsspannung und ich schätze 96V wären auch ohne Schwierigkeiten möglich. Hast Du bitte mal einen Link zu einem dieser ISO-Container aus China?
aber @chris_goes_offgrid
wie schon von tagelöhner geschrieben scheinen mir die 150kwh akku arg unterdimensioniert
zum vergleich, ich habe gerade 16kwp pv 110kwh speicher und komme damit gut 10-14 tage im winter bei dunkelflaute aus
mein stromverbrauch ist aber irgendwo um die 12-14kwh im schnitt/24h
ist das bei euch alles 230v oder als drehstrom ausgeführt?
bzw wie weit sind die verbraucher vom akku entfernt evtl lassen sich ja dicke 48V kabel legen
dann würde man auch nur laderegler benötigen und keine inverter die ausfallen können
zum erdtresor
das scheint mir recht teuer in der umsetzung, ich würde eher oberirdisch bauen und den aufstellort gut dämmen dazu mit einer industrie splitklima auf ca 18°C heizen, im sommer dann auf 22°C kühlen.
Die optimale PV-Größe muss man anhand der zu erwartenden Tageserträge kalkulieren. Da gibt es auch innerhalb Deutschlands Unterschiede, hängt u.a. vom Breitengrad ab (im Norden kürzere Tage im Winter). Bei Off-Grid-Anlagen hat man den Nachteil, dass man bei einer größeren Anlage die immer größeren Überschüsse im Sommer nicht gegen Einspeisevergütung ins Netz speisen kann, sondern abregeln muss.
Mein Vorschlag wäre daher, tagesaufgelöste Ertragsdaten einer realen Anlage über mehrere Jahre heranzuziehen und für jeden Tag zu kalkulieren, ob der Bedarf (60 kWh pro 2,5 kW Verbrauchseinheit) gedeckt worden wäre oder nicht. Entsprechend den Füllstand eines hypothetischen Akkus bei Ende des Tages berechnen. In Abhängigkeit der 2 Parameter (X kWp der PV-Anlage und Y kWh Kapazität des Akkus) lässt sich dann berechnen, wie viele kWh pro Jahr der Generator liefern muss.
Dann Kosten für die Installation von 1 kWp PV, 1 kWh Akkukapazität und Erzeugung 1 kWh mit dem Generator ansetzen und das ökonomische Optimum in der X-Y-Ebene bestimmen.
Müsste ich wieder neu raussuchen. Hatte mich vor 1 Jahr informiert. -40° Container 250-500kWh ist Maß 1/4 Standard also 10 Fuss. sowas verkaufen die Speicherhersteller vorzugsweise mim großen 3ph 400V Stecker dran, gern auch gleich mit PV-Elektronik dabei. Die spezielle Anfoderung DC-out muss ausgehandelt werden. Die großen Hersteller haben auch guten Zugriff auf aktuelle Zellen 600-1200Ah, standardisierte Verbindungstech, BMS und Gehäuse. Üblicherweise ist das modular genug gebaut daß dir paar Teile hinlegst und bei Fehler rausfährst umstecken.
96V Tech hat mehrere Vorteile. Immer noch Kleinspannung, das ganze Eisenbahnzeugs (Sicherheit, Wandler, Klima) nutzt die Spannung, die Leitungsquerschnitte sind noch tragbar. Im Mil Bereich wirst auch Generatoren finden für die Spannung, und bei Windgeneratoren ist das auch nicht ganz unüblich
Hinsichtlich der detaillierten Lastflüsse liegen mir aktuell keine standortbezogenen Daten vor. Grundsätzlich ist jedoch die Höhendifferenz zu den Antenneneinheiten bei der Planung der Leitungsverluste zu berücksichtigen.
Unsere Anforderungen an die Autarkiezeit der Batteriespeicher sind hoch; bisherige Standardlösungen erfüllten unsere spezifischen Anforderungen an die Überbrückungszeit und die Reduktion von Generatorlaufzeiten noch nicht vollständig. Ziel ist eine maximale Effizienz, um den operativen Aufwand für die Kraftstofflogistik zu minimieren.
Wir orientieren uns bei der Dimensionierung an marktüblichen Standardanschlüssen für solche Knotenpunkte, wobei die spezifische Auslegung projektabhängig erfolgt
Also: 50% Autarkiegrad erreicht man mit PV recht schnell, ggf. auch schon ganz ohne Speicher.
Mit kleinem Speicher hat man dann schnell 70% Autarkiegrad.
Für den Schriit von 70% auf 90% muss man die Speicherkapazität dann aber schon um ein Vielfaches steigern.
Und von 90% auf 95% wird es dann sehr zäh und man braucht massiv mehr Kapazität.
Die letzten paar Prozent erfordern dann geradezu exponentiell mehr Speicher, den man dann aber nur an wenigen Tagen im Dezember überhaupt mal leer fährt.
Komplette Autarkie mit PV und Batteriespeicher ist für Eure Anwendung sicher nicht ökonomisch (wenngleich technisch möglich - siehe Voltmeter), der Generator kommt ab einem gewisen Punkt doch billiger. Deswegen stellt sich obiges Optimierungsproblem mit X kWp PV und Y kWh Speicherkapazität.
Das ist ein zielführender Ansatz, der sich mit unseren bisherigen Analysen zum Batteriemanagement deckt.
Hinsichtlich der Verbrauchsdaten befinden wir uns aktuell in der Phase der Datenerhebung, um die bestehende Datenbasis für eine präzisere Detailplanung zu validieren. Bis zum Abschluss dieser Validierung arbeiten wir mit konservativen Planungsmodellen, die sukzessive verfeinert werden.
Dies gilt analog für die Windenergie an potenziell geeigneten Standorten. Zwar gibt es Konzepte für hybride Systeme, jedoch priorisieren wir derzeit die betriebswirtschaftliche Effizienz und die Minimierung des Wartungsaufwands. Hybride Lösungen werden erst dann in Betracht gezogen, wenn die technische Zuverlässigkeit der Komponenten – insbesondere im Bereich der wartungsfreien Lagerung und der Generator-Laufzeiten – unseren hohen Anforderungen an die Langzeitstabilität nachweislich entspricht. Der hohe logistische Aufwand für Instandsetzungen an exponierten Standorten erfordert hier eine besonders sorgfältige Komponentenauswahl.
Wie gesagt, die Konverter 96V (80-110V DC) auf 24/36/48/60V gibts von der Stange. Sind normalerweise so gebaut, daß man die parallelschalten kann wegen Redundanz.
