Umfassender Leitfaden zur Planung und Konfiguration von PV-Speichersystemen für Privathaushalte

Ein Photovoltaik-Speichersystem für Privathaushalte (PV-Speicher) besteht im Wesentlichen aus PV-Modulen, Energiespeicherbatterien, Speicherwechselrichtern, Messgeräten und Überwachungsmanagementsystemen. Ziel ist es, Energieautarkie zu erreichen, Energiekosten zu senken, den CO2-Ausstoß zu verringern und die Stromversorgungszuverlässigkeit zu verbessern. Die Konfiguration eines PV-Speichersystems für Privathaushalte ist ein umfassender Prozess, der die sorgfältige Berücksichtigung verschiedener Faktoren erfordert, um einen effizienten und stabilen Betrieb zu gewährleisten.

I. Übersicht über private PV-Speichersysteme

Vor Beginn der Systemkonfiguration muss unbedingt der DC-Isolationswiderstand zwischen dem Eingangsanschluss des PV-Arrays und Erde gemessen werden. Liegt der Widerstand unter U…/30 mA (U… entspricht der maximalen Ausgangsspannung des PV-Arrays), müssen zusätzliche Erdungs- oder Isolationsmaßnahmen ergriffen werden.

Zu den Hauptfunktionen von PV-Speichersystemen für Privathaushalte gehören:

• Eigenverbrauch: Nutzung von Solarenergie zur Deckung des Energiebedarfs des Haushalts.
• Spitzenglättung und Talauffüllung: Ausgleich des Energieverbrauchs über verschiedene Zeiten, um Energiekosten zu sparen.
• Notstromversorgung: Bereitstellung zuverlässiger Energie bei Stromausfällen.
• Notstromversorgung: Unterstützung kritischer Lasten bei Netzausfällen.

Der Konfigurationsprozess umfasst die Analyse des Energiebedarfs des Benutzers, die Auslegung von PV- und Speichersystemen, die Auswahl der Komponenten, die Erstellung von Installationsplänen sowie die Darstellung von Betriebs- und Wartungsmaßnahmen.

II. Bedarfsanalyse und Planung

Energiebedarfsanalyse

Eine detaillierte Analyse des Energiebedarfs ist von entscheidender Bedeutung und umfasst:

• Lastprofilierung: Ermittlung des Strombedarfs verschiedener Geräte.
• Täglicher Verbrauch: Ermittlung des durchschnittlichen Stromverbrauchs während Tag und Nacht.
• Strompreise: Tarifstrukturen verstehen, um das System zur Kosteneinsparung zu optimieren.

Fallstudie

• Benutzerprofil:
  • Gesamtanschlusswert: 8,2 kW
  • Kritische Last: 3,6 kW
  • Energieverbrauch tagsüber: 10 kWh
  • Energieverbrauch in der Nacht: 20 kWh
• Systemplan:
  • Installieren Sie ein PV-Speicher-Hybridsystem, das tagsüber die Stromerzeugung aus Photovoltaik deckt und überschüssige Energie in Batterien für die Nacht speichert. Das Netz dient als zusätzliche Stromquelle, wenn Photovoltaik und Speicher nicht ausreichen.

• III. Systemkonfiguration und Komponentenauswahl

  1. PV-Systemdesign

  • Systemgröße: Basierend auf einer Benutzerlast von 8,2 kW und einem täglichen Verbrauch von 30 kWh wird eine 12-kW-PV-Anlage empfohlen. Diese Anlage kann ca. 36 kWh pro Tag erzeugen und so den Bedarf decken.
  • PV-Module: Mit 21 monokristallinen 580-Wp-Modulen erreichen wir eine installierte Leistung von 12,18 kWp. Achten Sie auf eine optimale Anordnung für maximale Sonneneinstrahlung.

  Maximale Leistung Pmax [W]	575	580	585	590	595	600
  Optimale Betriebsspannung Vmp [V]	43,73	43,88	44,02	44,17	44,31	44,45
  Optimaler Betriebsstrom Imp [A]	13.15	13.22	13.29	13.36	13.43	13,50
  Leerlaufspannung Voc [V]	52,30	52,50	52,70	52,90	53,10	53,30
  Kurzschlussstrom Isc [A]	13,89	13,95	14.01	14.07	14.13	14.19
  Modulwirkungsgrad [%]	22.3	22,5	22,7	22,8	23,0	23.2
  Ausgangsleistungstoleranz	0~+3%
  Temperaturkoeffizient der maximalen Leistung[Pmax]	-0,29 %/℃
  Temperaturkoeffizient der Leerlaufspannung [Voc]	-0,25 %/℃
  Temperaturkoeffizient des Kurzschlussstroms [Isc]	0,045 %/℃
  Standardtestbedingungen (STC): Lichtintensität 1000 W/m², Batterietemperatur 25 °C, Luftqualität 1,5

  2. Energiespeichersystem

  • Batteriekapazität: Konfigurieren Sie ein 25,6 kWh Lithium-Eisenphosphat-Batteriesystem (LiFePO4). Diese Kapazität gewährleistet bei Ausfällen eine ausreichende Notstromversorgung kritischer Lasten (3,6 kW) für ca. 7 Stunden.
  • Batteriemodule: Modulare, stapelbare Designs mit IP65-Gehäusen für Innen- und Außeninstallationen. Jedes Modul verfügt über eine Kapazität von 2,56 kWh. Das komplette System besteht aus zehn Modulen.

  3. Wechselrichterauswahl

  • Hybrid-Wechselrichter: Nutzen Sie einen 10-kW-Hybridwechselrichter mit integrierten PV- und Speichermanagementfunktionen. Zu den wichtigsten Funktionen gehören:
    • Maximale PV-Leistung: 15 kW
    • Leistung: 10 kW für netzgekoppelten und netzunabhängigen Betrieb
    • Schutzart: IP65 mit Netz-/Netz-Umschaltzeit <10 ms

  4. Auswahl des PV-Kabels

  PV-Kabel verbinden Solarmodule mit dem Wechselrichter oder der Combiner-Box. Sie müssen hohen Temperaturen, UV-Strahlung und Außenbedingungen standhalten.

  • EN 50618 H1Z2Z2-K:
    • Einadrig, ausgelegt für 1,5 kV Gleichstrom, mit ausgezeichneter UV- und Witterungsbeständigkeit.
  • TÜV PV1-F:
    • Flexibel, flammhemmend, mit großem Temperatureinsatzbereich (-40°C bis +90°C).
  • UL 4703 PV-Kabel:
    • Doppelt isoliert, ideal für Dach- und Freiflächenanlagen.
  • AD8 Schwimmendes Solarkabel:
    • Tauchfähig und wasserdicht, geeignet für feuchte oder aquatische Umgebungen.
  • Solarkabel mit Aluminiumkern:
    • Leicht und kostengünstig, wird in Großanlagen verwendet.

  5. Auswahl von Energiespeicherkabeln

  Speicherkabel verbinden Batterien mit Wechselrichtern. Sie müssen hohe Ströme verarbeiten, thermische Stabilität gewährleisten und die elektrische Integrität aufrechterhalten.

  • UL10269- und UL11627-Kabel:
    • Dünnwandig isoliert, flammhemmend und kompakt.
  • XLPE-isolierte Kabel:
    • Hohe Spannung (bis zu 1500 V DC) und thermische Beständigkeit.
  • Hochspannungs-Gleichstromkabel:
    • Entwickelt für die Verbindung von Batteriemodulen und Hochspannungsbussen.

  Empfohlene Kabelspezifikationen

  Kabeltyp	Empfohlenes Modell	Anwendung
  PV-Kabel	EN 50618 H1Z2Z2-K	Anschluss der PV-Module an den Wechselrichter.
  PV-Kabel	UL 4703 PV-Kabel	Dachinstallationen, die eine hohe Isolierung erfordern.
  Energiespeicherkabel	UL 10269, UL 11627	Kompakte Batterieanschlüsse.
  Geschirmtes Speicherkabel	EMI-geschirmtes Batteriekabel	Reduzierung von Störungen in empfindlichen Systemen.
  Hochspannungskabel	XLPE-isoliertes Kabel	Hochstromverbindungen in Batteriesystemen.
  Schwimmendes PV-Kabel	AD8 Schwimmendes Solarkabel	Wasseranfällige oder feuchte Umgebungen.

IV. Systemintegration

Integrieren Sie PV-Module, Energiespeicher und Wechselrichter zu einem Gesamtsystem:

1. PV-Anlage: Modullayout entwerfen und strukturelle Sicherheit mit geeigneten Montagesystemen gewährleisten.
2. Energiespeicherung: Installieren Sie modulare Batterien mit entsprechender BMS-Integration (Batteriemanagementsystem) zur Echtzeitüberwachung.
3. Hybrid-Wechselrichter: Schließen Sie PV-Anlagen und Batterien an den Wechselrichter an, um ein nahtloses Energiemanagement zu gewährleisten.

V. Installation und Wartung

Installation:

• Standortbewertung: Dächer oder Bodenflächen auf strukturelle Verträglichkeit und Sonneneinstrahlung prüfen.
• Geräteinstallation: PV-Module, Batterien und Wechselrichter sicher montieren.
• Systemtests: Elektrische Anschlüsse überprüfen und Funktionstests durchführen.

Wartung:

• Routineinspektionen: Kabel, Module und Wechselrichter auf Verschleiß oder Beschädigung prüfen.
• Reinigung: Reinigen Sie PV-Module regelmäßig, um die Effizienz aufrechtzuerhalten.
• Fernüberwachung: Verwenden Sie Softwaretools, um die Systemleistung zu verfolgen und Einstellungen zu optimieren.

VI. Fazit

Ein gut konzipiertes PV-Speichersystem für Privathaushalte bietet Energieeinsparungen, Umweltvorteile und Versorgungssicherheit. Die sorgfältige Auswahl von Komponenten wie PV-Modulen, Energiespeicherbatterien, Wechselrichtern und Kabeln gewährleistet die Effizienz und Langlebigkeit des Systems. Durch die richtige Planung

Durch die Einhaltung der Installations- und Wartungsprotokolle können Hausbesitzer den Nutzen ihrer Investition maximieren.