Ratgeber

Deutschland geht bei der Energieversorgung einen Sonderweg. Während andere Länder immernoch vorwiegend auf regelbare Kraftwerke setzen, wird hierzulande auf Photovoltaik- und Windenergie gesetzt. Im Grunde ist es auch eine schöne Sache. Hat aber einige Schwachstellen. Denn wenn kein Wind weht und es Nachts ist, dann wird keine Energie geliefert. Dazu kommt, dass Windkraft- und auch Photovoltaikanlagen nicht schwarzstartfähig sind. Das heißt sie benötigen ein bereits vorahndenes Netz um den Betrieb aufnehmen und einspeisen zu können. Damit ist diese Art der Energieerzeugung unberechenbar.

Dies sieht man auch an den Informationen der Netzbetreiber. Sogenannte Redispatchmaßnahmen, also das Eingreifen um das Netz stabil zu halten, steigen kontinuierlich von Jahr zu Jahr an. Die Leitungskapazitäten, vor allem der Überlandleitungen im Hochspannungsnetz (400 kV), sind natürlich begrenzt. Würde beispielsweise im Norden von Deutschland ein starker Wind wehen und im Süden Deutschlands windstille herrschen, wäre es nicht möglich genügend Strom vom Norden in den Süden zu transportieren. Oder auch umgedreht würde das nicht funktionieren. Ebenso ist die Leitungskapazität zu unseren europäischen Nachbarn begrenzt. Das heißt, wenn in Deutschland eine starke Unterproduktion von el. Strom vorliegt, dann kann nur begrenzt von außen Energie zugeführt werden.

Selbiges gilt auch für eine Überprodunktion. Nicht selten werden Windkraft- und Photovoltaikanlagen vom Netz getrennt um eine Überversorgung zu verhindern. In der Realität hei0t das also, am Tag ist teilweise zu viel el. Energie vorhanden und in der Nacht zu wenig. Daran wird auch ein Zubau von Photovoltaik- und Windkraftanlagen nichts ändern. Aus eigener Kraft ist die Versorgungssicherheit in Deutschland schon längst nicht mehr gegeben. Etliche Gaskraftwerke fangen beispielsweise in den Wintermonaten einen Teil der Defizite der Photovoltaik und Windkraftanlagen auf. Und selbst in Verbindung mit den noch vorhandenen Kohlekraftwerken und den letzten 3 verbliebenen Atomkraftwerken ist die Versorgung ohne den Bezug aus dem Ausland nicht sicher gestellt. Die gegenwärtige Krise in der Ukraine, die Abschaltung der letzten 3 Atomkraftwerke und der Ausfall von nahezu 50 % der französischen Atomkraftwerke wird die Energieversorgung in Deutschland weiter beachtlich gefährden. Hinzu kommt, dass sich u.a. die Schweiz in den Wintermonaten auf Energie aus Deutschland verlässt.

Ein Blackout wird ein immer realistischeres Szenario. Natürlich werden die Netzbetreiber alles mögliche dafür tun um das zu verhindern. Nur sind diese auch machtlos wenn grundlast- und regelfähige Kraftwerke ersatzlos aus dem Netz verschwinden. Daher sollte sich jeder, so gut dies möglich ist, vorbereiten. Diese Empfehlung soll insbesondere das Thema Notstromversorgung behandeln. Natürlich sollte man im Falle eines Blackouts über Nahrungs- und Trinkwasservorräte verfügen. Die einfachste und prakitabelste Lösung sind *mobile Powerstations. Diese bringen alles an Anschlüsse mit was man so braucht. Und vor allem ist bereits ein Wechselrichter integriert. Der el. Strom, wie aus der Steckdose, ermöglicht. Man muss sich aber bewusst sein, dass die Energie einer solchen Powersation limitiert ist. Und darum sollte überlegt werden wie die Energie eingesetzt wird. Im Winter kann man auf den Kühlschrank verzichten und die Lebensmittel einfach in die Kälte stellen. Das spart Energie und man kann stattdessen die Heizungsanlage für eine gewisse Zeit betreiben.

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Viele Powerstations bringen eine Kapazitätsanzeige mit und so bekommt man besser ein Gefühl dafür, welche Geräte noch wie lange betrieben werden können. Ebenfalls kann man die meisten Powerstations über ein PV-Modul wieder aufladen. Wer also schon ein Balkonkraftwerk mit einem 60 Zellenmodul besitzt, kann bei einem Stromausfall das PV-Modul vom Wechselrichter des Balkonkraftwerks trennen und mittels Adapter (meistens im Lieferumfang enthalten) die Powerstation wieder aufladen. So eine Powerstation bietet noch weitere Vorteile. Denn man muss nicht auf einen Blackout warten um diese zu nutzen, sondern kann sie mit an den Strand, zum Campen, zum Jagen, zum Arbeiten oder sonstigen Ausflügen mitnehmen.

Eine weitere Gewährleistung der Stromversorgung bei einem Stromausfall (egal welcher Größe) kann ein *Notstromaggregat sicherstellen. Hier muss aber beachtet werden, dass ein Notstromaggregat nicht 24 Stunden am Tag laufen kann. Sondern eine gewisse Zeit zum Abkühlen benötigt. Außerdem muss der benötigte Kraftstoff vorrätig gelagert sein. An den Tankstellen wird man sehr selten oder keinen Kraftstoff mehr bekommen, weil die meisten Tankstellen selber keine Notstromversorgung haben. Und die Pumpen um den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank der Tankstelle zu befördern benötigen nun mal auch elektrischen Strom.

Dieser Beitrag soll keine Panik verbreiten oder Ängste schüren, sondern sensibilisieren um sich auf das Szenario eines Blackout’s vorzubereiten und so schlimmeres verhindern zu können.

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Die Energiekosten steigen ins unermessliche und sind für viele Deutsche kaum noch bezahlbar. Da wäre es doch wünschenswert dem entgegen zu wirken. Die alten Geräte wurden mittlerweile gegen neue effizientere ausgetauscht. Ebenso wurde die Beleuchtung auf LED-Leuchtmittel umgestellt. Und alles erdenkliche getan um den Stromverbrauch auf ein Minimum zu senken. Doch trotzdem wird die Stromrechnung nicht weniger, sondern mehr.

Glücklicherweise kann dem jeder Bundesbürger mittlerweile entgegenwirken. Vorausgesetzt, dass an der Wohnung die Möglichkeit besteht ein bis zwei PV-Module zu installieren und im besten Fall Sonnenlicht ohne Verschattung auf die Module strahlen kann. Mit einem sogenannten Balkonkraftwerk ist es möglich an sonnigen Tagen im Sommer bis zu 3 kWh zu generieren. Dies setzt sich aus der Wechselrichterleistung von 600 Watt und 5 Vollsonnenstunden Einstrahlung zusammen. Balkonkraftwerke können ohne Genehmigung bis 600 Watt installiert werden.

Es ist lediglich eine Anmeldung in das Marktstammdatenregister bei der Bundesnetzagentur notwendig. Diese kann online hier vorgenommen werden. Balkonkraftwerke gibt es als Set zu kaufen, kann man sich aber auch selber zusammen stellen. Zum Beispiel aus 2 340 Wp PV-Modulen und einem 600 Watt Einspeisewechselrichter. Die jährliche Einsparung beläuft sich, nach derzeitigen Strompreisen, auf ca. 180€. Das heißt die Anlage ist damit nach gut 3 – 4 Jahren bezahlt und wirft dann sogar Gewinne, in Form von reduzierten Stromkosten, ab.

Die Installation des Balkonkraftwerkes ist relativ einfach. Die Module werden an das Balkongestell oder auf einer Aufständerung montiert, der Einspeisewechselrichter an die Rückseite der Module befestigt und die MC4-Stecker der Photovoltaikmodule in den Einspeisewechselrichter gesteckt. Zum Schluss wird der Einspeisewechselrichter (Micro Inverter) mittels Schukostecker in die Steckdose gesteckt. Um den Ertrag zu erfassen loggen einige Micro Inverter die Daten und diese lassen sich wiederum mittels App anzeigen. Falls der Micro Inverter jedoch diese Funktion nicht mitbringt, lässt sich ein separater Stromzähler vor der Steckdose installieren oder man benutzt eine smarte Steckdose. Welche wiederum den Verbrauch erfasst und loggt. Der Verbrauch ist dann die eingespeiste bzw. die erzeugte Leistung der Anlage.

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In jedem Haushalt finden sich kleine Zellen, die oft fälschlicherweise als Batterien bezeichnet werden, in einer Vielzahl von Geräten wie; z.B. Fernbedienungen, Taschenlampen, MP3-Playern, Spielzeug etc. wieder. Der Umwelt und auch dem Geldbeutel zuliebe wechselten und wechseln die Mehrzahl der Verbraucher auf wiederaufladbare Typen, den Sekundärzellen (Akku’s). Die dominierende Anzahl stellen die sogenannten NiMH (Nickel-Metallhydrid) Zellen dar, gefolgt von den älteren und mittlerweile verbotenen NiCd (Nickel-Cadmium) Zellen. Am bekanntesten sind die Typen AA (20R6) und AAA (20R3). Beide Varianten werden in neuen Geräten immer öfter durch, auf Lithium basierende Zellen, wie die 18650, ausgetauscht.

Wie sollten Kleinstgerätezellen am effektivsten und mit den geringsten Verlusten geladen werden?

Strom ist bekanntlich rar in einer PV-Inselanlage und sollte deshalb am effektivsten genuttz werden. Da stören Verluste durch einen Wechselrichter nur. Daher empfiehlt es sich direkt die Gleichspannung der Inselanlage zu nutzen. Hierbei spielt es auch keine Rolle ob es sich um ein 12, 24 oder 48 Volt System handelt. Wichtig ist nur, dass eine stabile Spannung von 5 Volt bereitgestellt werden. Das lässt sich mit fertigen *Wandlern aus dem KFZ Segment oder durch Eigenbau mittels *DC-Wandler realisieren.

Die Wahl des passenden Gleichspannungsladegerätes

Welches Gleichspannungs- oder Gleichstromladegerät für den jeweiligen Einsatzzweck passt hängt von mehreren Faktoren ab. Diese sollten umfasssen:

• Die Art der Zellchemie (Ni-MH, Ni-Cd, Li-Ion)
• Die Anzahl der zu ladenden Zellen
• Die Häufigkeit der Ladung
• Eine entsprechende Visualisierung über geladene mAh (milli Amperestunden), aktuelle Ladestromstärke und Ladespannung

Ich selber nutze seit einigen Jahren ein Xtar VC4. Dieses Ladegerät wird mittels USB auf Hohlstecker Adapterkabel, welches zum Lieferumfang gehört, mit Energie versorgt. Es verfügt über 4 Ladestellen zum laden von Ni-MH, Ni-Cd und Li-Ion Zellen. Um welche Zellen es sich handelt erkennt das Ladegerät voll automatisch. Zudem werden die geladenen mAh angezeigt, was einen Rückschluss auf den Zustand der Zelle, insbesodere der Kapazität ermöglicht. Es kann die Zellen mit maximal 2 Ampere gesamt aufladen. Das bedeutet 4 mal 0,5 Ampere oder 2 mal 1 Ampere. Ni-MH und Ni-Cd werden immer mit 500 mA geladen, 1 oder 2 Li-Ion Zellen (14500, 18650, 24500 etc.) mit 1 Ampere, 4 dementsprechend auch jeweils mit 500 mA.

Fazit

Für Nutzer die täglich mehr als 4 Zellen laden möchten ist das Xtar VC4 natürlich nicht die erste Wahl. Diese sollten zu Geräten mit mehr als 4 Ladeplätzen greifen. Aber für den gelegentlichen Hausgebrauch reicht es allemal.

Verfügbar ist das Xtar VC4 bei *Amazon, Ebay, AliExpress, GearBest oder Banggood.

Fragen und Kommentare zu den einzelnen Beiträgen sind immer gern gesehen.

Jeder Betreiber einer Photovoltaikinselanlage weiß, dass der Speicher bzw. die Batterie die teuerste Komponente in der ganzen Anlage ist. Um einen genauen Überblick zu haben was denn tatsächlich in die Batterie geladen und was entladen wird, empfiehlt sich die Installation eines sogenannten Batteriemonitors . 

Dieser Batteriemonitor ermittelt über einen Shunt die Stromstärke (Ampere) und kann daraus die Kapazität in Ah (Amperestunden) berechnen. Außerdem wird die verbleibende Kapazitätsangabe unter Berücksichtung des Peukerteffekts errechnet. Der in diesem Beispiel dienende BMV-700 von Victron verfügt über ein Relais, das bei einem voreingestellten Ladezustand schaltet. So lassen sich beipielsweise Verbraucher wie Wechselrichter o.ä. abschalten um einer Schädigung der Batterie vorzubeugen.

Wie wird der Batteriemonitor für eine Bleibatterie eingestellt bzw. konfiguriert?

Folgende Parameter gelten für eine Bleisäurebatterie:

01. Battery capacity (Batteriekapazität)

Hier empfiehlt es sich 95% der Batteriekapazität (C20) bei einer fabrikneuen Batterie in Amperestunden (Ah) anzugeben. Ab einem Alter von 4 Jahren ca. 85 -90% und ab 6 Jahren 80% der Nominalkapazität.

02. Charged Voltage (Voll-Ladungs-Spannung)

An dieser Stelle sollte die Ladeschlussspannung der jeweiligen batterie eingetragen werden, bei Bleisäurebatterien sind das in der Regel 2,4 Volt pro Zelle. Was 14,4 Volt bei 12 Volt Batterien, 28,8 Volt bei 24 Volt Batterien und 57,6 Volt bei einem 48 Voltsystem entspricht. Genaue Angaben zur Ladeschlussspannung findet man im Datenblatt zur jeweiligen Batterie.

03. Tail Current (Schweifstrom)

0,5% sind hier ein guter Wert. Das bedeutet, zum Beispiel bei einer 100 Ah Batterie, dass wenn noch 500 mA in die Batterie fließen um die Ladeschlußspannung zu halten, diese als voll „angesehen“ wird. Bei älteren Batterien kann dieser Wert höher ausfallen, durch eine längere Beobachtung kann dieser aber einfach ermittelt werden. In dem man am Batteriemonitor abliest wievele Ampere nach Vollladung nötig sind um die Ladeschlußspannung zu halten. 

04. Charged Detection Time (Zeit für Ladezustandserkennung)

05 – 10 Minuten sind hier ausreichend.

05. Peukert Exponent

Die meisten Batteriehersteller schweigen sich leider über den Peukertwert ihrer Batterien aus. Bei neuen Bleisäurebatterien gilt ein Wert von 1,20 – 1,30. 

06. Charge Efficiency Factor (Ladewirkungsgrad )

Unter optimalen Bedingungen liegt dieser bei ca. 95%, in der Praxis werden aber oft nur 92% erreicht. Bei Batterien ab einem Alter von 4 Jahren kann man mit 88% und weniger rechnen.

07. Current threshold (Schwellwert Strom)

Ein Wert von 0,02 – 0,03 Ampere (A) haben sich als bewährt herausgestellt, denn das entspricht in den meisten Fällen dem Energieverbrauch des PV-Ladereglers. 

08. Time-to-go averaging period (Durchschnittliche Restlaufzeit)

3 Minuten sind voreingestellt und auch bei relativ stark schwankenden Lasten (Entladestromstärke) vollkommen ausreichend.

09. Zero current calibration (Einstellung Nullstrom)

Diese Option ist wichtig, falls der BMV-700 einen ein- oder ausgehenden Stromfluss anzeigt obwohl kein Verbraucher angeschlossen bzw. in Betrieb ist, oder die Batterie nicht geladen wird. So kann hiermit der Batteriemonitor kalibriert und auf Null gesetzt werden.

10. Synchronize (Synchronisieren)

Diesen Schritt nur durchführen, wenn zu 99% sichergestellt werden kann, dass die Batterie vollständig geladen ist.

Damit ist die Grundeinstellung für die Batterie beendet. Die weiteren Einstellungen ab dem 11. Menüpunkt, die das integrierte Relais des Victron BMV-700 betreffen, werden in der Bedienungsanleitung ab Seite 147 sehr ausführlich behandelt und Bedarf damit keiner weiteren Erklärung.

Erhältlich ist der Victron BMV-700 bei Amazon, eBay und vielen weiteren Händlern.

Ich sehe mir desöfteren unter anderem Videos auf YouTube von Betreibern von Solarinselanlagen an und es fällt dann doch auf, dass sehr oft mehrere 12 Volt Batterien völlig falsch miteinander verkabelt werden.

Als Beispiel werden alle 12 Volt Batterien parallel geschalten über einen Kabelstrang und dann mit dem Laderegler und Wechselrichter verbunden. Die fehlenden Sicherungen mal außer acht gelassen kommt es bei dieser Art der Verschaltung zu starken unsymmetrischen Belastungen. Beim Laden werden die Batterien an den Kabelenden nie richtig geladen und die Batterien am Anfang der Leitungen überladen. Selbiges gilt beim Entladen, die Batterien am Leitungsanfang werden sehr stark belastet. Wohingegen die Batterien am Ende der Leitungen nur minimal einer Belastung unterliegen.

Warum ist das so?

Das liegt ganz einfach an dem elektrischen Widerstand, der je länger die Leitung ist ansteigt.

Wie kann man das Problem beheben?

Um das Problem zu beheben oder gar von Anfang an zu vermeiden empfiehlt es sich die Batterien sternförmig zu verschalten. Das heißt alle Verbindungskabel sind gleich von gleicher Länge, beistzen denselben Kabelquerschnitt und sind von gleicher Güte. Diese werden dann auf einen Punkt zusammen geführt.

Bei der symmetrischen Verschaltung werden alle Batterien gleich geladen und entladen.

Wie lässt sich das realisieren?

Realisieren lässt sich diese Verschaltung mit sogenannten  Stromschienen oder mittels Bolzen (Maschinenschraube) an der dann die Kabel per Ringkabelschuh zusammen geführt werden.
Zu guter Letzt sollten natürlich auch die Sicherungen zwischen dem Laderegler, dem Wechselrichter und den Verbrauchern in der passenden Ausführung nicht fehlen.

Ab Anfang November werden die Tage zunehmend trüber und die Erträge gehen stark zurück. Um vor allem die Batterien seiner PV-Inselanlage zu schonen empfiehlt es sich den Inselwechselrichter abzuschalten und alle Verbraucher vom Verbundnetz speisen zu lassen. Einige Wechselrichter bieten einen 230 V Spannungseingang um bei Überlast Strom vom Netz zumischen zu können, wie es die Xtender – Modelle² von Studer  können. Oder bei Überlast auf Netz umschalten wie Multiplus – Modelle² von Victron oder die günstigen PIP – Geräte². Um nur einige Beispiele zu nennen. Alle Geräte haben zudem ein Netzladegerät integriert, je nach Ladezustand der Batterien empfiehlt es sich, diese bei Bedarf vom Netz zu laden.

Den Batterien eine Erholung gönnen

Obwohl die Erträge vom PV-Generator extrem schwinden ist die Übergangszeit vom Herbst zum Frühling bestens geeignet den Batterien eine Auffrischungskur zu verpassen. Besitzt die Inselanlage entsprechende Laderegler mit Ladeprogrammen (meist 3 stufig) und Temperaturkompensation braucht man nichts weiter zu tun. Arbeitet hingegen ein Laderegler mit Festspannung und ohne Temperaturkompensation empfiehlt es sich die Spannung auf Ladeerhaltung (Datenblatt zur Batterie zu entnehmen) einzustellen, das ist vor allem bei versiegelten Batterietypen (AGM, Gel) wichtig. Zu hohe dauerhafte Ladespannungen Beschleunigen die Korrosion an den positiven Platten. Bei Flüssigsäure- bzw. „offenen“ Säurebatterien ist darauf zu achten, dass alle Platten mit Elektrolyt bedeckt sind.

Neues Jahr – neues Glück

Vor Beginn des Zyklenbetriebes im Frühling des neuen Jahres unbedingt die Säuredichte messen und ggf. Wasserverlust des Elektrolytes nach der Vollladung ausgleichen. AGM- und Gelbatterien sollten auf aufgeblähte Gehäuse und Kristallbildung bzw- Flecken an den Anschlusspolen geprüft werden. Ein kurzer Belastungstest mit höheren Stromstärken kann einen ungefähren Anhaltspunkt über den Zustand geben.

² – Beispiellink zu eBay

Je nach Standort und Umgebung an dem die Photovoltaikmodule montiert sind bedarf es einer Reinigung. Befinden sich gewerbetreibende Betriebe, Kraftwerke oder Landwirte mit vielen Tieren in Ihrer Nähe, dessen im Urin enthaltenen Ammoniak sich mit Staubpartikeln in der Luft verbindet und einen Film auf den Solarmodulen bildet,  sollten Sie Ihre Photovoltaikmodule regelmäßig im Frühjahr reinigen lassen oder selber reinigen. Aber Vorsicht dabei gibt es einiges zu beachten, denn Photovoltaikmodule sind zwar mittels Glasscheibe vor Umwelteinflüßen geschützt, aber sie dürfen keinesfalls mit stark kalkhaltigem Leitungswasser und Fensterputzmittel gesäubert werden, denn dies führt zu Schlieren und Kalkablagerungen auf der Glasoberfläche und somit zur Minderung des Ertrages. Ein Regenfall wäscht zwar leichte Verschmutzungen, wie Staub, kleine Nadeln und Blätter von Bäumen vom Modul herunter, aber hartnäckiger Schmutz, der zwischen dem Übergang von Modulrahmen und Glasscheibe sitzt oder durch die hohen Temperaturen angebackener und ätzender Vogelkot haften weiterhin auf die Oberfläches des Photovoltaikmodules.

Wie werden nun die Photovoltaikmodule richtig gesäubert?

Kommt man gut an die Module heran ohne sich einer Absturzgefahr auszusetzen können die Reinigungsarbeiten selber durchgeführt werden. Dazu benötigt werden lediglich folgende Hilfsmittel:

• Kalkarmes Leitungswasser oder destiliertes / entmineralisiertes Wasser verwenden
• Eine weiche Bürste oder ein weicher Schwamm
• Sanfte biologische Reinigungsmittel, keine scharfen oder ätzenden verwenden

Auf keinen Fall sollten Sie Hochdruckreiniger verwenden, da sich dabei der Rahmen lösen oder Wasser in das Modul eindringen könnte. Der Garantieanspruch gegenüber dem Modulhersteller erlischt auf diese Weise der Reinigung gänzlich. Traut man sich die Reinigung seiner Photovoltaikmodule nicht zu kann natürlich eine Firma beauftragt werden. Die Kosten hierfür liegen je nach Region zwischen 1,50 und 3 Euro pro Quadratmeter. Ist Ihre Photovoltaikanlage ständigen Verschmutzungen durch Industrieanlagen und hohem Verkehrsaufkommen ausgesetzt, empfiehlt es sich die Reinigung jährlich durch eine Fachfirma durchführen zu lassen, belohnt wird diese Pflege durch hohe Erträge.

Anbei gibt es noch Produktempfehlungen für Hilfsmittel zur Reinigung:

• Aluminium Teleskopstange mit weicher Waschbürste und Wasserdurchlauf – Link zu *Amazon, Link zu eBay
• Photovoltaikanlagen Reinigungsmittel Konzentrat – Link zu *Amazon
• Alternatives Renigungsmittelkonzentrat mit Wasserhärtegradteststreifen – Link zu eBay