Antworten zu Fragen aus dem Webinar mit SMA „Ersatzstrom – der sinnvollere Notstrom?“

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Nur Speicher, die auch im Notstrombetrieb noch aus der Photovoltaikanlage nachladen können, können auch bei kleinerer Kapazität die Versorgung für längere Zeit sichern. Außerdem zeigten Martin Rothert, Leiter Produktmanagement, und Michael Ebel, Senior Technical Consultant bei SMA, dass viele Haushaltsgeräte und erst recht Wärmepumpen deutlich höhere Anlaufströme haben, als ihr Typenschild vermuten lässt. Das müssen Installateure nicht nur bei der Auslegung des Speichersystems berücksichtigen, auch der Speicher muss kurze Überlastungen tolerieren. Zu diesen und weiteren Punkten stellten die Webinarteilnehmer viele Fragen, die nicht alle im Webinar behandelt werden konnten und die die Experten hier nun schriftlich beantwortet haben.

Sind die Sunny Boy Storage Systeme alle für den Inselbetrieb zugelassen und können sie Ersatzstrom oder Notstrom bereitstellen?

Michael Ebel: Die Sunny Boy Storage Batteriewechselrichter der neuen Generation (SBS3.7/5.0/6.0) sind  für den Inselbetrieb und damit auch die Ersatzstromfunktion einsetzbar. Sie sind aber nicht für reine Off-Grid-Systeme designt, da hier die Einbindung eines Dieselgenerators erwartet wird, der unterbrechungsfrei zu- und weggeschaltet werden kann. Auch sollte in diesen Systemen die Überlastfähigkeit noch mal deutlich besser sein, um auch bei hoher Auslastung noch kritische Lasten versorgen zu können.

Lassen sich die SMA Systeme auch mit einem einfachen Stromgenerator nachladen?

Martin Rothert: Nein, dies ist nicht vorgesehen und auch nicht notwendig. Die Nachladung ist aber über jeden SMA Photovoltaik-Wechselrichter möglich!

Muss der Photovoltaik-Wechselrichter immer auf der Phase der Batterie angeschlossen werden?

Michael Ebel: Ja, dies ist vor allem relevant, wenn das  Photovoltaik- und Batteriespeichersystem für den einphasigen Anschluss vorgesehen sind. In Deutschland ist dies auch über den FNN Hinweis „Anschluss und Betrieb von Speichern am Niederspannungsnetz“  klar geregelt.

Wenn Batteriesysteme dreiphasig ausgelegt und überdimensioniert werden, um im Notstrombetrieb den gesamten Haushalt zu versorgen, führt das dann im Normalbetrieb dazu, dass der Batteriewechselrichter in einem ineffizienten und nicht-optimalen Leistungsbereich arbeitet?

Martin Rothert: Ja das ist so. Deshalb empfiehlt SMA auch einphasige Ersatzstromsysteme mit Phasenkopplung! Ein überdimensioniertes dreiphasiges System hat einen deutlichen höheren Leerlaufverbrauch vom doppelten bis dreifachen eines einphasigen Systems. Im Jahresmittel kann dies zu 200 bis 400 Kilowattstunden höheren Verlusten des Speichersystems führen!

Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit AC-gekoppelte Speicher im Notstrommodus nachladen können? Gibt es dafür eine spezielle Topologie?

Martin Rothert: Im Notstrommodus können AC gekoppelte Speicher nicht nachgeladen werden. Dies liegt daran, dass die Notstromversorgung eine vollkommen eigenständige Versorgungsleitung ist. Auf dieser Leitung dürfen keine anderen Erzeuger installiert werden. Soll der AC gekoppelte Speicher nachgeladen werden, ist eine Ersatzstromversorgung notwendig, die den gesamten Haushalt von Netz trennen kann und mittels Phasenkoppelung oder dreiphasiger Versorgung auch alle Versorgungs- und Einspeisekreise wieder versorgt. Dabei ist dies weniger eine Frage der Topologie des Speichersystems als vielmehr den unterschiedlichen Installations- und Sicherheitsvorschriften geschuldet!

Wie unterscheidet sich der Wirkungsgrad von Ersatzstromsystemen von den Speichersystemen ohne Notstromfunktion?

Michael Ebel: In diesen Fall würden wir eher nicht von Wirkungsgrad sprechen, sondern von energetischen zusätzlichen Aufwänden, welche notwendig sind, um im Netzausfall eine automatische Umschaltung zu erreichen.  Zwischen diesen beiden Möglichkeiten liegt als Zusatzkomponente nur die Ersatzstrombox, welche natürlich durch ihren Aufbau (Schütze, Backup Control Unit, usw.) zusätzliche energetische Aufwände auf der Verbraucherseite erzeugt. Diese werden jedoch von der „Eigenverbrauchsoptimierung“ des Speichersystems mit abgedeckt.

Erleichtert der Betrieb von Ersatzstromsystemen auch das „Wieder-Anfahren“ nach Netzausfällen?

Wenn Ersatzstromsysteme zukünftig und flächendeckend in allen Bereichen (Privathaushalt, Gewerbe, usw.)  zum Einsatz kommen, kann dadurch natürlich eine deutliche Entlastung für das „Wieder-Anfahren“ entstehen.

Lassen sich die Einschaltströme von Hausgeräten nicht aus der maximalen Leistung berechnen?

Martin Rothert: Nein. Die Einschaltströme können nicht aus der maximalen Leistung berechnet werden. Einschaltströme  treten wirklich nur sehr kurz für 100 Millisekunden bis maximal 1 Sekunde auf. Sie werden durch die Aufladung von Kondensatoren in Schaltnetzteilen verursacht, durch die Magnetisierung von Induktivitäten zum Beispiel bei Trafos oder Motoren oder durch die starke Temperaturabhängigkeit von Widerständen in Glühlampen, Toastern, Wasserkochern oder anderen Heizgeräten. Einschaltströme betragen häufig das sechs bis zehnfache des Nennstroms.

Ich möchte mein E-Auto gerne ins Haus entladen, wenn das Netz ausgefallen ist. Geht das mit SMA?

Michael Ebel: Im Moment geht das noch nicht. Diese Art Lösungen im E-Mobilitätbereich sind noch zu jung und werden nur von sehr wenigen Autoherstellern unterstützt. Die Anbieter von Elektrofahrzeugen wollen zuerst mit der jetzigen Situation und Belastung für die Batterien Erfahrungen im unidirektionalen Betrieb sammeln, um dann in der Zukunft weitere sinnvolle Schritte und Lösungen besser angehen zu können. Jedoch ist dies ein  sehr interessanter Ansatz, der sicherlich als Lösung in Zukunft großes Potential hat. Dadurch, dass SMA zusammen mit vielen Herstellern von Ladestationen und Autoherstellern auf den EEBUS Standard setzt, ist es sehr wahrscheinlich, dass diese Funktion in Zukunft möglich sein wird!

Bedeutet dreiphasig bei Speichersystemen, dass sie echten Drehstrom bereitstellen oder nur gleichphasige Einspeisung auf drei Phasen?

Martin Rothert: Bei SMA bedeutet dreiphasig immer, dass diese Systeme echten Drehstrom bereitstellen. Dies gilt auch für Systeme, die zum Beispiel aus drei Sunny Islands aufgebaut werden. Ob dies alle Mitbewerber auch so handhaben, ist uns nicht bekannt. Dies sollte möglichst immer nachgefragt werden. Gleichphasige Einspeisung auf drei Phasen nennt SMA Phasenkopplung.

Ist die Nachladung über ein BHKW netzparallel ohne Photovoltaik möglich? Welche SMA Smart Home Komponenten benötige ich, wenn ich ein BHKW mit einbinden will?

Michael Ebel: Ja, dies ist möglich und wird bereits seit einigen Jahren in vielen Systemen genutzt. Ich würde Ihnen hier empfehlen, einen Sunny Home Manager 2.0 und ein zusätzliches SMA Energy Meter einzusetzen, um die Erzeugungsleistung des BHKWs mit ins Anlagenmonitoring einzubinden. Geklärt werden muss aber, wie eine eventuelle Energie-Überproduktion im Ersatzstromsystem entnommen oder abgeregelt werden kann, um ein stabiles Systemverhalten zu garantieren.

Ist der neue Sunny Boy Storage im gleichen Maß überlastfähig wie die bekannten Sunny Islands?

Im Sunny Boy Storage ist eine Überlastfähigkeit und die Bereitstellung von Einschalt- und Anlaufströmen größer 50 Ampere möglich, sonst würde er nicht unsere Kriterien für Ersatzstromversorgungen erfüllen. Beim Sunny Island ist diese jedoch noch ausgeprägter. Der Sunny Island wurde speziell für den ganzjährigen Einsatz  in Off-Grid-Systemen entwickelt. In der netzparallelen Anwendung ist die Dauer und Häufigkeit nicht mit der einer reinen Off-Grid-Anwendung gleichzusetzen.

Ist es rechtlich zugelassen, dass man eine Inselanlage mit Photovoltaik und Speicher betreibt und den Verbrauch je nach Bedarf aus der Inselanlage versorgt oder mit einer automatischen Umschaltung aus dem Bezugsnetz?

Martin Rothert: Bitte haben Sie Verständnis dafür, dass wir keine rechtlichen Auskünfte geben können. Unabhängig von der rechtlichen Situation sollte man sich aber auch fragen, wie sinnvoll dies ist und wie gut unterschiedliche Verbraucher dies vertragen. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass, wenn Verbraucher häufiger zwischen zwei Versorgungsspannungen schnell hin- und hergeschaltet  werden, beim Umschalten deutlich erhöhte Einschaltströme bis zum doppelten des normalen Einschaltstroms auftreten können. Diese werden verursacht durch die Phasenunsymmetrie der beiden Netze, die  nicht synchronisiert sind. Hierauf sind die Verbraucher nicht ausgelegt und können somit eine deutlich verkürzte Lebensdauer aufweisen!

Geben Batteriehersteller die Freigabe für Überlaststrom?

Michael Ebel: Eine Freigabe entsteht nach einer intensiven Validierung und enger gemeinsamer Abstimmung von technischen und vertrieblichen Aspekten zwischen dem Batteriehersteller und SMA.

Wie viel Strom benötigt der Wandler bei niedrigen Lasten und im Leerlauf zur Bereitstellung des Netzes?

Martin Rothert: Dies wird durch den Leerlaufverbrauch angegeben. Dieser wird gemessen, wenn der Wandler oder Wechselrichter läuft, aber keine AC-Leistung abgibt. Der Leerlaufverbrauch variiert in sehr großen Bereichen. Generell kann gesagt werden, dass er mit zunehmender Leistung zunimmt und für dreiphasige Wechselrichter deutlich höher liegt als für einphasige. Auch sind trafolose Wechselrichter oder DC/DC-Steller besser als Geräte mit Trafo, da hier keine Ummagnetisierungsverluste entstehen.  Hingegen sind DC/DC-Steller mit Hochfrequenztrafos häufig schlechter als Wechselrichter mit Niederfrequenztrafo.

Sind auf Photovoltaik-Notstromsysteme die Regeln gemäß VDE 0100 anwendbar?

Martin Rothert: Ja, unbedingt sollte die Normenreihe DIN VDE 0100 auch auf Notstromsysteme Anwendung finden. Die VDE-AR-E 2510-2 ergänzt lediglich bestimmte Anforderungen dieser Normenreihe!

Ist es richtig, dass zur Unterstützung der Notstromversorgung aus der Photovoltaik einphasige Wechselrichter benötigt werden? Was kann ich tun, wenn immer mehr dreiphasige Produkte verbaut werden?

Michael Ebel: Richtig, einphasige Photovoltaik-Wechselrichter, könnten in einem Ersatzstromsystem mit einphasigem Batteriewechselrichter, zum Beispiel Sunny Boy Storage 3.7, 5.0, 6.0, mit Phasenkopplungsschütz auch im Netzausfall weiter betrieben werden. Sie als Installateur, aber auch als versierter Endkunde können die Wahl des Photovoltaik-Wechselrichters jedoch mit entscheiden.  Photovoltaik-Systeme mit einphasigem Wechselrichter, zum Beispiel Sunny Boy, können in Deutschland ohne Probleme bis zu 3 mal 4,6 kVA pro Phase an einem dreiphasigen Netzanschluss angeschlossen werden. Dies ist  somit ausreichend groß für ein Einfamilienhaus.

Wie ist die Blindleistungsfähigkeit im Netzersatz? Wie viel Blindleistung muss das System können?

Martin Rothert: Die Ersatzstromsysteme müssen in der Lage sein, für den Aufbau des Netzes und das Hochfahren bestimmter Verbraucher auch reine Blindleistung zur Verfügung zu stellen. Zumindest wird ein deutlich erweiterter Blindleistungsbereich mit einem Verschiebungsfaktor von 0,3 untererregt bis 0,3 übererregt benötigt.

Wie hoch sind die Verluste (Kilowattstunde pro Jahr) durch die Ersatzstrombox?

Michael Ebel: Die Verluste der Ersatzstrombox für Deutschland sollten sich auf etwa 130 Kilowattstunden im Jahr belaufen.