24V-Notstrom-System (Solar&Diesel)

Hallo,

unser Neumitglied ghia1202 (Dietrich) äusserte den Wunsch nach Erfahrungsaustausch "in Bezug auf Solar-Batteriespeicher in Verbindung mit einem Hatz 24V Generator". Das mit einem schnöden Hinweis auf die Suchfunktion abzuspeisen, wollte ich mir verkneifen, da es sicher auch für andere User interessant sein könnte.

Was braucht man für ein minimales 24V-Notstromsystem (Solar&Diesel)?

Zunächst sollte man sich klar machen, wozu das Ganze dienen soll. 24V sind für Nicht-Militärs eine eingermassen exotische Spannung, bieten aber den Vorteil, aus dem gigantischen Mengen Surplusmaterial, das unsere Armeen jedes Jahr aussondern, sich etwas brauchbares für vergleichsweise wenig Geld zusammenbauen zu können.

Solarstrom ist natürlich eine ideale Sache - wenn die Sonne scheint. Tagsüber im Hochsommer ist ein vorübergehender Stromausfall zwar ärgerlich, aber kaum lebensbedrohlich. Anders sieht es schon aus, wenn nachts im Winter der Strom ausfällt. Noch problematischer wird ein andauernder Stromausfall im Winter. Beim Wetter, wie es z.B. die vergangenen Wochen in Mitteleuropa vorherrschte, war es nachts dunkel und tags trüb - ziemlich schlechte Voraussetzungen für eine rein solarstrombetriebene Notstromversorgung.

Sinngemäss kann man das auch für Windgeneratoren durchspielen.

Speicher - also Akkus - sind das eine, Generatoren das andere. Batteriespeicher nehmen recht schnell ziemlich grosse Dimensionen an und sind teuer. Motorbetriebene Generatoren sind laut, brauchen Sprit und haben - zumindest die "Hobbygeräte" aus dem Baumarkt - meist nur recht kurze Standzeiten (wenige 100 Betriebsstunden), also nichts für Dauerbetrieb.

Kombiniert man das alles, kann man die Vor- und Nachteile der einzelnen Komponenten grossteils gegeneinander ausspielen:

- Speicherakkus dienen als Herz der Anlage und stellen 24V direkt, 12V und 230V über entsprechende Umrichter zur Verfügung
- Solarmodule liefern wann immer möglich den Strom für Verbraucher und Ladung-/Pufferung der Speicherakkus
- ein leistungsfähiger (Lade-)Generator lädt innerhalb weniger Stunden die leeren Akkus wieder auf

Wie sieht die kleinste sinnvolle Anlage aus? Ein Beispiel, wie ich das gelöst habe:

1) Ein Standard-Batteriekasten aus BW-Beständen. Nimmt zwei so genannte "Nato-Würfel" auf, vorzugsweise Blei-Gel-Akkus mit 12V und 115 Ah, die in Reihe zu einem 24V/115 Ah-System verschaltet sind. Mit in den Kasten integriert ist eine 100A-Vorsicherung, gasdicht vom Batterieraum getrennt (der übrigens belüftet ist) und eine an einer Schmalseite angebrachten Standardsteckdose (150A-"Schweinenase"). Mit zwei Natowürfeln hat man theoretisch 2,7kWh Energie gespeichert. Aus verschiedenen Gründen sollte man Akkus aber niemals "komplett" entladen, das nehmen sie übel. Üblich sind 30-50% Entladetiefe. Bei 50% wären das knappe 1,4kWh, die man mit gutem Gewissen aus dem vollgeladenen Akku entnehmen darf.

2) Solarmodule. Ich verwende in diesem Fall preiswerte 30W bzw. 50W-Module, die in China aus den Resten der in den "grossen" Auf-Dach-Solarmodulen verwendeten Solarzellen hergestellt werden. Es sind meist Streifen von monokristallinen Si-Zellen, die mit den selben Verfahren wie bei den "grossen" Modulen zusammengelötet und in eine Kunstoffbett hinter einer Glasscheibe montiert werden. Diese Module sehen aus wie verkleinerte Ausgaben der Dachmodule. Sie sind für deutlich unter 1 Euro pro Watt (Brutto-Endpreis) zu bekommen. Eine sinnvolle Mindestgrösse der Solarleistung ist 400W - also 8 Stück 50W Module. Davon werden jeweils zwei als "String" in Reihe geschaltet, man hat dann 4 Strings a 100W bei etwa 34-36V Strangspannung unter Last, was optimal für ein 24V-System passt.

3) Solar-Laderegler. Für ein 400W-System in der vorgenannten Verschaltung (4 Strings à 34-36V und 2,8A unter Last) reicht ein preiswerter 15A-Laderegler, wie z.B. der Steca PR1515 völlig aus. Er deckt mit seinen 47V max. zulässiger Eingangsspannung auch die Maximalspannung der Module (22,2V => 44,4V im String) problemlos ab. Beim Laderegler kann man beliebig viel Geld investieren: MPP-Tracking, Temperaturfühler für die Batterien usw. Das kann man aber auch später, wenn man die Anlage ohnehin vergrössern will, nachrüsten.

4) Ein Ladegenerator. Perfekt passt das "SEA1,9kW" bzw. das schallgekapselte (ansonsten baugleiche) "SEA1,9kW silent" der Bundeswehr. Es wird von einem robusten aber auch etwas derben 1-Zylinder Hatz-Dieselmotor angetrieben und liefert bis zu 68 A Strom bei bis zu 28V, also 1,9kW. Strom und Spannung sind über Drehknöpfe manuel einstellbar und an zwei Zeigerinstrumenten ablesbar. Mit dem Generator kann man die unter 1) beschriebenen 1,5kWh, die aus dem Batteriekasten entnommen wurden, innerhalb einer Stunde wieder nachladen: bei 1,9kW Ladeleistung pro Stunde und 80% "Einlagerungswirkungsgrad" der Blei-Akkus kommt man recht gut auf netto 1,5kWh, die man anschliessend wieder entnehmen kann. Praktisch ist dabei, dass sowohl das SEA1,9kW als auch der Standard-Batteriekasten mit der selben 2poligen 24V-Steckdose ausgestattet sind und mit einem "BW-Starthilfekabel" verbunden werden können.

5) Wechselrichter. Vorweg: WR sind Stromfresser. Deshalb nur so gross dimensionieren, wie man sie unbedingt braucht und nur einschalten, wenn man sie unbedingt braucht. Ein 2kW-WR hat gut und gerne 50W Eigenverbrauch, ein 600W WR nur 15W. Lieber zwei verschieden grosse WR wählen und den "dicken" nur für spezielle Fälle (Elektrowerkzeug-Einsatz o.ä.) einschalten. Generell nur WR mit "echtem Sinus", keine Trapez-WR, keine Rechteck-WR und keine mit "modifiziertem Sinus" verwenden. Nur mit echten Sinus-WR ist man auf der sicheren Seite, dass man wirklich auch alle 230V-Verbraucher-Arten betreiben kann. Einen guten Ruf haben z.B. die "Sine Power"-Geräte von Waeco oder die Phoenix Compact Reihe von Victron.

6) DC/DC-Wandler von 24/12V. Es gibt auch hier verschiedene Grundprinzipien: längsgeregelte Wandler, die die Spannungsdifferenz schlicht "verheizen", d.h. wenn der 12V-Verbraucher 50W zieht, dann tuts der DC/DC-Wandler auch - 50% Wirkungsgrad. Und es gibt getaktete Wandler, die wie ein Schaltnetzteil arbeiten und einen deutlich besseren Wirkungsgrad (meist 70-80%) bieten. Hier kommt es noch auf die Verbraucher an: an Funkgeräten und Radios können getaktete Wandler Probleme machen, da ihre 12V-Ausgangsspannung nicht ganz sauber ist (Hochfrequenzanteile drin), die man dann im Lautsprecher als Sirren hört. Ich würde auch hier einen "dicken" und einen kleinen DC/DC-Wandler vorsehen und beide wirklich nur bei Bedarf einschalten. Bei längsgeregelten Wandlern (erkennt man daran, dass sie hauptsächlich aus Kühlkörper bestehen) kann man eigentlich nicht viel falsch machen, da tuts auch China-Ware. Bei den getakteten würde ich eher zu Markengeräten greifen (Waeco und Victron sind auch hier empfehlenswert).

7) Montagemöglichkeit für Wechselrichter und DC/DC-Wandler sowie eine einfache Gleichstrom-Elektroverteilung mit 12V-Steckdosen und Sicherungen. Will man mobil bleiben, kann man das ganze auch in einen Alukoffer aus dem Baumarkt montieren, sollte dann aber ausreichende Belüftung der WR und DC/DC-Wandler vorsehen. Wer sicher gehen will, plant bei der Elektroverteilung noch einen Tiefentladeschutz ein, der die Batterien vor zu tiefer Entladung schützt und sie bei Erreichen einer einstellbaren Minimalspannung abschaltet.

Damit ist man schon mal gerüstet und hat ein relativ potentes Notstromsystem zusammen, dessen Kernkomponenten recht robust und zuverlässig sind. Die ganze Anlage kann im Notfall auch mit nem PKW transportiert werden, allerdings sollte man zwei kräftige Helfer einplanen:
- Batteriekasten bestückt: 90kg
- SEA1,9kW silent: 80kg
- Wandler-Koffer + Kabel: 20kg
- Solarmodule 8x 50W + Kabel: 50kg

Hier ein paar Bilder dazu:

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Grüsse

Tom

Hallo Dietrich,

ok, mit 7,2kWp spielst Du schon in der Oberliga der Eigenheim-Photovoltaiker mit.

Wenn Du (auch) ins öffentliche Netz einspeisen willst, ist die Auslegung der Anlage anders als bei einer reinen Inselanlage ohne Verbindung zum öffentlichen Netz, die sozusagen "Privatsache" ist.

Einspeisende Anlagen unterliegen einer ganzen Reihe Vorschriften und Richtlinien, die sich dummerweise auch sehr dynamisch ändern. So z.B. das Thema "Einspeisemanagement". Ab 2013 errichtete Anlagen unterliegen in D auch unter 30kWp installierter Leistung den Regelungen des Einspeisemanagements. D.h. der Abnehmer des eingespeisten Stroms darf Deine Anlage in Grenzen rauf- und runter regeln, was aus Sicht der Netzbetreiber und grossen Stromversorger durchaus Sinn macht, damit man Last- und Angebotsspitzen im Stromnetz abfedern kann. Bedeutet halt, dass man nicht immer soviel Strom einspeisen kann, wie die Sonne gerade liefert, sondern nur soviel, wie der Netzbetreiber gerade annehmen will. Runtergeregelte Anlagen sollen für die Umsatzeinbussen zwar entschädigt werden, aber das ganze ist noch ziemlich im Fluss.

Hinzu kommt, dass eine einspeisende Anlage während des Einspeisebetriebs "netzgeführt" ist. D.h. fällt das Netz aus, dann geht auch Deine PV-Anlage vom Netz und schaltet sich ab. Netzausfall-resistente aber dennoch einspeisefähige Inselanlagen sind im Moment noch die Exoten auf dem PV-Markt. Denn sie müssen einerseits die strengen Anforderungen an die selbsttätige Trennung der Netzverbindung bei Netzausfall erfüllen und andererseits einen Battteriewechselrichter besitzen, der ohne die 50Hz aus dem öffentlichen Netz seine eigene Netzfrequenz fürs Hausnetz während des Inselbetriebs erzeugen kann. Zudem kommt noch die möglichst nahtlose Angleichung der Netzfrequenz im Umschaltmoment von öffentlichem Netz auf Inselbetrieb. Diese Anforderungen alle unter einen Hut zu bringen, ist auch technisch nicht trivial.

Was SMA & Co. zumeist bieten, sind Nachrüstlösungen für klassische "Nur-Einspeise-Anlagen" die nur netzgeführte Wechselrichter besitzen. Systeme wie die SMA Sunny Backups enthalten einen Batteriewechselrichter und eine Umschaltautomatik. D.h. man kauft nochmal einen Wechselrichter nur für den Netzausfall-Fall. Das macht IMO nur Sinn, wenn man schon eine klassische PV-Anlage in Betrieb hat.

Anlagenkonzepte, die einen selbstgeführten Wechselrichter haben und sowohl Inselbetrieb als auch "managementfähigen" Einspeisebetrieb ermöglichen und das ganze nahtlos Umschalten können, gibt es m.W. noch nicht.

Ich selber bastele seit vergangenem Sommer an einer 4kWp- Solar-Akku-Insel, die einen Teil des Hausnetzes versorgen kann und nahtlos zwischen Netz- und Batterie-/Solarbetrieb umschalten kann. D.h. dieses Teilnetz wird im Normalfall mit selbstgemachten Strom versorgt und schaltet erst bei fehlender Sonne und leeren Akkus zurück aufs öffentliche Netz. Also eine "umgekehrte" USV wenn man so will: Batterievorrang statt Netzvorrang.

Als Kernstück der Anlage nutze ich die vormontierte Elektronik-Einheit "Flexpower One" von Outback. Hier näher beschrieben (damals noch auf 3kWp ausgelegt, sie wird jetzt aber gleich auf 4kWp dimensioniert): KLICK.

Cephalotus

Auf Netzeinspeisung "meines" Stroms verzichte ich bewusst, auch wenn es "unsolidarisch" sein mag. Ich steh der gesamten "Smart Grid"-Thematik sehr kritisch gegenüber und würde anstelle landesweiter (teurer) Energieverteilnetze bis zum letzten Baum mehr dezentrale Lösungen bevorzugen. Der einzelne Klein-Stromerzeuger und vor allem der Verbraucher wird IMO in der momentanen "Solidargemeinschaft" genauso über den Tisch gezogen, wie die solidarisch krankenversicherten, rentenversicherten usw. Menschen.

Während es bei den Sozialsystemen kaum eine Möglichkeit gibt, aus der Solidargemeinschaft auszuscheren oder sie aus Versichertensicht auch nur annähernd beeinflussen zu können, gibt einem die PV kombiniert mit Speichersystemen, erstmals die Möglichkeit, wenigstens beim Strombezug ein Stück weit unabhängig zu werden.

Das Solidar-Prinzip beim Strom sollte umgebaut werden. Nicht wie jetzt "privater Stromkunde finanziert allein die Ausnahmen der Grossverbraucher und die Subvention über Einspeisevergütungen". Sondern: "wer viel Strom braucht (Aluminiumwerk) soll sich direkt mit Kraftwerksbetreibern zusammen tun". Und "Genossenschaften, bei denen die Verbraucher eine Erzeugungsanlage gemeinsam besitzen und betreiben". Letzteres passiert in den "Energiedörfern" und aktuell auch in unserer Gemeinde, dabei bleiben Verteilnetz und Technik "in Bürgerhand".

Bei Heizanlagen mit Fest- und Flüssigbrennstoffen gibt es auch keine "Solidargemeinschaft" und trotzdem funktioniert die Versorgung mit Heizungswärme. Stromverteilnetze und zentrale Grosskraftwerke sind eine über Jahrhunderte gewachsene Infrastruktur, die man IMO durchaus hinterfragen sollte, vor allem wenn dahinter aussliesslich privatisierte und rein gewinnorientierte privatwirtschaftliche Unternehmen stecken. Was anderes wäre eine staatliche Stromversorgung oder ein Genossenschaftsprinzip, bei dem die Stromverbraucher Miteigentümer der Kraftwerke und Verteilnetze sind.

Mein wissenschaftlicher Taschenrechner funktioniert auch ganz unsolidarisch rein solar. Apple hat Patente auf Tablet-PC-Technologien, bei denen die gesamte Displayfläche zugleich Solarstrom erzeugt. Damit und mit der Weiterentwicklung stromsparender selbstleuchtender OLED-Displays und effizienter Prozessoren wird auch der Allzweckrechner daheim in ein paar Jahren ohne Netz- bzw. Ladegerät auskommen. Den Leistungsbedarf meiner Beleuchtung zuhause habe ich durch die Umstellung von Halogen auf LED auf 15% der bisherigen installierten Leistung reduzieren können (typisch hatten wir pro Raum bisher 4x35..40W Halogen, jetzt 4x5W LED). Der LED-TV braucht nur 1/3 des bis vor kurzem genutzten Röhrenfernsehers. Kühl- und Gefriergeräte sind schon "A+". Wenn Spül- und Waschmaschine fällig sind, werden sie durch warmwasserfähige ersetzt. Kochen kann man mit Gas aus der 33kg-Flasche (aussen am Haus) monatelang. Es bleibt dann nicht mehr viel übrig, was im Privathaushalt nennenswert Strom verbrauchen kann. Mein Ziel ist es, langfristig mit einem Fünftel des von den Stromversorgern als "normal" bezeichneten Durchschnittsverbrauchs (1.000kWh/Person/Jahr) auszukommen.

Aber das ist ein anderes Thema. Sorry fürs off-topic werden.

Grüsse

Tom

Hallo,

Zitat von Endzeitstimmung;126405

Ich bin ja mal gespannt wann Tom für seine unsolidarische Inselanlage Strafsteuer bezahlen darf, weil er unerlaubt den Sonnenstrom nutzt, der ja Allgemeingut ist.

so unvorstellbar ist das gar nicht. Vor allem "Einspeiser" müssen da aufpassen. Denn sie sind gewerblich unterwegs, nutzen die steuerliche Absetzbarkeit ihrer Investitionskosten, nutzen den Vorsteuerabzug und haben formal einen Gewerbebetrieb, der Strom herstellt und verkauft. Wenn nun der Inhaber (= Unternehmer) Strom aus seinem Gewerbebetrieb für sich selbst verwendet, stellt das eine "Entnahme aus Gewerbebetrieb" dar. Diese ist grundsätzlich steuerpflichtig!

Man sollte also genau abwägen, was man vorhat. Wer z.B. durch eine hohes Gehalt sehr viel Steuern zahlt, kann durch "Verluste aus Gewerbebetrieb" seine Steuerlast dämpfen. Wenn man die Investition der PV-Anlage so gut wie möglich steuerlich absetzen möchte und in der Anfangsphase plausibel machen kann, dass er mehr ausgibt, also durch Stromverkauf reinkommt, kann die Umsatzsteuerdifferenz zurückbekommen. Aber er muss dann den Eigenverbrauch aus seinem Kraftwerksbetrieb versteuern. Oft geben sich die Finanzämter mit einem pauschalierten Ansatz zufrieden. Das Prinzip der steuerpflichtigen Eigenentnahme gilt auch für gewerbliche Brennholz-Produzenten und Landwirte. Vielen ist das nicht bekannt und das Geheule ist gross, wenn nach einer Betriebsprüfung durch das Finanzamt eine hohe Nachzahlung und künftige Besteuerung festgelegt wird...

Sollte mein "schlechtes Vorbild" Schule machen und die Privathaushalte in nennenswertem Umfang anfangen, unsolidarisch "freie" Solarenergie zu nutzen, ohne dem Staat was davon abzugeben, wird es garantiert eine Steuer da drauf geben. Könnte man z.B. in die Grundsteuer mit reinpacken, abhängig von der solaren Einstrahlung auf das Grundstück einen quadratmeterbezogenen Aufschlag.

Ich sehe das aber gelassen, halte netzunabhängige Inselstromanlagen aber schon allein aus "Prepper"-Sicht für eine Notwendigkeit. Man muss es ja nicht gleich übertreiben. Ein im Notfall schnell ans Balkongeländer montierbares solares Notstrom-Modul kann ja auch dazu dienen, lediglich Notbeleuchtung und Kommunikationstechnik aufrecht zu erhalten. Deshalb muss man ja seinen Stromliefervertrag mit dem Versorger nicht kündigen, das kann ja alles parallel laufen.

Eine kleine Lösung des von mir eingangs beschriebenen Solar-Akku-Wechselrichter-Systems habe ich auch schon durchgespielt:

- 2x 30Wp Solarmodule über zwei Scharniere gekoppelt wie ein "Solarkoffer", dazu zwei Aufstellstangen und Haken für die Montage an Balkongeländern
- ein kleiner Solar-Laderegler
- ein 38Ah-Blei-Gel-Akku
- ein kleiner 230V-Wechselrichter mit 150W
- zwei 12V-Zigarettenanzünder-Steckdosen

Das ganze passt bis auf die Solarmodule in einen Pilotenkoffer aus Alu (passt natürlich auch woanders rein, aber den hatte ich grade). Hintergedanke ist ein Blackout-Szenario, bei dem die diversen 1-Personen-Haushalte in unseren Familien mit einer Stromquelle versorgt werden sollen, um z.B. etwas Beleuchtung, Radio, Akkuladegeräte und ein CB-Funkgerät stundenweise betreiben zu können.

Grüsse

Tom