Der Wechselrichter Inselbetrieb - ein intelligentes Managementsystem

Eine wünschenswerte Vorstellung ist eine vollkommen unabhängige PV-Anlage, die nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden ist. Ist diese Vorstellung in der Realität durchführbar oder nur eine Fantasie? Welche Herausforderungen sind durch den Inselbetrieb zu meistern? Welche technischen Vorkehrungen müssen getroffen werden, um ein funktionierendes Inselsystem zu schaffen?

Eine der technischen Komponenten ist ein Wechselrichter für das Inselsystem, welcher unbedingt benötigt wird. Was im Weiteren notwendig ist, erfahren Sie in diesem Beitrag.

In der Regel ist eine PV- Anlage mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden. Durch die Verbindung mit dem Stromnetz wird ermöglicht, dass der Wechselrichter seine Arbeit ausführen kann. Das bedeutet jedoch nicht, dass mit der Verbindung zum Stromnetz auch dieser Strom bezogen wird und somit Kosten verursacht.

Bei einem Inselbetrieb hingegen kommt es zu keiner Verbindung mit dem Stromnetz. Tatsächlich bedeutet Inselbetrieb, dass die PV- Anlage komplett vom Stromnetz und dem Hausarzt getrennt ist. Es bestehen somit keine physischen Verbindungen mit der PV Anlage.

Diese Tatsache birgt jedoch Herausforderungen, die überwunden werden müssen. Der Wechselrichter im Inselbetrieb wandelt ebenfalls den erzeugten Gleichstrom der PV-Anlage in Wechselstrom um. Eine PV-Inselanlage mit Wechselrichter im Inselbetrieb ist in diesem Fall nicht mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden. Trotzdem sind die Komponenten dafür zuständig, dass Verbraucher mit Strom versorgt werden.

Wie bei einer gängigen PV- Anlage wandelt der Wechselrichter im Inselbetrieb den Gleichstrom im Haushalt gebräuchlichen Wechselstrom um. Eine PV-Inselanlage muss somit einen Laderegler und einen Wechselrichter für den Inselbetrieb besitzen, um den erzeugten Solarstrom zu speichern und das System vor einer Überlastung zu schützen.

In der Regel wird bei jeder Inselanlage der Stromspeicher immer nach Modulen und dem Regler installiert. Der Wechselrichter für den Inselbetrieb übernimmt hier die Aufgabe eines normalen Wechselrichters. Einzig die Tatsache, dass der Wechselrichter im Inselbetrieb die Möglichkeit hat, den Takt selbstständig ein und aus zu schalten, bewirkt, dass keine Verbindung zum öffentlichen Stromnetz bestehen muss.

So kommt es dazu, dass der Inselwechselrichter im Betrieb den Solarstrom direkt von den Modulen entnimmt und umgewandelt zur Nutzung an die Verbraucher abgibt. Wird von den Solarmodulen nicht genügend Strom erzeugt, wird gespeicherter Strom entnommen, umgewandelt und weitergegeben. Der intelligente Wechselrichter für den Inselbetrieb übernimmt somit das Management der Energie. Zudem kann er auch das Tracking und das Monitoring durchführen.

Wichtig: Fällt die Fotovoltaikanlage einmal aus und erzeugt keinen Strom, können andere Stromquellen zum Inselbetrieb hinzugefügt werden. So zum Beispiel ein Blockkraftwerk oder eine Windenergieanlage. Der Wechselrichter im Inselbetrieb ist fähig, jeden erzeugten Strom umzuwandeln.

Die Funktionsweise des Wechselrichters im Inselbetrieb ist fast genauso wie die der normalen Wechselrichter. Er wird jedoch nur für Inselanlagen eingesetzt. Beim Camping oder generell im Outdoor-Bereich kommen kleine Wechselrichter für den Inselbetrieb, die eine sehr niedrige Eingangsspannung aufweisen, zum Einsatz. Diese weisen zumeist eine Eingangsspannung von 24 V oder 12 V auf.

Die Wechselrichter für den Inselbetrieb mit mittlerer oder auch größerer Eingangsspannung werden in Ferienhäusern, Gartenhütten oder auch in entlegenen Dörfern eingesetzt. Eigentlich immer dann, wenn ein höherer Strombedarf besteht und die Verbindung zum öffentlichen Stromnetz nicht möglich ist.

Des Weiteren kommen Wechselrichter im Inselbetrieb auch im öffentlichen Bereich zum Einsatz. So zum Beispiel in abgelegenen Messstationen, bei Parkautomaten, Telekommunikationsanlagen oder aber für Verkehrsleistungen, wenn diese mit Strom versorgt werden müssen. Es besteht zudem die Möglichkeit, Krankenstationen mit Notstrom zu versorgen durch einen Wechselrichter im Inselbetrieb.

Kaum Anwendung findet der Wechselrichter für den Inselbetrieb in privaten Wohngebäuden. Zwar würde er vollständige Autarkie gewähren, jedoch besteht keine Möglichkeit, zusätzlichen Strom in einem Notfall zu beziehen. Außerdem müsste die PV-Inselanlage sehr groß dimensioniert werden, um den Strombedarf eines Wohngebäudes decken zu können. Diese hohen Investitionskosten sind zumeist unwirtschaftlich.

Der verwendete Wechselrichter für den Inselbetrieb sollte unbedingt mit einer Sinus-Funktion ausgestattet sein. Diese Funktion ist äußerst wichtig, wenn zum Beispiel ein Fernseher oder ein Laptop mit dem erzeugten Solarstrom betrieben werden sollen. Der Wechselrichter gibt selbst den Takt vor und bekommt diesen nicht vom Netz vorgegeben. Dadurch kann es dazu kommen, dass die Ausgangsspannung von der Sinusform abweichen kann. Dies kann bei empfindlichen Geräten Schäden anrichten. Wechselrichter im Inselbetrieb mit Sinus-Funktion verhindern diese Schäden.

Nicht zu vergessen ist darauf zu achten, dass der Wechselrichter im Inselbetrieb auf die maximale Leistung der verwendeten Verbraucher ausgerichtet sein sollte. Ist die Leistung zu niedrig ausgelegt, kann dies zur Folge haben, dass der Wechselrichter komplett getauscht werden muss. Es besteht keine Möglichkeit, einen Wechselrichter für den Inselbetrieb in späterer Folge zu erweitern! Es sollte daher beim Wechselrichter für den Inselbetrieb nicht beim Geld gespart werden, da es sonst dazu kommen könnte, doppelte Ausgaben zu haben.

Bei einer PV-Inselanlage mit einem Wechselrichter speziell für den Inselbetrieb besteht keine Verbindung mit dem offiziellen Stromnetz. Dadurch gestaltet sich die Versorgung eines Haushaltes etwas schwieriger. Kommt es zu Verbrauchsspitzen im Haushalt, muss somit der gesamte Strombedarf durch das PV-System abgedeckt werden.

Das bedeutet, das PV System muss gut durchdacht und außerordentlich gut dimensioniert werden. Andernfalls ist die Versorgungssicherheit nicht gegeben. Eine Inselanlage muss daher sehr großzügig bemessen und es muss auf das Lastprofil geachtet werden.

Zudem muss die Anlage auch an Tagen mit widrigen Wetterverhältnissen den benötigten Strom decken können. Nicht zu vergessen, dass auch nachts Strom benötigt wird. Es ist nicht möglich, mit der Inselanlage alleine den benötigten Strom zur Verfügung zu stellen. Ein Stromspeicher ist somit unumgänglich.

Kommt es jedoch dazu, dass an mehreren Tagen nicht ausreichend Strom erzeugt werden kann und der Stromspeicher nicht vollständig geladen wird, wird Ersatz benötigt. Ein eigenständiges Inselsystem benötigt daher zusätzlich einen anderen Energieerzeuger. Das bedeutet, dass zum Beispiel ein Dieselgenerator vor Ort sein sollte.

Das Inselsystem ohne Stromspeicher zu betreiben ist nicht machbar. Es wäre nicht wirtschaftlich, wenn ständig ein Generator dafür sorgen müsste, Strom zu erzeugen. Dadurch ist ein Stromspeicher unbedingt notwendig! Die Kapazität des Stromspeichers schon beim Kauf zu beachten, ist außerordentlich wichtig. Es sollte daher vor dem Kauf der benötigte Strombedarf festgestellt werden, um keine Versorgungslücken entstehen zu lassen.

Des Weiteren muss auf die Ladeleistung des Stromspeichers geachtet werden. Wird der Stromspeicher während des Tages geladen und nebenbei Verbraucher versorgt, kann die komplette Leistung genutzt werden. Wird hingegen abends und nachts nur aus dem Stromspeicher Energie genutzt, dann ist darauf zu achten, dass die Entladeleistung nicht das Maximum erreicht. Die Ladeleistung sollte daher immer höher gewählt werden, als die endgültige Verbrauchsspitze ausmacht.

Zudem beeinflussen die unterschiedlichen Jahreszeiten und Wetterbedingungen zusätzlich die Stromerzeugungsmenge. Ein Stromspeicher kann vorübergehend den notwendigen Strom zur Verfügung stellen. Daher ist die Planung der Inselanlage individuell an die Bedürfnisse anzupassen.

Sicherlich stellt sich jetzt die Frage, ob ein PV Inselsystem sinnvoll ist. Eine Inselanlagen mit einem Wechselrichter für den Inselbetrieb und einem Stromspeicher sind nur an abgelegenen Orten sinnvoll. Zum Beispiel wenn Hütten auf einem Berg mit wenigen Verbrauchern mit Strom versorgt werden sollen. Auch für Gartenhütten, die in einiger Entfernung vom Hauptgebäude stehen, ist eine Inselanlage empfehlenswert, wenn in dieser Stromverbraucher benutzt werden möchten.

Im Großen und Ganzen ist in Deutschland eine sehr gute Infrastruktur gegeben und Inselanlagen werden dadurch nicht notwendig. Aus diesem Grund sind Inselanlagen im Bereich der Kosten im höheren Bereich zu finden. Hingegen ist im Süden Deutschlands auf den klassischen Alm- und Berghütten eine Inselanlage etwas ganz Normales.

Grundsätzlich kann gesagt werden, dass überall da, wo keine Stromversorgung durch das öffentliche Stromnetz gegeben ist, eine Inselanlage sinnvoll ist. Nicht zu vergessen, dass Inselanlagen auch auf Wohnmobilen, Booten oder Schiffen eingesetzt werden können!