Umfassender Leitfaden zum Design und zur Konfiguration von PV-Speichersystemen für Privathaushalte

Ein Photovoltaik-(PV)-Speichersystem für Privathaushalte besteht hauptsächlich aus PV-Modulen, Energiespeicherbatterien, Speicherwechselrichtern, Messgeräten und Überwachungsmanagementsystemen. Ziel ist es, Energieautarkie zu erreichen, Energiekosten zu senken, CO2-Emissionen zu senken und die Energiezuverlässigkeit zu verbessern. Die Konfiguration eines PV-Speichersystems für Privathaushalte ist ein umfassender Prozess, der eine sorgfältige Berücksichtigung verschiedener Faktoren erfordert, um einen effizienten und stabilen Betrieb sicherzustellen.

I. Überblick über private PV-Speichersysteme

Bevor mit der Systemeinrichtung begonnen wird, ist es wichtig, den DC-Isolationswiderstand zwischen dem Eingangsanschluss des PV-Arrays und der Erde zu messen. Beträgt der Widerstand weniger als U…/30mA (U… stellt die maximale Ausgangsspannung des PV-Generators dar), müssen zusätzliche Erdungs- oder Isolationsmaßnahmen getroffen werden.

Zu den Hauptfunktionen von PV-Speichersystemen für Privathaushalte gehören:

• Eigenverbrauch: Nutzung von Solarenergie zur Deckung des Energiebedarfs der Haushalte.
• Peak-Shaving und Valley-Filling: Ausgleich des Energieverbrauchs über verschiedene Zeiten hinweg, um Energiekosten zu sparen.
• Notstrom: Zuverlässige Energieversorgung bei Ausfällen.
• Notstromversorgung: Unterstützung kritischer Lasten bei Netzausfall.

Der Konfigurationsprozess umfasst die Analyse des Energiebedarfs der Nutzer, den Entwurf von PV- und Speichersystemen, die Auswahl von Komponenten, die Erstellung von Installationsplänen und die Festlegung von Betriebs- und Wartungsmaßnahmen.

II. Bedarfsanalyse und -planung

Energiebedarfsanalyse

Eine detaillierte Energiebedarfsanalyse ist von entscheidender Bedeutung, einschließlich:

• Profilerstellung laden: Ermittlung des Strombedarfs verschiedener Geräte.
• Täglicher Verzehr: Ermittlung des durchschnittlichen Stromverbrauchs tagsüber und nachts.
• Strompreise: Tarifstrukturen verstehen, um das System für Kosteneinsparungen zu optimieren.

Fallstudie

• Benutzerprofil:
  • Gesamtanschlussleistung: 8,2 kW
  • Kritische Last: 3,6 kW
  • Tagesenergieverbrauch: 10 kWh
  • Energieverbrauch in der Nacht: 20 kWh
• Systemplan:
  • Installieren Sie ein PV-Speicher-Hybridsystem mit PV-Erzeugung tagsüber, um den Lastbedarf zu decken und überschüssige Energie in Batterien für die Nutzung in der Nacht zu speichern. Das Netz fungiert als zusätzliche Stromquelle, wenn PV und Speicher nicht ausreichen.

• III. Systemkonfiguration und Komponentenauswahl

  1. PV-Systemdesign

  • Systemgröße: Basierend auf der 8,2-kW-Last des Benutzers und einem täglichen Verbrauch von 30 kWh wird eine 12-kW-PV-Anlage empfohlen. Dieses Array kann etwa 36 kWh pro Tag erzeugen, um den Bedarf zu decken.
  • PV-Module: Nutzen Sie 21 einkristalline 580-Wp-Module und erreichen Sie eine installierte Leistung von 12,18 kWp. Sorgen Sie für 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
  Moduleffizienz [%]	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 eine ausreichende Sicherung kritischer Lasten (3,6 kW) für etwa 7 Stunden bei Ausfällen.
  • Batteriemodule: Nutzen Sie modulare, stapelbare Designs mit IP65-zertifizierten Gehäusen für Innen-/Außeninstallationen. Jedes Modul hat eine Kapazität von 2,56 kWh, wobei 10 Module das Gesamtsystem bilden.

  3. Auswahl des Wechselrichters

  • Hybrid-Wechselrichter: Verwenden Sie einen 10-kW-Hybridwechselrichter mit integrierten PV- und Speichermanagementfunktionen. Zu den Hauptmerkmalen gehören:
    • Maximaler PV-Eingang: 15 kW
    • Leistung: 10 kW sowohl für den netzgekoppelten als auch für den netzunabhängigen Betrieb
    • Schutzart: Schutzart IP65 mit Netz-Off-Gitter-Schaltzeit <10 ms

  4. PV-Kabelauswahl

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

  • EN 50618 H1Z2Z2-K:
    • Einadrig, ausgelegt für 1,5 kV DC, mit ausgezeichneter UV- und Wetterbeständigkeit.
  • TÜV PV1-F:
    • Flexibel, schwer entflammbar, mit großem Temperaturbereich (-40°C bis +90°C).
  • UL 4703 PV-Draht:
    • Doppelt isoliert, ideal für Dach- und Freiflächenanlagen.
  • Schwimmendes AD8-Solarkabel:
    • Tauchfähig und wasserdicht, geeignet für feuchte oder aquatische Umgebungen.
  • Solarkabel mit Aluminiumkern:
    • Leicht und kostengünstig, für den Einsatz in Großanlagen.

  5. Auswahl von Energiespeicherkabeln

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

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

  Empfohlene Kabelspezifikationen

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

IV. Systemintegration

Integrieren Sie PV-Module, Energiespeicher und Wechselrichter in ein Gesamtsystem:

1. PV-Anlage: Modullayout entwerfen und strukturelle Sicherheit mit geeigneten Montagesystemen gewährleisten.
2. Energiespeicher: Installieren Sie modulare Batterien mit ordnungsgemäßer BMS-Integration (Battery Management System) für Echtzeitüberwachung.
3. Hybrid-Wechselrichter: Verbinden Sie PV-Arrays und Batterien mit dem Wechselrichter für ein nahtloses Energiemanagement.

V. Installation und Wartung

Installation:

• Standortbewertung: Überprüfen Sie Dächer oder Bodenflächen auf strukturelle Kompatibilität und Sonneneinstrahlung.
• Geräteinstallation: PV-Module, Batterien und Wechselrichter sicher montieren.
• Systemtests: Überprüfen Sie die elektrischen Anschlüsse und führen Sie Funktionstests durch.

Wartung:

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

VI. Abschluss

Ein gut konzipiertes PV-Speichersystem für Privathaushalte bietet Energieeinsparungen, Vorteile für die Umwelt und Zuverlässigkeit der Stromversorgung. Die sorgfältige Auswahl der Komponenten wie PV-Module, Energiespeicher, Wechselrichter und Kabel gewährleistet die Effizienz und Langlebigkeit des Systems. Durch die richtige Planung,

Mithilfe von Installations- und Wartungsprotokollen können Hausbesitzer den Nutzen ihrer Investition maximieren.