Inselsystem mit Victron - PV Strom ohne Netzanbindung

Definition einer Inselanlage

Oft werden die Begrifflichkeiten Notstrom, Ersatzstrom und Inselsystem gerne untereinander verschmischt. Oft wird das eine mit dem anderen gemeint. Die genauen Unterschiede könnt ihr euch aber hier ansehen: Notstrom, Ersatzstrom oder Inselbetrieb - wo liegen die Unterschiede?

Was das Inselsystem betrifft, ist davon die Rede sobald eine Anlage dauerhaft ohne Anbindung ans öffentliche Netz funktioniert. Als Anwendungsbeispiele dienen hier zum Beispiel Gebirgshütten und Gebäude wo eine eine Anbindung ans Stromnetz nicht möglich ist. Es muss also nicht zwingend eine Anlage auf einer einsamen Insel wie am Titelbild sein, wenn eine Inselanlage gemeint ist

Wir sehen uns in diesem Artikel an wie so ein Inselsystem aussehen kann. Als Beispiel dazu dient ein Inselsystem von Victron.

Schon seit vielen Jahren bietet Victron Insellösungen an. Doch dabei besteht ein solches System nicht zu 100% aus Victron Komponenten. Der Victron Inverter Charger ist dabei aber das Herzstück und macht einen Inselbetrieb überhaupt möglich. Wie das genau funktioniert sehen wir uns nun an.

Victron Inverter Charger

Wie der Name schon verrät, handelt es sich dabei sowohl um einen Wechselrichter als auch um einen Batterie-Laderegler. Beides ist einem Gerät verpackt. Dabei sehen wir uns die Inverter Charger MultiPlus-II und Quattro-II genauer an.

Was macht der Inverter Charger nun? Für ein besseres Verständnis möchte ich das anhand eines Anlagenschemas genauer erklären.

Ziel in einem Inselsystem ist es ja zu jeder Zeit seine Verbraucher mit eigenen PV Strom zu versorgen. Tagsüber am besten direkt vom Dach und Nachts aus der gespeicherten Energie in der Batterie. Ein öffentliches Netz, in das zurückgespeist werden kann oder sogar bezogen wird, gibt es hier nicht.

In der Mitte finden wir also den Inverter Charger Victron MultiPlus-II. Dieser besitzt einen Eingang auf der AC Seite und einen Eingang auf der DC Seite. Dazu auf der rechten Seite noch den AC Ausgang.

Bei den beiden Eingängen nimmt er also Leistung auf und am AC Ausgang stellt er ein eigenständiges Netz zur Verfügung. An diesem AC Ausgang hängen auch die Lasten und Verbraucher dran. Was wir hier ebenfalls finden, ist der Wechselrichter.

Aber weshalb hängt dieser nicht einfach am AC Eingang vom Inverter Charger? Aufgepasst! - wir wissen bereits, die meisten Wechselrichter sind Netz-gekoppelte Wechselrichter. Sie brauchen ein Netz auf welches sie sich synchronisieren können. Ist aber überhaupt kein AC Netz vorhanden, gibt es auch keine Wechselrichter Produktion. Das ist auch der Grund wieso ein Inselsystem mit dem Wechselrichter alleine nicht möglich ist. Darum hängt dieser auch am AC Ausgang, da er hier ein Netz vom Inverter Charger vorgegeben bekommt. Der Wechselrichter kann dann die Verbraucher versorgen und gegebenenfalls den Überschuss auch in der Batterie speichern.

Möchte man am Ausgang ein Netz aufbauen, muss zuerst natürlich auch mal was am Eingang kommen. Dazu dient primär der Batterieeingang. Am DC Eingang der Batterie ist zudem noch eine PV Anlagen mit MPP Laderegler vorhanden. Da hier keine zusätzliche AC/DC Wandlung stattfindet, kann hier der Speicher sehr effizient mit PV Strom aufgeladen werden. Zudem braucht der MPP Laderegler kein AC Netz wie der Wechselrichter am AC Ausgang. Nur den MPP Laderegler zu verwenden, wäre auch auch keine gute Lösung, da sonst alle Verbraucher über die Batterie raus versorgt werden müssten, und das würde sich ziemlich schlecht auf den Wirkungsgrad auswirken. Dabei sprechen wir bei der direkten Versorgung vom Wechselrichter von einem Wirkungsgrad von 98%, während die Versorgung aus der Batterie raus einen Wirkungsgrad von etwa 80% bedeutet. Das ist schon ein beachtlicher Unterschied. Der beste Fall wäre also, seine Verbraucher mit mit dem PV Strom vom Wechselrichter zu versorgen. Die MPP Laderegler können zudem ganz effizient die Batterie laden.

Wie wir links im Bild sehen ist es auch möglich ein Dieselaggregat anzuschließen. Primär soll natürlich alles aus PV Leistung versorgt werden. Doch stellen wir uns mal vor, es kommt tatsächlich längere Zeit zu Wetterverhältnissen, die kaum PV Strom zulassen. Auch hier sollte man gerüstet sein und das Dieselaggregat kann zum Einsatz kommen.

Zudem wäre es auch möglich auf die MPP Laderegler zu verzichten und rein die Wechselrichter für die PV Produktion zu verwenden. Wie wir wissen brauchen diese das Netz am Ausgang. Wenn aber auch die Batterie leer sein sollte, kann in diesem Fall auch das Dieselaggregat am Eingang einspeisen. Der Inverter Charger kann somit am Ausgang wieder ein AC Netz aufbauen und auch der Wechselrichter kann bei Einstrahlung wieder produzieren. Gibt es wieder Überschuss, wird auch die Batterie wieder geladen und der Generator wird nicht mehr benötigt.

Die Regelung im System

Eine große Herausforderung in einem System ohne Netzanbindung besteht ja bekanntlich in der Steuerung eines solchen Systems. Wenn zum Beispiel die Batterie voll ist, darf nicht mehr produziert werden als verbraucht wird. Eine direkte Kommunikation zwischen Wechselrichter und Inverter Charger gibt es aber nicht - braucht es auch nicht. Dafür gibt es eine andere Lösung.

In diesem Fall wird ein ausgewählter Fronius Wechselrichter verwendet. Dieser besitzt die Funktion seine Ausgangsleistung Frequenz-abhängig anzupassen.

Ist jetzt die Batterie voll, erhöht der Inverter Charger am AC Ausgang die Frequenz. Mit zunehmender Frequenz, wird die Leistung vom Wechselrichter schrittweise reduziert. Das kann soweit gehen bis dieser falls notwendig auch abschaltet. Ist die Batterie aber leer oder brauchen die Verbraucher die gesamte PV Leistung, bleibt die AC Frequenz am Ausgang auf 50Hz und der Wechselrichter produziert die volle Leistung.

Hier sehen wir in den Diagrammen wie die Frequenz mit zunehmendem Batterieladestand erhöht wird und die Wechselrichter Ausgangsleistung entsprechend reduziert wird.

Was die Auswahl der Batterie betrifft, ist man bei diesem System sehr flexibel. Hier können die gängigsten Batterietypen von unterschiedlichen Herstellern verwendet werden. Allerdings können ausschließlich Low Vortage Batterien verwendet werden.

Weitere Lösungen

Wir möchten uns in diesem Artikel primär Inselsysteme ansehen, allerdings ist auch eine Anbindung ans öffentliche in so einem System möglich. Dieses kann an einem weiteren AC Eingang angeschlossen werden. Falls Bedarf besteht, kann Leistung bezogen werden. Falls es einen PV Überschuss gibt, kann auch ins Netz eingespeist werden. Fällt das Netz aus, funktioniert es gleich wie das oben beschriebene Inselsystem. Hier kommt der Victron Quattro-II zum Einsatz, da dieser noch einen zusätzlichen Eingang besitzt.

Ein Inselsystem mit Möglichkeit zur Netzanbindung kommt dort gerne zum Einsatz, wo man zwar eine Anbindung ans Netz hat, man aber öfters mit länger anhaltenden Ausfällen rechnen muss.

Hier ein Beispiel eines Systems mit Netzanbindung:

Bei den Varianten, die wir gesehen haben, handelt es sich um ein 1-phasiges Systeme. Der Inverter Charger kann am Ausgang immer nur 1-phasig bereitstellen. Dementsprechend werden in dem Fall auch der Wechselrichter und die Verbraucher nur 1-phasig angeschlossen.

Gibt es Inselsysteme, die 3-phasig aufgebaut sein sollen, ist das auch kein Problem. Hier kann man drei Inverter Charger kombinieren und somit ein 3-phasiges Netz aufbauen. In diesem Fall wird statt dem 1-Phasen-Wechselrichter auch ein 3-Phasen-Wechselrichter verwendet. Fronius bietet hier beide Varianten an.

Hier ein Beispiel wie ein 3-phasiges Inselsystem aussehen kann.

Somit wissen wir also wie so ein Inselsystem aussehen kann. Ein System mit einem InverterCharger kann sehr vielseitig sein, da dieser sehr viele Anschlussmöglichkeiten hat. Falls jemand vor der Realisierung eines solchen Systems steht, sollte das natürlich nach eigenen Bedürfnissen geplant werden. Auch was die Dimensionierung und Leistung eines solchen Systems angeht ist man hier sehr flexibel. Dabei ist von 1-phasigen Lösungen mit 2kWp bis hin zu 3-phasigen gewerblichen Anlagen alles möglich. Hier macht man sich zum Vorteil, dass die Inverter Charger und Wechselrichter quasi parallel zu mehreren Gruppen verschaltet werden können. Bei der Auslegung eines Inselsystems sollte hier also für jeden was dabei sein.