Photovoltaik-Inselanlagen: Autonomie mit Vor- und Nachteilen

Was stellst du dir unter einer Photovoltaik-Inselanlage vor? Eine kleine Insel aus Sand mitten im Meer, die mit PV-Modulen ausgestattet ist? Ganz falsch ist diese Idee nicht. Aber Genaueres dazu erfährst du im folgenden Text.

Von Inseln und Almen: Die Arten von Inselanlagen

Tatsächlich handelt es sich bei der Betitelung „Inselanlage“ nicht (nur) um die Stromerzeugung auf einer Insel. Vielmehr geht es darum, dass es Gebiete gibt, in denen überhaupt kein öffentliches Stromnetz oder zumindest kein Anschluss daran existiert oder die Errichtung dessen zu teuer und aufwändig wäre. Diese Situationen kommen auf einer Insel durchaus vor, wodurch sich vielleicht die Bezeichnung „Inselanlage“ entwickelt hat - wahrscheinlicher, dass die Anlage isoliert ist, wie eine Insel. Doch auch in Österreich gibt es Regionen, die vom öffentlichen Netz nicht erreicht werden, bzw. nicht erreicht werden können. Dazu zählen vor allem Alm- und Berghütten, aber auch abgelegene Wochenendhäuser.

Diese Off-Grid-Systeme gibt es den folgenden Konfigurationen:

• Bei einer direkten Kopplung wird der von der Photovoltaik-Anlage erzeugte Strom sofort von den Verbrauchern abgenommen. Dies ist jedoch nur möglich, wenn Schwankungen in der Erzeugung zumindest zeitweise toleriert werden können. Somit handelt es sich oft um Ventilatoren, Pumpen und Kleinmotoren, bei denen dies eingesetzt wird.
• Ein Inselsystem mit Speicher unterscheidet sich nicht stark von einer netzgekoppelten Anlage. Es werden zusätzlich eine Batterie sowie ein Laderegler benötigt. Näheres dazu erfährst du im Abschnitt „Komponenten deiner Inselanlage mit Speicher“.

• Im Hybridbetrieb wird zusätzlich ein Generator, der meist mit Benzin oder Diesel, aber auch mit Windkraft betrieben werden kann, an die Batterie angeschlossen. Somit ist die Stromversorgung langfristig sichergestellt, sollte die Sonne aufgrund der Wetterverhältnisse nicht scheinen.
• Grundsätzlich lässt sich auch deine normale PV-Anlage zu einem System, das auch als Inselanlage funktionieren kann, umwandeln. Inwiefern dies möglich ist, hängt von deinem Wechselrichter ab. Zudem ist die Zulassung des Netzbetreibers dafür notwendig.

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Komponenten deiner Inselanlage mit Speicher

Grundsätzlich ist der Aufbau einer Inselanlage sehr ähnlich einer netzgekoppelten Installation. Es kommen nur zwei Bestandteile hinzu: die Batterie und eine Laderegler, wobei der Regler bei den meisten Systemen bereits in der Batterie integriert ist. Um trotzdem nochmals einen Überblick zu schaffen, wollen wir dir nachfolgend alle Komponenten und deren Zweck kurz erklären!

• Die Solarmodule, die üblicherweise auf deinem Dach installiert werden, sorgen dafür, dass aus dem auftreffenden Sonnenlicht Strom erzeugt wird. Eine detaillierte Erklärung dazu findest du auch in unserem Blogbeitrag zu Solarpanels.
• Vor allem bei kleineren Inselsystemen reicht oft ein Gleichstromsystem, das jedoch die Verwendung von 12-Volt-Verbrauchern erfordert. Dennoch ist es häufig, dass ein Wechselrichter angeschlossen wird, der den Gleichstrom in einen 230-V-Wechselstrom umwandelt, was jedoch mit höheren Verlusten verbunden ist.
• Die Batterie stellt wohl das Herzstück einer Photovoltaik-Inselanlage dar, da sie die erzeugte Energie der Solarmodule speichert und bei Bedarf abgeben kann. Somit wird die Stromproduktion vom Verbrauch entkoppelt. Damit ist es dir möglich, auch während der Nachtstunden selbst hergestellten Strom zu nutzen.  Genaueres dazu findest du auch in unserem Blogbeitrag zum Thema Batterien für Photovoltaikanlagen.
• Der Laderegler ist bei einer Inselanlage eine sehr wichtige Komponente, da dieser die Batterie einerseits vor einer Tiefentladung und andererseits auch vor einer Überladung schützt. Beide Zustände können der Batterie nämlich schaden und die Lebensdauer dieser verkürzen. Der Laderegler hilft dabei, dass das Ladeverhalten an die Batterie und an die Produktion in den Solarmodulen angepasst wird.

Batteriedimensionierung für die Planung deines PV-Inselsystems

Besonders wichtig bei einem Inselsystem ist die richtige Dimensionierung deiner Batterie! Sie sollte nach deinen spezifischen Ansprüchen ausgelegt werden, wobei dein voraussichtlicher Verbrauch an Energie pro Tag, der mögliche Tagesertrag und die örtliche Einstrahlung berücksichtigt werden sollen. Die Größe deiner Batterie sollte somit bestmöglich auf Bedarf und Leistung abgestimmt werden. Die Batteriekapazität kannst du dir, wie nachfolgend beschrieben, auch selbst ausrechnen:

1.  Du schätzt alle Verbraucher im Haushalt (Leistungsaufnahme in Watt) und ihre mögliche Betriebszeit pro Tag ab und multiplizierst beides miteinander (Resultat in Wattstunden bzw. Kilowattstunden pro Tag). Damit hast du deinen täglichen Gesamtleistungsbedarf errechnet.

2. Den Strombedarf pro Tag aus dem Schritt 1 multiplizierst du einfach mit der Anzahl der Tage, für die die Stromversorgung sichergestellt sein soll, wobei üblicherweise 3 Tage angenommen werden. Auch hierbei ist wieder eine zusätzliche Reserve von etwa 30% sinnvoll zu berücksichtigen. Teilst du nun diesen Bedarf (in Watt- bzw. Kilowattstunden) durch die Spannung der Batterie, die für gewöhnlich 12 V beträgt, ergibt sich die notwendige Kapazität (in Amperestunden). Hinweis: Wird eine Bleibatterie in Erwägung gezogen, so verdoppelt sich dieser Wert, da diese nur zu 50% entladen werden darf.

Beispielrechnung zur Veranschaulichung:

• Systemautonomie = 194 Wh * 3 Tage = 582 Wh
• Systemautonomie * 1,3 (30% Kapazitätsreserve) = 756,6 Wh
• Batteriekapazität = 756,6 Wh / 12 V = 63,05 Ah

Wir brauchen als eine Kapazität von mindestens 63 Ah (Amperestunden).

• Annahme Bleibatterie: Ergebnis mit 2 multiplizieren: Das heißt also 63,05 Ah x 2 = 126,1 Ah

Vor- und Nachteile von Inselsystemen

Ein großer Pluspunkt von Inselbetrieben ist definitiv, dass kein Anschluss an das öffentliche Netz benötigt wird. Dies bringt auch einen Vorteil, wenn ein Blackout eintreten sollte. Damit lässt sich dieses System auch zur Notstromversorgung anwenden. Zudem wird mit einer Inselanlage eine 100%ige Autarkie garantiert, also eine vollständige Unabhängigkeit beim Strombezug. Damit ist der Eigenverbrauch des selbst produzierten Stroms in einem viel höheren Ausmaß möglich, was vor allem in abgelegenen Regionen wichtig ist.

Dennoch kann der fehlende Anschluss ans Stromnetz auch nachteilig sein, vor allem in Zeiten, in denen die Photovoltaik-Anlage nicht so viel Strom produziert. Zudem ist ein Inselbetrieb ohne Batterie als teure Komponente nicht möglich, wodurch sich die Amortisationszeit des gesamten PV-Systems verlängert. Außerdem können bei der Speicherung bis zu 30% der Energie verloren gehen.

Fazit - Gut für die abgelegene Alm

Wenn du eine Photovoltaik-Inselanlage betreiben möchtest, solltest du dich in jedem Fall mit dem Netzbetreiber in Verbindung setzen. Der Betrieb eines solchen Systems ist in Österreich grundsätzlich erlaubt, kann jedoch auf Seiten des Netzbetreibers an Vorgaben gebunden sein.

Besonders in Regionen, in denen ein Netzausbau nicht möglich oder zu teuer ist, ist eine Lösung wie der Inselbetrieb einer PV-Anlage sehr attraktiv und umweltfreundlich. Bei der Installation am normalen Wohnsitz ist die Anschaffung vor allem eine Frage der Kosten. Alles in allem haben Photovoltaik-Inselanlagen großes Potential, das in der Zukunft sicher mehr und mehr genutzt werden könnte. Doch wenn es nicht notwendig ist, ist ganz klar zu empfehlen auf eine PV-Anlage zu setzen, die an das Stromnetz angeschlossen ist.

Häufig gestellte Fragen  

Was ist eine Inselanlage?

Bei einer Inselanlage geht es darum, dass es eine isolierte Anlage ist, die durch Solarenergie Strom erzeugen kann.  Dies ist hilfreich für Gebiete, in denen überhaupt kein öffentliches Stromnetz oder zumindest kein Anschluss daran existiert oder die Errichtung dessen zu teuer und aufwändig wäre.  Komponenten einer Solar-Inselanlage sind die Solarmodule, der Wechselrichter, ein Laderegler und in den meisten Fällen auch ein Speicher, also eine Batterie.

Welche Batterie benötigt eine Inselanlage?

Die Batterie sollte nach deinen spezifischen Ansprüchen ausgelegt werden, wobei dein voraussichtlicher Verbrauch an Energie pro Tag, der mögliche Tagesertrag und die örtliche Einstrahlung berücksichtigt werden sollten. Die Batteriekapazität kannst du dir, wie oben anhand eines Beispiels beschrieben, auch selbst ausrechnen.

Systemautonomie = Verbrauch in Wh * X Tage = X Wh

Systemautonomie * 1,3 (30% Kapazitätsreserve) = X Wh (deine benötigte Batteriekapazität)