Selbstbau-Solaranlagen - und wie weiter?

Eine einfache Insel-/Campinganlage, dann Balkonsolar - und wie weiter?

TL;DR:

• Für Wochenendhütte, Schrebergarten, Camping: Powerstation eines etablierten Herstellers + passendes Solarpanel
• "Funktioniert und reicht" für Wohnung/Haus: Balkonsolaranlage (Amortisation in 4-5 Jahren)
• Wartungsarme Investition mit Rendite: große Solaranlage mit Volleinspeisung
• Angst vor Blackout, kleiner (Not-) Bedarf: Powerstation + passendes Solarpanel
• Angst vor Blackout / Autarkie: Große Insel-Anlage mit Batteriepuffer und Netzbezug
• für Tüftler: Balkonsolaranlage oder/und(!) selbstgebaute kleine Inselanlage als Einstiegsdroge, dann weiter...

Grundsätzliches

Obligatorische Warnung vorab

Wir sprechen hier über Strom in nichttrivialen Spannungen und Leistungen. Dies birgt die Gefahr von Bränden oder elektrischen Schlägen, die bis hin zum Tod führen können. Sämtliche "Basteleien" daher auf eigene Gefahr und Verantwortung!

Faustregeln zur Sicherheit:

• Für 230V Wechselstrom ("Steckdosenstrom") werden nur die mitgelieferten Stecker und Steckdosen verwendet - keine Eigenbauten! Wo 230V nicht fertig am Gerät (Wechselrichterausgang) vorhanden ist, sollte/darf nur ein ausgebildeter Elektriker 'dran!
• 230V-Querspeisungskabel mit Schukosteckern auf beiden Seiten heißen aus gutem Grund "Witwenmacher" - niemalsnie so einen Unfug basteln!
• Keine Gleichspannung über 60V verwenden!
• Bei "Niedrigspannung" (12V, 24V, 48V) sind für sinnvolle Leistungen teils monströs dicke Leitungen notwendig - je kleiner die Spannung desto dicker die benötigte Leitung! Einerseits, damit die Transportverluste nicht zu groß werden, vor allem aber, damit da nichts anfängt zu brennen! Pro Solarpanel (~10A) sollten es schon mindestens 4mm² sein.
• Akkus sind SCHWER, enthalten teilweise ätzende Säure (Bleiakkus), brennen mal (LiPo), enthalten oft Giftstoffe (BLei, Cadmium, ...) - bitte mit entsprechender Umsicht handhaben.

Batteriewahl

• Blei-Akkus (Autoakkus) taugen nur noch für Notfallszenarien - weil die bei einem Hochwasser o.ä. aus Autowracks ausgebaut und genutzt werden können. Sonst sind die zu schwer und zu kurzlebig (wenige hundert Ladezyklen). Dafür relativ gutmütig im Spannungsverhalten.
• NiCad und LiPo - Hochleistungsakkus, die bei mechanischer Beschädigung oder Kurzschlüssen gerne auch mal in Flammen aufgehen. Auch hier nur wenige hundert Ladezyklen. Sollte man nicht mehr verwenden.
• LiFePo (Lithium-Eisenphosphat) - aktuell (2023) das Mittel der Wahl. Sollte nur mit Batterie-Managementsystem eingesetzt werden, das auch entsprechende Schutzschaltungen gegen Tiefentladung und Kurzschluss bietet.

Solarpanels

Die Angaben der Leistung "Watt-peak" (Wp) ist höchste theoretische elektrische Erzeugung unter normierten Standardbedingungen (senkrechte Einstrahlung einer Wintersonne zu Sommerintensität bei auf 20°C gekühlten Panels). In der Praxis kann man in Deutschland mit folgenden ganz groben Daumenregeln grob abschätzen:

• bei bedecktem Himmel liefern Panels grob 1/10tel der Wp als Leistung, bei Murkelwetter noch weniger
• über das Jahr ganz grob Wp = kWh/Jahr
• Ost/West-Dächer liefern nur 2/3 bis 3/4 der Leistung eines Süd-Daches

Panels sind Segelfläche - die müssen ORDENTLICH festgeschraubt und gesichert sein, sonst fliegen die schnell mal weg! Ein Sandsack reicht nicht. Jenseits der 2 Zentner pro Panel wenn nur mit Gewichten fixiert wären ein Anfang.

Bitte nur auf "sicheren" Dächern (Garagen-Flachdach, Carport, ...) und/oder mit Absturzsicherung arbeiten!

Aufbau-Szenarien

Viele Solar-Enthusiasten durchlaufen eine gewisse "Karriere" - angefangen vom "Anfixen" bei kleinen Bastel-Lösungen und dann weiter, immer am Optimieren des aktuellen Aufbaus.

Camping-Solarstrom

Die einfachste Variante, Solarenergie selber aufzubauen und zu nutzen besteht sicherlich darin, sich eine Powerstation (Ecoflow, Bluetti, ...) mit Solar-Ladeeingang und ein von den Werten her passendes Solar-Panel zu besorgen.

Wenn man nicht zu viel Leistung benötigt, dann reicht das für Camping, oder um in der Gartenlaube von Frühjahr bis Herbst mit Strom für die allgemeinen Kleinigkeiten (Licht, Laptop, Smartphone, Funkgerät, ...) zu versorgen. Natürlich auch im Notfall bei Stromausfall.

Der Aufwand beschränkt sich auf ein Zusammenstecken meist nicht verwechselbarer Anschlüsse. Strom bekommt man aus Standard-Buchsen: mehrere USB, 12V per Zigaretten-Anzünder-Buchse (max. 10A), 230V "Netzstrom" über Schukostecker. Der Eingang variiert von Produkt zu Produkt. Bessere haben einen eingebauten 230V-Kaltgerätestecker zum Laden und einen MC4- oder X60-Anschluss für die Solarpanels. Sonst muss man halt die korrekten Adapter selber löten.

Worauf man achten sollte:

• Ganz "normale", versenkte Schukosteckdosen - nicht diese seltsamen Welt-kompatiblen Flachstecker. Bei denen droht mit etwas Ungeschick die Gefahr eines elektrischen Schlages oder Kurzschlusses.
• Saubere Entstörung - gerade Billig-Powerstations (aber auch Bluetti) erzeugen gerne Funk-Störungen, die nicht nur Funkamateure ärgern und zu (kostepflichtiger) Beschlagnahme & Entsorgung des Gerätes führen können.
• Immer nur trocken aufstellen! Nie in den Regen, aber bitte auch nicht ins feuchte Gras!
• Bitte nur Markengeräte mit CE-Kennzeichen. China-Böller sind schnell mal .... optimistisch konstruiert und zusammengefrickelt. Das kann dann lebensgefährlich werden, mit Glück dann nur frustrierend.

Insel-Solaranlage

Einen Camping-Solarstrom oder eine mobile Notfall-Stromversorgung kann man sich auch selber zusammenbauen - für unterschiedliche Ansprüche und auch gehobene Leistungsanforderungen.

Eine Um- oder Zusammenschaltung von 230V Land- und Inselstrom überlässt man besser Fachleuten. Gerade Sicherheitsschaltungen sind deutlichst nichttrivial (Google-Rabbithole: Fehlerstrom-Fälle 1. und 2. Ordnung).

Für geplante Notfall-Systeme bieten sich unten geschlossene Behälter (Euroboxen, Werkzeugkoffer aus Plastik) an, die einen geschlossenen/regenwasserdichten Deckel haben sollten, damit diese auch auf feuchten Grund gestellt werden können und nicht beim den ersten Tropfen Kurzschlüssen riskieren. Deckel von Werkzeugkisten haben an Scharnieren und Griffen gerne größere Bohrungen...

Einfache Balkonsolar-Anlage

Eine Balkonsolar-Anlage ist dadurch definiert, dass sie max 600W erzeugen darf (ab 2024 vmtl. max 800W), und dafür ein vereinfachtes Anmeldeverfahren erlaubt (ab 2024 muss voraussichtlich nicht mal ein Elektriker mehr Spezialsteckdosen montieren - es soll dann eine normale Steckdose in der Nähe zum Einstöpseln reichen, so die Gerüchte). Da dürfen "beliebig" viele Solarpanele anklemmt werden - aber davon nur maximal 600W ins heimische Stromnetz eingespeist werden (ab 2024 vmtl: 800W eingespeist, max. 2.000 Wp an Solarpanelen). Durch die Einspeisung wird der eigene Verbrauch reduziert - eventuellen Überschuss schenkt man dem Stromnetz.

Die 600W/800W ergeben sich übrigens aus einer Leistungsreserve VDE-konformer Stromkabel: wird kein separates Solaranlagen-Kabel verlegt, könnten bei einer zwischen Sicherungskasten und Verbraucher angeschlossenen Solaranlage die 3.680W (16A-Sicherung) plus die 600-800W über verlegte Kabel übertragen werden. Das kann ein Standardkabel gerade noch ab - bei einer 2kW-Einspeisung könnte so ein Kabel aber schon anfangen zu brennen...

Um das Maximum aus einer Balkonsolaranlage zu ziehen, sollte die Erzeugung überwacht und die Nutzung der Leistungsverbraucher (Kochen, Waschmaschine, Laden des Pedelecs/Rollers, ...) möglichst auf Sonnenwetter verlegt werden.

Warum sollte man (deutlich) mehr Panels an eine Balkonsolar-Anlage angeschlossen werden als 600Wp? Ganz einfach: nicht immer ist strahlender Sonnenschein, die erzeugte Leistung wird mit zunehmender Bewölkung überproportional kleiner. Mehr Solarfläche bringt mehr Leistung bei bedecktem Himmel.

Übliche Sets haben zwei ~400Wp Panels (Summe 800Wp) für eine 600W-Balkonsolaranlage. Wieviel mehr man anschließen kann, sollte man vorher anhand der Datenblätter prüfen - sonst kann der Wechselrichter durchbrennen.

Dabei ein Wort der Warnung (2023): wer seine Balkonsolar-Anlage nicht anmeldet, dem kann ein empfindliches Bußgeld aufgebrummt werden! Da SmartMeter und elektronische Zähler ihren Stand alle 15 Minuten melden, kann ein Netzbetreiber aus der Ferne feststellen, wenn da versucht wird, Strom ins Netz einzuspeisen.

Ach ja: Balkonsolar liefert NUR DANN Strom, wenn Netzstrom vorhanden ist. Bei Stromausfall ist auch der Balkonsolar-Wechselrichter aus. Wem eine Notstrom-Versorgung wichtig ist, der sollte die Anschlüsse der Solarpanels an einen erreichbaren Ort verlegt haben, und dort einen Camping-Solarstrom vorbereitet haben, auf den man im Falle eines Falles die Panels umklemmen kann und dann Kühlschrank & Co. über wild-romantisch verlegte (und hoffentlich vorhandene) Verlängerungskabel von der Campingbox speist.

Die Idee, einen kleinen Notstromgenerator bzw. eine Camping-Powerstation mit einem Balkonkraftwerk zu boosten, ist nur begrenzt gut - außer das Ziel war, "Magischen Rauch" und früher oder später brennende Elektronik zu produzieren.

Geregelte Solaranlage mit Nulleinspeisung

Wenn man schon die Leistung einer Solaranlage immer wieder in der App oder auf dem PC anschaut, dann ärgert einen früher oder später, dass man draußen beispielsweise 2kWp hängen hat und die beim gerade strahlenden Sonnenschein auch in der Küche (im wahrsten Sinne des Wortes) verbraten könnte - aber beim Kochen trotzdem noch Strom aus dem Netz beziehen muss, weil der Mikrowechselrichter limitiert. Es wäre doch schön, wenn man alles, was man verbrauchen kann, auch beziehen könnte.

Dazu braucht es dann einen Wechselrichter den man in der Leistung drosseln kann, und eine Auslesemöglichkeit für den aktuellen Stromverbrauch bzw. die aktuell aus dem Netz bezogene Strommenge.

So können beispielsweise viele der Hoymiles-Mikrowechselrichter mit einem billigen openDTU-Gateway (ca. 50€, lokal und ohne Cloud - Vorsicht: 2 zueinander inkompatible Varianten je nach Wechselrichter-Serie!) nicht nur ausgelesen, sondern auch in ihrer Leistung beschränkt werden. So kann man beispielsweise einen 2000W-Wechselrichter auf 600W begrenzen (der Trick dabei: viele der größeren HMS-Modelle haben 3 oder 4 MPP Tracker, können also die Stromerzeugung besser optimieren). Allerdings wird dann nicht die Gesamtleistung begrenzt, sondern jeder MPPT anteilig. Wer also ein Modell mit 4 Trackern mit nur 3 Panels bestückt, der muss das Limit auf 800W setzen, um jeden Tracker auf 200W zu limitieren - bei 3 angeschlossenen Panels ergibt das dann die 600W. Wenn aber dann ein Panel verschattet wird und weniger liefert - dann sind auch bei strahlendem Sonnenschein und angeschlossenen 1.200Wp vielleicht nur 400-500W an abgegebener Leistung 'drin: die zwei Vollast-MPPTs liefern je 200W, der beschattete aber nur das, was noch generiert wird.

Die erste Idee: man müsste das Limit doch so nachregeln können, dass über alle MPPTs optimiert wird? Ja, kann man. Mit ein bisschen Programmieren kann man das optimieren - man braucht dann aber einen dauernd laufenden Computer/Server im Haus. Die Schnittmenge zwischen Solarbastel- und Computer-Nerdhaushalten ist zwar groß - aber nicht identisch...

Wenn man schon einen SmartMeter (-Gateway) hat, kann man die bezogene Netzleistung direkt dort auslesen. Auf einen elektronischen Stromzähler kann man nach Freischalten (mit beim Netzbetreiber anzufordernden Taschenlampen-Blinzelcode) einen Lesekopf aufsetzen (der hält per eingebautem Magnet). Wer noch einen alten Drehscheiben-Zähler hat, der kann den Verbrauch mit einem Zangenmessgerät wie z.B. einem Shelly EM3 / EM / EM-pro messen, deren Magnetsensoren auf die Phasen im heimischen Sicherungskasten geklemmt werden.

Und dann kann man sogar so weit optimieren, dass man alles an Leistung was man selber produziert, auch selber verbraucht - dabei aber sicherstellt, dass nichts ins Netz gedrückt wird. Das muss man umfangreicher anmelden als eine Balkonsolar-Anlage - hat aber danach weniger Verwaltungskram als bei größeren Einspeiseanlagen.

Balkonsolar-Anlage mit Batteriepuffer (= Dumme Idee)

Wenn man schon dem Netz nichts schenken will, dann könnte man doch den ungenutzten Solarstrom in einem Akku speichern, und dann später z.B. in die Nacht hinein für eine Nulleinspeisung nutzen, so lange Saft da ist? Dazu schaltet man dann die Solarpanels einfach an einen Laderegler, der dann die Akkus lädt. Und die Akkus klemmt man dann an den geregelten Balkonsolar-Wechselrichter...

...und produziert einen mehr oder weniger empfindlichen Kurzschluss.

Hintergrund:

Mit MPP-Trackern wird versucht, eine möglichst hohe Leistung daus den Solarpanels herauszuholen - also das Produkt aus Spannung und Strom. Dazu wird immer mehr Strom durchgelassen, bis die Spannuing zu stark abfällt. Bei Solarpanels funktioniert das - denen ist ein Kurzschluss "egal". Akkus haben eine andere Kennlinie und ein anderes Verhalten. Bei Blei-Akkus geht das VIELLEICHT noch, wenn auch mit schlechtem Wirkungsgrad. Batteriemanagement-Systeme von LiPos/LiFePos, Laderegler oder auch klassische Durchbrenn-Sicherungen detektieren aber einen Kurzschluss und schalten ab. Sind solche Dinge nicht eingebaut, kann es gar zu Akku- oder Kabelbränden kommen.

Also: nicht machen.

Ausnahme:

Mehrere Hersteller (u.a. Ecoflow, Zendure, Anker) bieten Akkuanlagen mit eingebautem MPPT an, die zwischen Solarpanel und Wechselrichter geklemmt werden und sich durch entsprechende Regelungselektronik gegenüber einem MPPT-Solarwechselrichter wie ein Solarpanel verhalten. Das sind gekapselte kommerzielle Systeme, meist mit Cloud-Anbindung, die dann auch nur so lange funktionieren, wie die Cloud vom Hersteller so betrieben wird. Mit Pech nur bis zum nächsten Modellwechsel...

Große Solaranlage / (Voll-) Einspeisung

Das sind die großen Brüder der Balkonsolaranlage. Da werden aber die Panels nicht parallel nebeneinander geklemmt, sondern hintereinander in ein oder zwei Stränge (z.N. Ost- und West-Dach). Die liefern dann auch nur maximal 10-15A, aber bei meist 600-800V_oc. Entsprechend sind dann Hochspannungs-Wechselrichter in Verwendung. Also nichts für Selberbastler. Finger weg - da hantieren nur die Profis 'dran.

Oder es wird für jeweils 1-4 Module ein eigener Mikrowechselrichter eingesetzt. Die werden dann hintereinander bzw. auf eine gemeinsame 230V-Verteilung geschaltet und laufen unabhängig voneinander. Vorteil ist, dass so Verschattungen oder Ausfälle einzelner Module oder Wechselrichter nur anteilig Leistung kosten, aber nie einen Ausfall.

Große Einspeiseanlagen sind deutlich anmelde-, gewerbe- und profi-pflichtig. Dafür sollen dann - je nach Rechnung - angeblich 20 Jahre lang 5% Rendite pro Jahr für den eingespeisten Strom 'drin sein.

Vorsicht! Bei der Anmeldung gibt es den Unterschied zwischen Einspeisung-mit-Eigenverbrauch und Zweiwege-/Voll-Einspeisung. Bei zweiterem erhält man (2023) eine etwas höhere Einspeisevergütung - bezahlt dann aber für jedes verbrauchte kWh den vollen Endkundenpreis.

Große (Null-) Einspeise-Anlage mit angeschlossenem/integrierten Batteriepuffer

Siehe oben - hinzu kommt, dass die Akkus Hochspannungsakkus mit entsprechender Voltzahl sind. Also doppelt Finger weg - nur die Profis 'dran hantieren lassen.

Ach ja: die Akkus passen aktuell meist nur für genau die mitgelieferten Wechselrichter des Herstellers. Viel Spaß in 10-15 Jahren, wenn dann ein Akkuwechsel ansteht...

Und bei Netzeinspeisung wird die Verwaltung echt ... interessant (weil Mix aus Eigenverbrauch, Einspeisung, Ausspeisung, Regelenergie, Stromproduzent, und so weiter). Dafür kann man auch versuchen, Strom und das bisschen Regelenerie an der Börse zu verkaufen. Also eher was für Zocker mit Zeit und bürokratiefesten Nerven.

Große Insel-Anlage mit Batteriepuffer und Netzbezug (Hybrid-Wechselrichter)

Auch hier: bitte nur von Profis machen lassen, da Hochspannungs-Stränge und -Akkus.

Das ist im Prinzip eine überdimensionale Inselanlage, die für Schlechtwettertage um ein netzgekoppeltes Batterieladegerät ergänzt wurde. Die komplette Hauselektrik hängt am Wechselrichter. Die Netzeinspeisung beschhränkt sich dann auf das Akkuladegerät - und vielleicht eine Notfall-Steckdose falls der Wechselrichter mal spinnt. Oder einen manuellen 3-Stellungs-Schalter, bei dem man das Haus zwischen Wechselrichter/Inselbetrieb und Netzanschluss umschalten kann.

Das ist dann verwaltungstechnisch wieder einfacher - weil Inselanlage und vom Netz aus gesehen eine "normale" Strominstallation ohne Rückspeisung.

Sind Netzlader, MPPTen und Inselwechselrichter und Energiemanagementsystem in einer Kiste fertig vom Hersteller zusammengeschraubt, nennt sich selbige dann Hybridwechselrichter.

Große Solaranlage plus unabhängig parallel aufgebauter Speicher

Zum PV-Teil siehe oben.

Der Akku wird dann mit Netzstrom geladen - auch zurückgespeistem zum Eigenverbrauch. Das wird dann mit einem geeigneten Energiemanagement (siehe Nulleinspeisung) umgeschaltet und geregelt, je nach Solareinspeisung und ggfs. dynamischem Stromtarif.

So etwas gibt es in kommerziell (für Profis), oder auch selbstbastelbar aus Akku-Ladegerät, 24V/48V Akku und netgekoppeltem, regelbaren(!) Einspeise-Wechselrichter sowie einem Energiemanagementsystem zum Selbst-Konfigurieren/-Programmieren.

Der Vorteil: so eine Lösung kann man unabhängig von einer Photovoltaik-Anlage (mit Eigenverbrauch) nachrüsten und unabhängig von deren Stand nutzen (z.B. bei dynamischen Stromtarifen).