Intelligente Solarenergiespeichersysteme für Privathaushalte sind in den letzten Jahren immer beliebter geworden. Ökostrom steht der Familie rund um die Uhr zur Verfügung, und dank Solarenergie müssen Sie sich keine Sorgen mehr um hohe Strompreise machen. Das spart Geld bei Ihrer Stromrechnung und trägt zu einer hohen Lebensqualität für alle bei.
Tagsüber sammelt das Heimspeichersystem Solarstrom und speichert ihn automatisch, um ihn nachts für die Verbraucher bereitzustellen. Bei einem plötzlichen Stromausfall schaltet das System schnell auf eine alternative Stromquelle um und gewährleistet so die Funktionsfähigkeit von Beleuchtung, Haushaltsgeräten und anderen Geräten. Der Akku des Heimspeichersystems lädt sich selbstständig auf, wenn kein Strom benötigt wird. Dadurch steht er bei Stromausfällen oder in Zeiten erhöhten Bedarfs zur Verfügung. Das Heimspeichersystem dient als Notstromversorgung im Katastrophenfall. Es gleicht zudem den Stromverbrauch aus und hilft so, die Stromkosten der Familie zu senken. Ein intelligentes Heimspeichersystem funktioniert wie ein kleines Kraftwerk und ist unabhängig von den Schwankungen des städtischen Stromnetzes.
Fragezeichen für Fachleute?
Aus welchen Komponenten besteht ein so leistungsstarkes Photovoltaik-Speichersystem für Privathaushalte und wovon hängt es ab, um zu funktionieren? Welche Arten von Photovoltaik-Speicherlösungen gibt es? Warum ist die Wahl des richtigen Photovoltaik-Speichersystems so wichtig?
CEM-Know-how „Sekunden“
Was ist ein PV-Energiespeichersystem für ein Wohnhaus?
Ein Photovoltaik-Energiespeichersystem für Privathaushalte besteht aus einer Photovoltaikanlage und einem Energiespeichersystem. Es speichert den von der Sonne erzeugten Strom. Mit einer solchen Anlage können Nutzer tagsüber Strom erzeugen und den Überschuss speichern, um ihn nachts oder bei schwachem Licht zu nutzen.
Einteilung von Heim-PV-Energiespeichersystemen in Gruppen
Derzeit gibt es zwei Arten von Heimspeichersystemen: solche, die ans Stromnetz angeschlossen sind, und solche, die nicht angeschlossen sind.
Netzgekoppelte Energiespeicherlösung für Zuhause
Solarmodule, netzgekoppelte Wechselrichter, ein Batteriemanagementsystem (BMS) und Wechselstromverbraucher bilden die fünf Hauptkomponenten. Photovoltaikmodule und ein Energiespeichersystem arbeiten zusammen, um das System mit Strom zu versorgen. Bei Netzstromversorgung speisen sowohl das netzgekoppelte Photovoltaiksystem als auch der Netzstrom die Verbraucher. Fällt der Netzstrom aus, versorgen das netzgekoppelte Photovoltaiksystem und das Energiespeichersystem die Verbraucher gemeinsam. Das netzgekoppelte Heimspeichersystem kann in drei Modi betrieben werden: Modus 1: Die Photovoltaikanlage speichert Energie und speist den Überschuss ins Internet ein; Modus 2: Die Photovoltaikanlage speichert Energie und deckt einen Teil des Strombedarfs des Nutzers; Modus 3: Die Photovoltaikanlage speichert nur einen Teil der Energie.
Netzunabhängige Methode zur Energiespeicherung zu Hause
Der PV-Wechselrichter funktioniert netzunabhängig und benötigt daher keinen netzgekoppelten Wechselrichter. Das netzunabhängige Heimspeichersystem verfügt über drei Betriebsmodi: Modus 1 speichert die PV-Anlage Energie und versorgt die Nutzer an sonnigen Tagen mit Strom. Modus 2 liefern PV-Anlage und Speicherbatterie Strom an bewölkten Tagen. Modus 3 versorgt die Speicherbatterie die Nutzer an dunklen und regnerischen Tagen mit Strom.
Ein Wechselrichter ist sozusagen das Gehirn und Herzstück eines Heimspeichersystems. Er ist untrennbar mit dem System verbunden, egal ob es ans Stromnetz angeschlossen ist oder nicht.
Gibt es dafür ein Wort?
Ein Wechselrichter ist ein gängiger Bestandteil von Stromversorgungssystemen. Er wandelt Gleichstrom (aus Batterien oder Reservebatterien) in Wechselstrom (220 V, 50 Hz, Sinus- oder Rechteckwelle) um. Vereinfacht gesagt, ist ein Wechselrichter ein Gerät, das Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt. Er enthält eine Wandlerbrücke, eine Steuerlogik und einen Filter. Gleichrichterdioden und Thyristoren sind zwei häufig verwendete Bauteile. Die meisten Computer und Haushaltsgeräte verfügen über eingebaute Gleichrichter (DC zu AC) in ihren Netzteilen. Diese werden als Wechselrichter bezeichnet.
Warum sind Transformatoren ein so wichtiger Bestandteil des Systems?
Wechselstromübertragung ist effizienter als Gleichstromübertragung und wird zur Energieversorgung vieler Orte eingesetzt. Die Leistungsverluste durch den übertragenen Strom in den Leitungen lassen sich mit der Gleichung P = I²R berechnen, was für „Leistung = Quadrat des Stromwiderstands“ steht. Um die Energieverluste zu reduzieren, muss entweder der übertragene Strom oder der Widerstand der Leitung verringert werden. Die Reduzierung des Widerstands von Übertragungsleitungen (wie Kupferleitungen) ist jedoch aufwendig und erfordert hohe Kosten und umfangreiches wissenschaftliches Know-how. Daher ist die einzige effektive Methode die Reduzierung der übertragenen Leistung. Leistung = Stromstärke × Spannung, genauer gesagt: Wirkleistung = IUcosφ. Um Energie zu sparen, kann die Stromstärke in den Leitungen durch Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und Erhöhung der Netzspannung reduziert werden.
Die solare Photovoltaik-Stromerzeugung nutzt Photovoltaikmodule zur Erzeugung von Gleichstrom. Viele Verbraucher benötigen jedoch Wechselstrom. Gleichstromquellen weisen einige Nachteile auf: Die Spannungsänderung ist schwierig, und die anschließbaren Verbraucher sind eingeschränkt. Bis auf wenige Ausnahmen benötigen alle Verbraucher Wechselrichter, um den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. Der Photovoltaik-Wechselrichter ist das Herzstück einer Photovoltaikanlage. Er wandelt den Gleichstrom des Photovoltaikmoduls in Wechselstrom um, der dann an einen Verbraucher oder die Stromquelle weitergeleitet wird und die Leistungselektronik schützt. Ein PV-Wechselrichter besteht aus Leistungsmodulen, Steuerplatinen, Leistungsschaltern, Filtern, Drosseln, Transformatoren, Schützen, Schaltschränken und weiteren Komponenten. Die Vorverarbeitung der elektronischen Bauteile, die Maschinenmontage, die Prüfung, die Verpackung und weitere Schritte bilden den Produktionsprozess. Die Weiterentwicklung dieser Schritte basiert auf den Fortschritten in der Leistungselektronik, der Halbleitertechnologie und der modernen Steuerungstechnik.
Verschiedene Arten von Wechselrichtern
Wechselrichter lassen sich grob in folgende drei Gruppen unterteilen:
1. Wechselrichter an das Stromnetz angeschlossen
Neben der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom kann ein netzgekoppelter Wechselrichter seinen Ausgangswechselstrom mit Frequenz und Phase des Netzstroms synchronisieren. Dadurch kann der Ausgangswechselstrom ins Netz eingespeist werden. Anders ausgedrückt: Ein netzgekoppelter Wechselrichter kann synchron mit dem Stromnetz verbunden werden. Dieser Wechselrichter kann überschüssige Energie ohne Batterien ins Netz einspeisen, und sein Eingangskreis ist mit der MTTP-Technologie kompatibel.
2. Wechselrichter, die nicht an das Stromnetz angeschlossen werden müssen.
Inselwechselrichter, die üblicherweise an Solaranlagen, kleine Windkraftanlagen oder andere Gleichstromquellen angeschlossen werden, wandeln Gleichstrom in Wechselstrom um, der im Haushalt genutzt werden kann. Sie können auch Verbraucher mit Energie aus dem Stromnetz und aus Batterien versorgen. Die Bezeichnung „inselunabhängig“ rührt daher, dass die Geräte nicht an das Stromnetz angeschlossen sind und keine externe Stromquelle benötigen.
Off-Grid-Wechselrichter sind die ersten batteriebetriebenen Systeme, die den Betrieb von Mikronetzen in bestimmten Gebieten ermöglichen. Ein Off-Grid-Wechselrichter kann Energie speichern und in andere Formen umwandeln. Er verfügt über Stromeingänge, Gleichstromeingänge, Schnellladeeingänge, Gleichstromausgänge mit hoher Kapazität und schnelle Wechselstromausgänge. Mithilfe einer Steuerungssoftware werden die Ein- und Ausgangsbedingungen so angepasst, dass Energiequellen wie Solarmodule oder kleine Windkraftanlagen optimal arbeiten. Zudem wird eine reine Sinuswelle ausgegeben, um die Energiequalität zu verbessern.
Die Batterien für netzunabhängige Wechselrichter sind für diese Systeme unerlässlich, da sie Energie speichern, die bei Stromausfall oder fehlender Stromversorgung genutzt werden kann. Netzunabhängige Wechselrichter tragen außerdem dazu bei, die Abhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz zu verringern, wodurch Stromausfälle, Blackouts und andere Probleme vermieden werden, die von den Energieversorgern nicht behoben werden können.
Ein netzunabhängiger Wechselrichter mit Solarladeregler verfügt über einen internen PWM- oder MPPT-Solarregler. Dieser ermöglicht den Anschluss der PV-Anlage an den Wechselrichter und die Anzeige des PV-Status. Dadurch wird die Einrichtung und Überprüfung des Systems vereinfacht. Netzunabhängige Wechselrichter in Notstromaggregaten und Batteriespeichern führen Selbsttests durch, um eine stabile und vollständige Stromversorgung zu gewährleisten. Während Wechselrichter mit niedriger Wattzahl für Haushaltsgeräte verwendet werden, kommen Wechselrichter mit hoher Wattzahl hauptsächlich in Unternehmen und privaten Projekten zum Einsatz.
3. Hybrid-Wechselrichter
Es gibt zwei Haupttypen von Hybrid-Wechselrichtern: Zum einen gibt es netzunabhängige Wechselrichter mit eingebautem Solarladeregler, zum anderen gibt es netzgekoppelte und netzunabhängige Wechselrichter, die sowohl für netzgekoppelte als auch für netzunabhängige Photovoltaikanlagen verwendet werden können und deren Batterien auf verschiedene Weise konfiguriert werden können.
Was der Transformator im Allgemeinen macht
1. Funktionen für automatisches Ein- und Ausschalten
Mit fortschreitendem Tag und steigendem Sonnenstand nimmt auch die Intensität der Sonnenstrahlen zu. Die Photovoltaikanlage kann mehr Sonnenenergie aufnehmen und arbeitet dann selbstständig, sobald sie die für den Betrieb des Wechselrichters erforderliche Ausgangsleistung erreicht hat. Sie schaltet sich ab und wechselt in den Energiesparmodus, wenn die Ausgangsleistung des netzgekoppelten Wechselrichters (bzw. des Speichers) null oder nahezu null beträgt. Dies geschieht, wenn die Ausgangsleistung der Photovoltaikanlage sinkt.
2. Funktion des Anti-Inselbildungseffekts
Der Prozess der netzgekoppelten Photovoltaik-Stromerzeugung, das Photovoltaik-System selbst und der Betrieb des Stromnetzes. Bei einem Ausfall oder ungewöhnlichem Verhalten des öffentlichen Stromnetzes kann es zu einem Inselbetrieb kommen, wenn das Photovoltaik-System nicht rechtzeitig abgeschaltet werden kann oder zwar noch Strom liefert, aber vom öffentlichen Stromnetz getrennt wird. Inselbetrieb ist sowohl für das PV-System als auch für die Stromquelle schädlich.
Der netzgekoppelte Wechselrichter mit Energiespeicher verfügt über einen internen Inselnetzschutz, der das Netz intelligent in Echtzeit überwacht und dabei Spannung, Frequenz und weitere Informationen erfasst. Werden Störungen im öffentlichen Netz festgestellt, kann der Wechselrichter anhand verschiedener Messwerte zum richtigen Zeitpunkt den Stromfluss unterbrechen, die Leistung stoppen und Fehler melden.
3. Steuerungsfunktion für maximale Leistungspunktverfolgung
Die wichtigste Technologie eines netzgekoppelten oder Speicherwechselrichters ist seine Maximum Power Point Tracking-Funktion (MPPT-Funktion). Diese Funktion ermöglicht es dem Wechselrichter, die höchste Ausgangsleistung seiner Komponenten in Echtzeit zu ermitteln und zu überwachen.
Es gibt viele Faktoren, die die Ausgangsleistung einer PV-Anlage beeinflussen können, und es ist nicht immer möglich, die angegebene optimale Ausgangsleistung konstant zu halten.
Die MPPT-Funktion des netzgekoppelten/Speicher-Wechselrichters ermittelt in Echtzeit die maximale Leistungsabgabe jeder Komponente. Anschließend passt sie die Betriebsspannung (oder den Betriebsstrom) des Systems intelligent an, um sie dem maximalen Leistungspunkt anzunähern. Dadurch wird die vom PV-System erzeugte Leistung maximiert und ein kontinuierlicher und effizienter Betrieb sichergestellt.
4. Intelligente Funktion zur Überwachung der Saiten
Aufbauend auf der ersten MPPT-Nachführung hat der netzgekoppelte Wechselrichter mit Energiespeicher die intelligente String-Erkennungsfunktion bereits implementiert. Im Gegensatz zur MPPT-Nachführung überprüft die String-Erkennung Spannung und Strom jedes einzelnen Strangs präzise. Dadurch kann der Benutzer die Betriebsdaten jedes Strangs in Echtzeit einsehen.
Aktuell gefragte Energiespeichersysteme sind Batteriemanagementsysteme (BMS), netzgekoppelte PV-Wechselrichter und Energiespeicher-Wechselrichter. Um diesen Bedarf an Heimspeicherlösungen zu decken und die Sicherheitsfunktionen der einzelnen PV-Systemkreise zu integrieren, hat Huashengchang ein komplettes Sortiment an Heimspeichersystemen für PV-Anlagen auf den Markt gebracht. Diese Systeme bestehen hauptsächlich aus netzgekoppelten und Hybrid-Wechselrichtern.
