PV+Speicher Komplettsystem – Auslegung/Konzeption/Hardware und viele viele offene Fragen

[jackie]

Hallo Liebe Community,

ich bin Silvio, 36 Jahre alt und Plane für unser kleines Einfamilienhaus eine PV Analge mit Speicher zu errichten. Beruflich bin ich als Informationselektroniker (Bereich Unterhaltungselektronik) unterwegs und traue mir durchaus zu dieses Projekt umsetzen zu können. Nun aber zu meinem Projekt.

Offensichtliche Fragen habe ich rot markiert. Ich bin aber natürlich für jeden Einwand und jede Korrektur zu allen Sachverhalten dankbar.
Es handelt sich um sehr viel Text. Ich habe mir einfach schon viele Gedanken gemacht und diese so gut wie möglich aufgeschrieben. Ich hoffe es nimmt sich dennoch der ein oder andere etwas Zeit um mir bei meinem Projekt Hilfestellung geben zu können.
Ausgangspunkt:

• Es handelt sich um ein Einfamilienhaus ca. 150m2,
• Stromverbrauch max. ca. 4500 kWh, Wärmepumpe max. ca. 4000 kWh, Leistungsaufnahme Wärmepumpe ohne Zusatzheizung max. 4 kW, 2. Zähler für Stromtarif Wärmepumpe
• Alte Stromzähler, Dachausrichtung Ost/West, Dreiphasige Stromverteilung
• Aufgrund von Verschattungen durch Gebäude, Gelände und Vegetation scheint die Sonne im Winter erst spät und nicht sehr lange auf die Module (2 Monate um die Sonnenwende max. 4 Stunden Sonneneinstrahlung auf das Dach (max. 11-15 Uhr) und natürlich in einem sehr schlechten Einfallswinkel auf die Module)
• Ich sehe keine wirkliche Möglichkeit an irgendeiner Stelle effektiv Südmodule für den Winter zu Installieren

PV-Speicher Projekt:
Überlegungen:
Allgemein:

• Anlage soll größtenteils in Eigenleistung gebaut werden (PV Module, Speicher, grobe Verkabelung)
• Dachseiten sollen fast maximal belegt werden um im Winter, wenn die Sonne scheint, zumindest eine halbwegs gute Ausbeute zu haben.
• Es soll eine Überschusseinspeiseanlage werden (um die hohen Erträge im Sommer nicht verfallen lasssen zu müssen).
• Ich habe schon mehrfach hier im Forum gelesen, dass ein 3-phasiger WR keinen Sinn macht und man lieber einphasig bleiben sollte.
• Ich vermute aber dass durch die Größe der Anlage (ca. 18,5 kWp jedoch Ost/West) im Sommer so viel Energie entsteht, dass auf jeden Fall 3-Phasig gebaut werden muss?
• Zählerkasten müsste im Zuge des Zähleraustauschs auf eine Kaskadenschaltung umgebaut werden um den vergünstigten Stromtarif für die Wärmepumpe auch mit einer PV-Anlage nutzen zu können (Ich vermute, dass der Strom in den Wintermonaten, in denen die Wärmepumpe natürlich den meisten Strombedarf hat, nicht reicht um die Mehrkosten des 2. Zählers unwirtschaftlich zu machen).

PV Generator:

• Westseite: 25 PV Module
• Ostseite: 21 PV Module
• Module evtl. Jinko Solar Tiger NEO N-Type 54HL4-B o.ä.
• Ich habe hauptsächlich Module mit einer geringen Voc Spannung gesucht, da diese scheinbar bei den meisten Systemen der limitierende Punkt im Gegensatz zum Strom ist Zumindest wenn man keine Strings parallel verschalten will

Speicher:

• 3x 16S LiFePo4 48V Speicher mit 280 oder 308 Ah Zellen
• 3x JK BMS B2A24S15P (150A, 2A Balancerstrom)
• Die 3 Speicherpacks parallel anschließen um auf ca. 40kWh Speicherkapazität zu kommen.
• Durch die parallelschaltung sollte sich der Strom sowohl beim laden als auch beim Entladen auf die 3 Packs verteilen und somit die 150A BMS ausreichend sein um auch die Wärmepumpe + weitere Verbraucher bedienen zu können.
• Werden die 3 Speicherpacks bei gleicher Länge der Kabel von der Bus-Bar gleich beladen und entladen?
• Aktuelle Überlegung ist erst einmal 2 Speicherpacks zu bauen da ich vermute, dass ich keine Chance habe 3 Packs im Winter auch nur annähernd voll zu bekommen

Wechselrichter/Laderegler:

• Hier habe ich leider noch keine richtige Idee wie man diese Anlage Effizient, Qualitativ, Preis/Leistungsmäßig und unter Berücksichtigung der benötigten Parameter (PV max. Stringspannung (auch bei -10°C), Lade- und Entladestrom für Speicher, PV und AC Leistungaufnahme bzw. Abgabe) konzipieren sollte.
• Eine Überlegung ist der MPP Solar MPI 12KW Hybridwechselrichter. Für diesen spricht die hohe PV Stringspannung, die für die Westseite (25 Module) wahrscheinlich trotzdem nicht ausreichend wäre) und ein hoher Lade und Entladestrom. Wie ich hier im Forum erfahren habe spricht aber natürlich der enorme Strombedarf über Nacht des Gerätes eigentlich gegen diesen WR. Gerade in den Wintermonaten frisst der Wechselrichter wahrscheinlich die gesamte PV Produktion.
• Auch scheint das Gerät bzw. allgemein diese Art der Umsetzung mit 48V Speichern sehr ineffizient zu sein? Wenn Ich jedoch durch die Überschusseinspeiseanlage auf ein 3 Phasensystem angewiesen bin, kann ich den hohen Stromverbrauch wahrscheinlich nicht umgehen?
• Wahrscheinlich kann man eine sehr effiziente und qualitativ hochwertige Anlage mit Komponenten von Victron Energy konzipieren. Jedoch kostet mich der Spaß dann wahrscheinlich 10k nur für die WR + Laderegler und Zubehör. Entweder verstehe ich das Victron System nicht richtig oder man braucht dort für eine 18,5 kWp Anlage unheimlich viele Laderegler um die Voc Spannung der Strings wirklich abbilden zu können? Selbst der größte Laderegler geht nur für max. 450V Stringspannung. Das sind gerade einmal 10 PV Module pro Mppt und das Ding kostet 1500€.
• Problem bei meiner geplanten PV Anlage wird wahrscheinlich auch sein, dass die Ost/West Modulfelder wahrscheinlich niemals wirklich ihre volle Leistung bringen werden aber die angeschlossene Technik muss trotzdem so groß ausgelegt sein um mit den hohen Voc Spannungen der Strings klarzukommen.
• Hier habe ich jetzt für mich eine neue Erkenntnisse erlangt. Ich hatte ja die Hoffnung, dass die Voc Spannung durch den meist schlechten Winkel der Sonne auf meine Module evtl. etwas niedriger ausfällt. Leider konnte ich das mit einem PV Modul jetzt ausgiebig testen und die Voc Spannung ist leider fast immer gleich groß, auch wenn die Sonne das Modul nur streichelt
• Dadurch bin ich mir wirklich nicht sicher wie ich für einen annehmbaren Preis diese Anlage umsetzen könnte. Wahrscheinlich fehlt es mir an dieser Stelle einfach an Wissen, welche Anlagenkonzepte es gibt und was umsetzbar ist und was für Geräte überhaupt am Markt sind die hier passen könnten.
• Die erste Frage ist wahrscheinlich wie man den Speicher an das System anbinden soll.
• Über DC (wie z.B. über Laderegler von Victron),
• über einen PV WR mit separatem WR für den Speicher
• (Hier habe ich jedoch nicht mal so wirklich Geräte gefunden die einen entsprechend hohen Lade- und Entladestrom aufweisen um die LiFePo4 Akkupacks richtig laden und auch entladen zu können.)
• oder ist der Weg über einen Hybridwechselrichter der richtige?
• (Auch hier scheint das Angebot an Hybridwechselrichtern die mit dieser PV Stringspannung und den hohen Ladeströmen umgehen können sehr überschaubar. Bei Markenherstellern (SMA, Fronius, Kostal) habe ich solche Gerät gar nicht gefunden. Die Hybridwechselrichter von namenhaften Herstellern können fast alle nur noch mit Hochvoltbatterien arbeiten)
• Kann man das System überhaupt mit einem Stringwechselrichter richtig abbilden oder braucht man für jede Dachseite einen?
• Ich habe jetzt mal ein paar Schaltbilder angefertigt. Evtl. fehlen dort noch wichtige Komponenten und evtl. sind auch andere zu viel. In den Schaltbildern habe ich auch noch einige Überlegungen und Fragen untergebracht. Eine wichtige Überlegung sollte wahrscheinlich auch sein, dass die Qualität der einzelnen Teile (WR, LR) eine nicht zu verachtende Rolle für die Langlebigkeit der Anlage spielt. Klar kostet der MPP Solar MPI 12k gerade einmal 3000 €uro. Die Victron Komponenten schlagen wahrscheinlich min. mit dem dreifachen zu Buche. Da ich den Hybridwechselrichter aus China aber ziemlich nahe der Leistungsgrenzen betreiben müsste, ist die Frage wie lange dieser unter diesen Bedingungen funktionieren wird. Bei den Victron Geräten mache ich mir da weniger Sorgen. Wenn die Komponenten von Victron Energy ihre 15 Jahre halten und der Wechselrichter aus China nur 8 Jahre dann ist das sicher ein Grund über Qualitativ hochwertigere Komponenten nachzudenken und einen ordentlichen Aufpreis zu bezahlen. Auch könnte man in so eine Rechnung noch einbringen, dass die Vitron Multiplus 2 Geräte in der Nacht max. nur 18W pro Gerät (zumindest bin ich der Meinung das so verstanden zu haben) benötigen. Das sind bei 3 Geräten ca. 90 Watt weniger als z.b. der MPI 12k. Bei durchschnittlich 12 Nachtstunden pro Tag im Jahr und 15 Jahren macht das bei 30cent pro Kilowattstunde eine Stromersparnis von 1774€. Sicherlich hat man noch mehr Komponenten die auch ein paar Watt Strom brauchen (Cerbo GX oder Raspberry, evtl. einen zusätzlichen WR) aber zu vernachlässigen ist dieser Punkt sicher nicht.
• Das Ziel der ganzen Anlage ist natürlich möglichst viel Strom vom Dach und aus dem Speicher selbst zu nutzen um den Netzbezug so gering wie möglich zu halten. In den Wintermonaten wird das wahrscheinlich nur sehr schwer funktionieren. Hier kommt es mir natürlich um so mehr darauf an, dass die Anlage so effizient wie möglich mit dem Solarstrom vom Dach umgeht. Da im Winter sicherlich kaum Strom eingespeist werden muss, wenn die Akkukapazität groß genug ist, sollte die Anlage natürlich so effizient wie möglich den Strom speichern und dann bei Bedarf in 230V~ umwandeln.
• Wenn man den PV Strom mit Ladereglern von Victron Energy direkt zum Laden der Akkus verwendet ist das für dieses Szenario sicherlich der beste und effizienteste Weg? Jedoch muss dann aber jegliche PV Leistung, auch die, die gleich im Haus gebraucht wird und jegliche PV Leistung die eingespeist werden soll immer durch die Multiplus 2 und von 48V auf 230V~ umgewandelt werden. Diese Wandlung scheint aber ja wesentlich ineffizienter zu sein als die relativ hohe Stringspannung direkt über einen PV-WR in 230V~ zu wandeln?
• Aus diesem Grund stellt sich mir die Frage ob es effizienter wäre einen Teil der PV Strings gleich in 230V~ zu wandeln. Entweder um direkt Verbraucher im Haus zu versorgen oder um vor allem im Sommer den PV Strom effizienter einspeisen zu können. Dabei ist natürlich die große Frage ob das System das überhaupt auch alles so umsetzen kann. Also das tatsächlich die Ströme auch so fließen.
• Auch wenn sich meine Überlegungen erst mal nur auf den MPP Solar MPI 12K und die Geräte von Victron Energy beziehen bin ich aber natürlich auch für andere Vorschläge und Ansätze dankbar. Ich habe diese Überlegungen nur mit den mir bekannten Komponenten anstellen können. Vielleicht gibt es noch ganz andere Möglichkeiten. Der Preis der Victron Komponenten ist für mich eines der größten Hindernisse im Moment. Vielleicht muss man für Qualität, Effizienz, Langlebigkeit usw. aber diesen Preis bezahlen.

So, hätte ich noch weitere Tage überlegt, hätte ich entweder noch mehr schreiben können oder verschiedene Dinge noch mehrfach abändern können bzw. müssen.
Ich wollte jedoch meinen aktuellen Stand und meine Gedanken erst einmal so mitteilen.
Ich habe versucht die vielen Infos so gut es geht zu strukturieren. Es ist natürlich trotzdem viel Input und an mancher Stelle auch etwas durcheinander.
Danke im Voraus für Eure Hilfe.
Grüße Silvio

[jackie]

Hallo Liebe Community,

auch wenn die Reaktionen und die Beteiligung nach meinen ersten Beitrag sehr verhalten ausgefallen sind, habe ich natürlich weiter an meinem Projekt geplant und mich weiter dazu gebildet.

Ich möchte heute noch einmal meinen aktuellen Planungsstand vorstellen um evtl. doch noch ein paar Anregungen, Verbesserungen und Meinungen zu bekommen.

Ich habe mich nun entschlossen ein ESS mit Victron Komponenten und Überschusseinspeisung zu installieren. Für den Anfang wird es einen 16S 280Ah Akku mit LF280K Zellen geben. Die Akkus sind schon da und alle getestet. 2 Paletten PV Module sind in China bestellt und müssten bald in den Versand gehen. Ein 2. Akku soll auf jeden Fall noch folgen. Wenn ich nach einem Jahr Betrieb dann feststelle, dass ich in den meisten Monaten noch mehr in den Akku speichern könnte und mir die Energie dann auch über schlechte Tage einen Mehrwert bringt, kann ich mir auch weitere Akkus vorstellen. Evtl. auch unter dem Gesichtspunkt, dass man in nicht allzu langer Zeit seine Akkus für schlechte Tage füllen kann wenn der Strompreis für Netzbezug günstig ist.

Wir haben eine fast genaue Ost/West Ausrichtung. Somit möchte ich unser Dach folgender Maßen mit Modulen belegen und verschalten.

Ich habe oft gelesen, man soll keine Schleifen bei der Modulverkabelung bilden. Das würde ja dann bedeuten, ich kann die Strings nicht einfach im Kreis verschalten und unter der letzten Zelle ins Dach führen sondern müsste irgendwie im Zickzack verstringen. Habt ihr damit Erfahrung und ist das Risiko mit den Schleifen wirklich so gravierend?

Meine AC und DC Verbindungen (DC von den Modulen) hatte ich mir folgendermaßen vorgestellt.

Da ich den Energiebedarf im Winter nicht annähernd für die Wärmepumpe gedeckt bekomme möchte ich nicht auf meinen WP-Tarif verzichten. Somit benötige ich ein Kaskadenmesskonzept.

Das 2. Energiemeter auf dem Weg zur Wärmepumpe ist optional. Evtl. bekommt man diese Information (Strombezug der Wärmepumpe im Verhältnis zum Gesamtstrombezug) auch über die Multiplus Geräte heraus. Die Multiplus haben doch einen eingebauten Energieflusszähler? Wenn die Hauslasten am AC Out hängen muss jeglicher Strom der im Haus gebraucht wird und nicht selbst produziert werden kann ja durch die Multiplus hindurch. Somit kann ich aus dem Energiefluss durch EM24 und Multiplus errechnen lassen wieviel Strom die Wärmepumpe gerade braucht? Mein Gedanke dabei ist, ich möchte zukünftig mit Routinen oder Prozessen im NodeRed verschiedene Szenarien abbilden. Z.b. in Abhängigkeit des Akkustandes und der voraussichtlichen Sonneneinstrahlung der nächsten 24 oder 48 Stunden entscheiden, ob die Wärmepumpe mit Strom aus der Batterie versorgt werden soll oder ich den Storm lieber für den Komfortstrom aufspare da mich dieser ja mehr im Netzbezug kostet. (Ich bin kein Programmierer aber es gibt viele Infos und Hilfestellung dazu und ich würde mir zutrauen so etwas zu konfigurieren)

Der 4 pol. Schalter soll als kostengünstigerer Ersatz für einen 2. Lastumschalter dienen (Multiplus Bypass). Ich habe mir viele Verschaltungen angesehen und immer werden 2 Lastumschalter verwendet um das Haus im Notfall oder zur Wartung/Reparatur um die Multiplus herum mit Strom versorgen zu können. Dieser Schalter sollte aber den gleichen Effekt haben. Einziges Manko, man benötigt eine zusätzliche Klemmstelle.

Ich bin mir noch nicht ganz sicher ob ich das Haus wirklich am AC Out1 der Multiplus anschließen möchte oder die Multiplus doch nur Parallel zum Haus verschalte. Vorteil für AC Out1 wäre, dass ich bei einem Netzausfall weiterhin Strom über die Akkus hätte und auch der Fronius weiter funktionieren würde (Außer für die WP – aber das ist mit einem WP-Tarif und zugelassenem Meßkonzept scheinbar auch nicht möglich). Gibt es aber auch Nachteile? Ist der Verschleiß für die Multiplus größer als Netzparallel? Gibt es noch andere Vor- oder Nachteile?

Am besten würde mir es eigentlich gefallen, wenn ich das Haus im Blackoutfall mit einem Lastumschalter von Netzparallel auf AC Out1 umschalten könnte. Da diese 2 Betriebsarten aber wahrscheinlich völlig andere Konfigurationen im Multiplus benötigen wird das sicher nicht möglich sein.

Die Verschaltung und Konzeption im Keller habe ich mir wir folgt überlegt. So wie auf dem Bild würde die Bestückung der Kellerwand dann umgesetzt werden können. Größenverhältnisse sind alle Maßstabsgetreu.

Alle DC48V Leitungen, außer die zum MPPT 250/60, hatte ich in 70mm² geplant. Die zum MPPT 250/60 in 25mm². Wahrscheinlich sind aber für die Leitungen von den Akkus zur Busbar auch 50mm² ausreichend? Wenn man bedenkt, dass die Busbars auf dem Akku nur 40mm² haben und der Querschnitt der Verbindung zum Terminal des Akkus noch viel kleiner ist. Auch die Anschlusskabel des BMS sind im Verhältnis dazu klein.

Die NYM-J Wechselstromleitungen hatte ich in 3x4mm² geplant.

Evtl. macht es Sinn, um die Kabelwege so kurz wie möglich zu bekommen, die Busbars noch näher Richtung Kabelkanal zu setzen und den NH00 Trenner woanders hin.

Für die Absicherung der Multiplus habe ich jetzt nur die 3 Sicherungen im NH00 Trenner (160A) vorgesehen. Ist das Ausreichend oder sichert ihr die noch anders ab? Für den NH00 Trenner habe ich eigentlich nur AC Sicherungen gefunden. Gibt es überhaupt spezielle DC Sicherungen? Sind die so viel anders wie die ACs und auch preislich dann noch interessant im Vergleich zu den Victron Megasicherungen? Mal Hand aufs Herz, der NH00 Trenner mit 160A Sicherungen wird hier sehr oft als gutes Absicherungs- und Schaltwerkzeug empfohlen. Nutzt ihr alle DC Sicherungen für das Teil oder die 160A AC Sicherungen?

Hin- und Hergerissen bin ich immer noch bei der Frage, wie viele Module ich AC seitig und wie viele über Laderegler ans System anschließen sollte. Die bessere Verfügbarkeit und bessere Effizienz beim Laden der Akkus spricht für mehr DC-Laderegler (so wie jetzt). Wenn im Sommer aber dann die Sonne prasselt und die Akkus schon 11 Uhr vormittags voll sind dann ist die Belastung für die Multiplus ganz schön hoch um den Überschuss direkt einzuspeisen. Wie gut oder schlecht das dann für die Haltbarkeit Akkus ist, wenn diese dann immer weiter mit Spannung versorgt werden, kann ich mir auch nicht zusammenreimen. Vielleicht habt ihr dazu ja auch ein paar Gedanken.

So, ich denke das ist schon wieder genug Text um die meisten von Euch direkt wieder zu vergraulen. Meine Fragen sind auch alle schön im Text versteckt und natürlich auch nicht nummeriert.

Ich hoffe dennoch auf etwas Feedback um diverse Fehler und Fallstricke zu erkennen und auszumerzen. Wenn ich irgendwo essenzielle Dinge vergessen habe (Sicherungen, Komponenten…) dann bitte gerne Ansprechen. Wenn noch etwas nicht ersichtlich ist oder Fragen bestehen dann einfach her damit. Evtl. fehlen für eine genaue Einschätzung auch noch Informationen. Diese liefere ich dann natürlich gern nach.

Danke im Voraus und eine schöne Zeit.

Bleibt alle schön gesund!

Grüße Silvio