Grundlagen: PV-Anlage mit Solarspeicher

PV On-Grid Hybrid Anlage mit Solarspeicher. Solarstrom wird tagsüber im Akku gespeichert, und am Abend verbraucht

Der vorherige Beitrag hat aufgezeigt, dass wir mit Solarspeicher die erzeugte Solarenergie besser ausnutzen können.

Eine PV Anlage mit Solarspeicher ist in der Lage, überschüssige Energie im Solar-Akku zu “parken”. Die Energie eines sonnenreichen Tages wird im Solar-Akku gespeichert, und kann später in den Abendstunden verbraucht werden. Theoretisch kann so der gesamte Tagesbedarf eines Einfamilienhauses in wenigen Sonnenstunden eingesammelt, und im Akku gespeichert werden.

In der Praxis funktioniert eine Solaranlag mit Speicher natürlich nur dann, wenn das Solardach genug Strom produziert, und der Solarspeicher die produzierte Energiemenge auch speichern kann. Wichtig ist also die richtige Dimensionierung des Gesamtsystems.

Das folgende Beispiel gilt für eine fröhliche vierköpfige Familie in einem Einfamilien- oder Reihenhaus:

Unsere PV Anlage besteht aus 16 Solarmodulen mit einer realen Gesamtleistung von 5 kW.
(Wenn du wissen willst, weshalb gerade die Zahl 16 – schau in den Infokasten)
Nehmen wir an, dass die Sonne nur 3 Stunden am Tag scheint. In dieser kurzen Zeit kann deine Solaranlage 15 kWh Energie produzieren.
Damit keine Energie verloren geht, planen wir einen Solarspeicher mit einer Kapazität von 10 kWh ein.
(Die Begründung, woher die Zahl 10 kommt – findest du im Infokasten)
Ein typisches Einfamilienhaus braucht ca. 5500 kWh Elektroenergie im gesamten Jahr. Unsere Beispielfamilie braucht also etwa 15 kWh pro Tag.
Fazit: In nur 3 Sonnenstunden kann dir deine Solaranlage den kompletten Tagesbedarf an Energie liefern.
das ging jetzt zu schnell?
Wenn du das Beispiel noch einmal Schritt für Schritt nachrechnen willst, schau in den – richtig – Infokasten auf dieser Seite.

Wie im Bild dargestellt, besteht ein Solarspeicher aus einem Paket miteinander verbundener Akkus. Prinzipiell könnte man einfach mehrere Autobatterien zusammenschalten – das hätte jedoch viele technische Nachteile (Gasentwicklung, Haltbarkeit, verfügbare Kapazität, etc.). Deshalb werden in modernen Solarspeichern vorzugsweise Lithium-Ferrit-Phosphat Akkus (LiFePo4 ) eingesetzt. Typisch ist eine Kombination von 16 LiFePo4 Zellen in einem stabilen Metallkasten, und einer Gesamtspannung von 51,2V. Das nennt man dann “LiFePO4 Solarspeicher”.
Mitunter werden auch Blei-Säure- oder Blei-Gel-Akkupacks als Solarspeicher angeboten. Hiervon ist jedoch aufgrund des schlechten Wirkungsgrades, sowie der deutlich kürzeren Haltbarkeit dringend abzuraten. Immerhin reden wir von einer Investitionen mehrerer tausend Euro allein in den Solarspeicher.
Warum nehmen wir 16 Solarmodule für unser Beispiel – und nicht z.B. 17 oder 11? Das hat 3 praktische Gründe:
1. Es sollte eine gerade Anzahl sein. Hintergrund ist die Zusammenschaltung der Module in sog. “Strings”. Aber dazu später mehr. Merken wir uns vorerst, dass eine gerade Modulanzahl keine schlechte Idee ist.
2. Die Dachhälfte eines typischen Reihenhauses nimmt bis zu 16 moderne Module der 400 Watt-Klasse auf. Wichtig hierbei ist natürlich eine fachgerechte Montage. Details hierzu erklären wir in einem späterer Beitrag.
3. Eine Anzahl von 16 Modulen ist eine realistische Größe, um dir ausreichend Strom für deinen Tagesbedarf zu liefern. Generell gilt: Eine sonnenbeschienene Dachfläche solltest du maximal ausnutzen, um auch in den Wintermonaten genügend Strom zu haben.
Die Solarmodule im Beispiel liefern pro Modul 400 Watt Peak bei einer Modulgröße von ca.1,9 Quadratmeter, was dem heutigen Stand der Technik entspricht. Als “Peak-Leistung” wird die theoretische Spitzenleistung bei maximaler Sonneneinstrahlung bezeichnet. Die reale Leistung liegt deshalb immer unterhalb der Peak-Leistung. Wir rechnen in unserem Beispiel mit realistischen 310 Watt. Bei 16 Modulen sind das ca. 5000 Watt oder 5 kW.
Unterschiede zwischen Theorie und Praxis gelten nicht nur für die Solarmodule, sondern für die gesamte Kette vom Modul bis zum Verbraucher. Beim Umwandeln und Speichern von Energie geht immer auch ein kleiner Teil der Energie in Form von Wärme verloren. Moderne LiFePO4 Solarspeicher wie auch Wechselrichter haben einen sehr guten Wirkungsgrad von bis zu 98%. Über die gesamte Speicherkette ist es dennoch zutreffender, mit einem Verlust von etwa 10% zu rechnen. Das haben wir in unserem Rechenbeispiel mit bewusst niedrig angesetzten Kenngrößen (z.B. geringe Sonnendauer, realistische Modul-Leistung, etc.) bereits berücksichtigt.
Der Solarspeicher muss nicht den gesamten Tagesbedarf abdecken, weil wir ja schon während der Sonnenstunden einen Teil der Energie im Haus für Dauerverbraucher wie Kühlschrank oder andere Verbraucher nutzen können. Deshalb setzen wir nicht eine Kapazität von 15kWh an, sondern “begnügen” uns mit 10kWh.
Ein größerer Solarspeicher schadet natürlich nichts. Es gilt die scherzhafte Regel: Speicher kann man durch nichts ersetzen, außer durch noch mehr Speicher. Würde man den Speicher hypothetisch auf 20 kWh verdoppeln, könnte man z.B. einen ganzen Regentag mit der gespeicherten Energie des Vortages überbrücken. Allerdings sollten die Solarmodule auch genug Strom für solche Dimensionierungsvarianten liefern. Die Dimensionierung des Gesamtsystems muss stimmen.
Unsere Solaranlage funktioniert übrigens auch im Winter. Natürlich wird im Winter durch den niedrigeren Sonnenstand weniger Strom erzeugt, aber immer noch genug, um eine nennenswerte Menge Solarenergie zu produzieren. Wer schon mal einen Sonnenbrand beim Skifahren bekommen hat, weiß wovon die Rede ist. Nicht die Lufttemperatur ist entscheidend für die Energiemenge, sondern die Strahlungsenergie. Mach einfach den “Gesicht in der Sonne” Test.
Um Solarenergie zu produzieren, brauchen wir Sonnenschein. Je intensiver und länger, desto besser. Im Sommer können wir durchaus mit 10 Stunden nutzbarem Sonnenschein rechnen. Im Winter sind es nur 5 Stunden. Mitunter ist es bewölkt – dann produzieren die Solarmodule wenig oder keinen Strom.
Um nicht zu schummeln, nehmen wir deshalb einen durchschnittlichen Tag im April, und rechnen mit pessimistischen 3 Stunden Sonnenschein. In dieser Zeit kann dir deine Solaranlage dennoch bis zu 15 kWh Energie sammeln.
Die Rechnung ist wie folgt: 3 Stunden Sonnendauer x 5 kW Solarleistung = 15 kWh Solarenergie.
Zusatz-Info: “kW” (Kilowatt) ist das Symbol für die Leistung. Das ist die “Strom-Power” deiner Solarmodule. 1 kW entspricht 1000 Watt. Damit könntest du zum Beispiel einen 1000 W Heizlüfter anschalten, so dass er richtig schön warme Luft produziert.
“h” ist das Symbol für Stunde. Produzierst du 1 Stunde lang Strom mit einer Power von 1 kW, so entsteht eine Energiemenge von 1 Kilowattstunde (kWh). Mit dieser Energiemenge könntest du dich eine Stunde vor dem 1000 W Heizlüfter wärmen.
Jetzt rechnen wir unseren Tagesbedarf noch einmal nach: Eine vierköpfige Familie in einem Einfamilienhaus benötigt ca. 5500 kWh im Jahr. Wir teilen diesen Jahresbedarf durch 365 Tage: 5500 kWh / 365 = ca. 15 kWh am Tag.
Fazit: Pro Tag brauchen wir 15 kWh Energie. Und genau diese 15 kWh Energie kann uns unsere Beispiel-PV-Anlage in nur 3 Stunden Sonnenschein liefern.
Selbstverständlich ist das nur ein Beispiel. Die Familie kann natürlich viel sparsamer sein. Oder das Jahr ist total verregnet, und es gibt weniger Sonnenschein als erhofft. Oder auf dein Dach passen viel weniger Module, weil du ein 4×4 Meter großes Luxus-Dachfenster eingebaut hast. Oder auf dein Dach passen viel mehr Module, weil du ein Ost-West Dach besitzt, und deshalb beide Dachhälften nutzen kannst. Oder du willst gar keine PV-Anlage bauen, weil bei dir der Strom aus der Steckdose kommt? Egal – wenn du es bis hierhin geschafft hast, dann gefällt dir unser Solar-Wiki, und darüber freuen wir uns!

Für den Aufbau einer PV-Anlage brauchst du allerdings mehr als nur ein Beispiel und guten Willen. Unser Solar-Wiki bietet dir deshalb viele interessante Infos, technische Grundlagen, und Tipps aus der Praxis.

Ausreichend Solarspeicher ist eine Voraussetzung, um Energiekosten einzusparen. Der folgende Beitrag “Inselanlage (Off-Grid-System)” zeigt, wie du unbürokratisch deine eigene Solaranlage für den Eigenbedarf errichten kannst.

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