Disclaimer

Dies ist keine rechtliche Beratung. Ich übernehme keine Verantwortung für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder andere rechtlich relevante Angelegenheiten. Sollten Sie sich dazu entscheiden, den Ausführungen zu folgen, so tun Sie dies absolut eigenverantwortlich.

Einer der wichtigsten und zugleich herausforderndsten Schritte zur Unabhängigkeit ist die Versorgung mit selbst erzeugtem Strom. Dabei ist es heutzutage einfacher als jemals zuvor, 100% stromautark zu sein. Das liegt zum einen an der sehr guten und günstigen Verfügbarkeit von Komponenten für die Erzeugung und Speicherung erneuerbaren Stroms. Zum anderen liegt es an der Verfügbarkeit aller zur Installation und Inbetriebnahme nötigen Dokumente.

In diesem Artikel möchte ich einen Überblick geben, wie es (auch in Deutschland) möglich ist, 100% des eignen Stroms selbst zu produzieren, ohne auf stromfressende, aber nützliche Alltagsgeräte verzichten zu müssen. Mein Ziel ist es, Ihnen ein fundiertes Wissen zu vermitteln, was möglich ist und was nicht. Der Artikel wird ergänzt durch selbst entwickelte Rechentools, die die Auslegung des eigenen autarken Stromsystems ermöglichen.

1. Die Inselanlage

Ich habe seit mehreren Jahren keinen Stromanschluss mehr, da ich 100% meines genutzten Stroms selbst produziere. Solche Anlagen nennt man Inselanlagen. D.h. es gibt keine elektrische Verbindung zum „Netz“. Dies hat viele Vorteile: Meine Spannungsversorgung ist deutlich stabiler was Frequenz- und Spannungstreue angeht (Messkurven folgen). Außerdem gibt es bei mir keine unvorhergesehenen Stromausfälle. Beides schützt die elektrischen Geräte, sodass deren Lebensdauer um ein vielfaches höher ist. Und nun kommt der größte Vorteil: Mein selbst erzeugter Strom ist pro kWh deutlich günstiger als der Strom aus dem Netz.

Jetzt denken Sie sich: Prima! Warum hat dann nicht jeder ein eigenes Inselsystem zuhause? Nun, das hat mehrere Gründe: 1. Platz — Meine Stromanlage benötigt sowohl viel Platz auf dem Dach als auch einen Kellerraum für die technischen Anlagen; 2. Mut — Sein eigenes Einfamilienhaus komplett vom Stromnetz zu trennen benötigt Mut und das Selbstbewusstsein zu wissen, was man tut; 3. Investition — Die Anfangsinvestition ist geringfügig höher als ein Stromanschluss.

1.1 Erdung

Die sicherheitstechnisch wichtigste Überlegung des Insel-Stromsystems ist die korrekte Erdung. Es gibt mehrere korrekte und legale Möglichkeiten, aber ich empfehle das TN-C-S-System (französisch: Terre Neutre Combiné Séparé). Dieses ist im Fehlerfall extrem sicher und benötigt nur den einen schon vorhandenen Erder, an dem im Netzbetrieb PE hängt.

Näheres zur korrekten Erdung finden Sie im PDF-Dokument.

1.2 PV-Erzeugung

Die Erzeugung von eigenem Strom über PV (Photovoltaik), d.h. aus Sonnenlicht stellt die Basis jeden Inselsystems dar. Es ist die kostengünstigste Art, selbst Strom zu produzieren. Beim Thema PV wimmelt es im Internet nur so von Fehlinformationen, betrügerischen Firmen und Lockangeboten. Deshalb ist es extrem wichtig, dass Sie sich die Zeit nehmen und in die Thematik einlesen. Ansonsten kann es schnell passieren, dass Sie über den Tisch gezogen werden und so der vermeintliche Kostenvorteil durch die eigene Erzeugung von Strom über PV zur Kostenfalle wird.

Jedes inselfähige PV-System besteht aus 4 Grundkomponenten:

1. PV-Generatoren (Das sind die Platten auf dem Dach oder an der Fassade)
2. Wechselrichter
3. Laderegler
4. PV-Speicher

1.2.1 Anzahl und Ausrichtung der PV-Module

Dieser Abschnitt ist für die Auslegung Ihrer Anlage von entscheidender Bedeutung. Und genau hier müssen Fehler vermieden werden, denn nur so wird der Solarstrom am Ende tatsächlich günstiger als der Netzstrom.

Die Anzahl und Ausrichtung der PV-Module muss an die Gegebenheiten vor Ort angepasst werden. So ist es etwa ein verbreiteter Irrtum, dass nur ein nach Süden ausgerichtetes Dach sinnvoll mit PV-Modulen ausgestattet werden kann. Tatsächlich ist eine Ost-West-Ausrichtung in vielen Fällen sogar besser.

Um uns diese Tatsache zu veranschaulichen, müssen wir ins Detail gehen: Wir vergleichen den tatsächlichen Verlauf des täglichen Stromverbrauchs mit der Erzeugung durch PV. Nehmen wir erst einmal einen leicht bewölkten Sommertag. Dann sehen die Verläufe in etwa so aus:

Obwohl bei der Ost-West-Ausrichtung niemals die Spitzenleistung der Module (kVp) erreicht wird, ist die Nutzung des Stroms deutlich besser — es können größere Teile des Tages komplett mit PV versorgt werden. Dies liegt daran, dass die Ost-West-Ausrichtung der PV-Module die Stromerzeugungskurve zwar abflacht, aber auch verbreitert (da die Morgen- und Abendsonne besser genutzt wird).

Um eine maximale Autarkie zu erreichen, sollte mindestens ein String (=Verschaltung mehrerer PV-Module) senkrecht ausgerichtet werden. Das ist insbesondere im Winter sehr wichtig, weil da Schnee auf dem Dach liegen kann und die Sonne niedriger steht. Diese senkrecht ausgerichteten PV-Module können an der Hausfassade oder als PV-Zaun ausgeführt werden.

Bei der Anzahl der PV-Module gilt der Grundsatz: Die Süd-, Ost, und West-Flächen sollten so voll gepackt werden wie möglich (Natürlich nur, wenn es keine verschatteten Flächen gibt). Außerdem sollte die Südfassade, sofern nicht verschattet, auch so voll wie möglich mit PV-Modulen ausgefüllt werden. Alternativ ein PV-Zaun mit mindestens 10 Modulen in Standardgröße (Gesamtleistung ca. 4,2 kWp).

Auf die Dachfläche eines normalen Einfamilienhauses passen etwa 20 Module (Gesamtleistung ca. 8,4 kWp). Es ist sinnvoll Strings immer mit der gleichen Dachflächenausrichtung zu verschalten, z.B. 10 Module Ost = String 1; 10 Module West = String 2; 10 Module senkrecht = String 3.

1.2.2 Der Laderegler

Der Solarladeregler sorgt dafür, dass die PV-Module immer optimal arbeiten und das Maximum an Strom abgeben. Dafür sollte jeder PV-String (ca. 10 Module) einen eigenen MPPT (Multi-Point-Power-Tracker) besitzen. Es gibt Solarladeregler, die bis zu 4 Strings mit jeweils einem eigenen MPPT unterstützen. Bei der Auswahl des Ladereglers ist es wichtig, auf die richtige PV-Speicher-Spannung zu achten. Es gibt sowohl Niederspannungssysteme (meist 48 V) als auch Hochspannungssysteme. Ich habe eine 48V-System mit Victron-Komponenten.

1.2.3 Der / die Wechselrichter

Es ist empfehlenswert, ein normales 3-Phasen-Drehstromnetz im Haus zu haben. Dafür gibt es spezielle 3-Phasen-Wechselrichter oder auch drei einzelne 1-Phasen-Wechselrichter (z.B. Victron MultiPlus-II). Auch hier ist es wieder sehr wichtig zu schauen, dass die PV-Speicherspannung unterstützt wird. Außerdem sollte der Wechselrichter einen Eingang für einen Dieselgenerator haben, aber dazu später mehr.

1.2.4 Der Speicher

Eine 100%ige Autarkie ist ohne PV-Speicher nicht möglich. Selbst an sonnigen Tagen produzieren die PV-Module in der Nacht keinen Strom, während aber Strom verbraucht wird (Mindestens Kühlschrank und Lampen). Deshalb muss die Nacht überbrückt werden. Eine sinnvolle Speichergröße bemisst sich am Tagesverbrauch des Haushalts. In der Regel sind dies zwischen 10 und 50 kWh, je nach Verbrauchern.

1.3 Die Winterproblematik / der Dieselgenerator

Im Abschnitt 1.2.1 wurde auf die Ausrichtung der PV-Module für eine optimale Tagesausbeute eingegangen. Die deutlich anspruchsvollere Aufgabe ist die Aufrechterhaltung der Autarkie im Winter. Selbst wenn die Anlage überdimensioniert ist, sodass sie an sonnigen Sommertagen den Eigenverbrauch 10-fach abdeckt, so wird diese Anlage den Verbrauch im Winter nicht decken können. Deshalb ist im Winter eine zweite Energiequelle unabdingbar. Es hat sich herausgestellt, dass ein Dieselgenerator am effizientesten und kostengünstigsten Abhilfe leistet. Der Dieselgenerator sollte mindestens über ein ATS-System verfügen (Automatic Transfer Switch), besser noch über eine Lastautomatik. Die Steuerung der Hauselektronik (in meinem Fall ein Victron Ekrano GX) übernimmt die Steuerung des Generators: Sobald der PV-Akkustand eine gewisse Grenzen, z.B. 20%, unterschreitet, wird der Generator über das ATS-System eingeschaltet. Dabei bietet es sich an, ihn ca. 5 Minuten warm laufen zu lassen, bevor die Last zugeschaltet wird. Die Last ist in diesem Falle das Laden des PV-Speichers über die Wechselrichter. Es bietet sich an, den Generatoreingang am Wechselrichter strommäßig auf etwa 80% der Nennleistung des Generators zu begrenzen.

Sobald der PV-Speicher einen Ladungsgrenzwert von z.B. 98% erreicht hat, wird der Generator via PV-Steuerung und ATS wieder ausgeschaltet. Auch hier empfiehlt sich ein 5-minütiges „Kaltlaufen“ des Generators, bevor dieser ausgeschaltet wird.

Eine Stückliste, ein Schaltplan sowie die Programmierung der einzelnen Komponenten werden hier in Kürze als PDF-Dokument zum Download angeboten.

Kraft-Wärme-Kopplung

Um die maximale Effizienz und Kosteneinsparung zu erreichen, sollte der Dieselgenerator Kraft-Wärme-gekoppelt sein. D.h. die Abwärme, die bei der Produktion von Strom unweigerlich entsteht, wird für Heizung oder Warmwasser genutzt. Dies bietet sich bei der hier beschriebenen PV-Diesel-Insellösung besonders an, da der Generator nur im Winter läuft und da der Heizbedarf am größten ist.

Die Kraft-Wärme-Kopplung kann unterschiedlich ausgeführt werden:

1. über Kühlwasser: Hierzu muss der Dieselgenerator wassergekühlt sein. Der Kühlkreislauf des Dieselgenerators wird mithilfe eines Wärmetauschers im Pufferspeicher der Haus-Heizanlage mit dem Heizkreislauf des Hauses verbunden.
2. über die Luft: Bei großen offenen Grundrissen funktioniert auch diese Option: Bei luftgekühlten Dieselgeneratoren wird die warme Abluft über einen Luftkanal in den Wohnraum geleitet. Diese Option ist oftmals günstiger und technisch einfacher.

2. Beispielrechnung

Lassen Sie uns an dieser Stelle gemeinsam eine Kostenaufstellung durchführen. Diese ist weder rechtlich bindend noch stellt sie eine offizielle Beratung dar. Nehmen wir an, Sie planen den Bau eines Einfamilienhauses und stehen vor der Wahl, einen Stromanschluss oder eine PV-Diesel-Inselanlage zu wählen. Sie sind handwerklich begabt und können die meisten Aufgaben selbst erledigen und haben Bekannte die dies für Sie tun. Da Sie keinen Wald besitzen, müssen wir Heizkosten einbeziehen.

2.1 Vorbetrachtungen

• Hausgröße: 120 qm
• Bewohner: 4
• Dämmstandard: KfW 40
• Heizungstyp: Luft-Wasser-Wärmepumpe 8kW
• PV-Leistung Dach: 8,4 kWp
• PV-Leistung Zaun: 4,2 kWp
• PV-Speicher: 25 kWh LiFePO4

Dies führt zu einem Strombedarf von 4000 kWh ohne Wärme pro Jahr.

Die Wärmepumpe benötigt ohne weitere Heizquelle nochmal 6000 kWh Strom pro Jahr.

2.2 Berechnung mit Stromanschluss und ohne PV

Mit einem konventionellen Stromanschluss und ohne PV gibt es lediglich die Anschlussgebühren als Investitionskosten mit ca. 4000 €. Bei einem Strompreis von 40 ct pro kWh ergeben sich jährliche Kosten von 4000 €.

2.3 Berechnung mit Stromanschluss und mit PV

Mit der PV-Anlage und Speicher kommen zu den Anschlusskosten von 4000 € noch folgende Investitionen:

• PV-Module: 30 Stück à 50 €: 1500 €
• PV-Unterkonstruktion: 500 €
• PV-Laderegler: 1300 €
• 3 Wechselrichter: 1750 €
• 25 kWh PV-Speicher: 2500 €
• Kabel und Zubehör: 1000 €

Sodass die Anfangsinvestition 12550 € beträgt. Diese Anlage deckt den Strombedarf im Sommer komplett, im Winter wenigstens teilweise. Demzufolge reduziert sich die zu beziehende Strommenge auf ca. 5000 kWh im Jahr. Die laufenden Kosten sind demnach 2000 € pro Jahr.

2.4 PV-Diesel Inselanlage

Mit dieser Anlage fallen die Anschlusskosten weg. Es kommen aber die Kosten für den Dieselgenerator mit ATS hinzu. Hier möchte ich zwei Szenarien unterscheiden:

2.4.1 PV-Diesel Inselanlage mit gebrauchtem Generator

• PV-Module: 30 Stück à 50 €: 1500 €
• PV-Unterkonstruktion: 500 €
• PV-Laderegler: 1300 €
• 3 Wechselrichter: 1750 €
• 25 kWh PV-Speicher: 2500 €
• Dieselgenerator mit Wasserkühlung: 1500 €
• Kabel und Zubehör: 1000 €

In diesem Falle beträgt die Anfangsinvestition 10050 €. Die laufenden Kosten bestehen aus dem Heizöl für den Dieselgenerator und den Wartungskosten des Dieselgenerators. Durch die Kraft-Wärme-Kopplung verringert sich der Stromverbrauch der Wärmepumpe drastisch. Statt ursprünglich angesetzten 6000 kWh benötig sie in diesem Falle nur noch 3000 kWh. Somit ist die vom Generator bereitzustellende elektrische Energiemenge nur noch 2500 kWh pro Jahr. Bei einem Wirkungsgrad des gebrauchten Generators von 33 % benötigt der Generator 750 Liter Heizöl pro Jahr. das entspricht laufenden Kosten von ca. 750 €. Hinzu kommen Kosten für die Wartung (Öl, Filter) in Höhe von 150 € jährlich. Dies sind laufende Kosten für Strom und Wärme von 900 €.

2.4.2 PV-Diesel Inselanlage mit neuem Generator

• PV-Module: 30 Stück à 50 €: 1500 €
• PV-Unterkonstruktion: 500 €
• PV-Laderegler: 1300 €
• 3 Wechselrichter: 1750 €
• 25 kWh PV-Speicher: 2500 €
• Dieselgenerator mit Wasserkühlung: 7500 €
• Kabel und Zubehör: 1000 €

In diesem Falle beträgt die Anfangsinvestition 16050 €. Die laufenden Kosten sind mit 850 € zu beziffern.

In der Abbildung ist der zeitliche Verlauf der Kosten im Vergleich für eine erwartete Lebensdauer von 20 Jahren dargestellt. Der Stromanschluss ohne PV-Anlage ist nur die ersten beiden Jahre am günstigsten. Über 20 Jahre gerechnet kostet er ca. 350 € monatlich. Die mit Abstand günstigste Option ist die Inselanlage mit über 20 Jahre gerechneten Kosten von 120 € monatlich. Der Mittelweg (Stromanschluss + PV-Anlage) liegt mit 220 € monatlich dazwischen.

3. Fazit

Ich bin der Meinung, dass es heutzutage sehr gut möglich ist, Stromautark zu leben. Grundvoraussetzungen sind:

• Ein Haus mit genug unverschatteter Dachfläche
• Genügend Platz für PV-Speicher, Wechselrichter, Dieselgenerator, Pufferspeicher
• Handwerkliches Geschick oder ein entsprechendes Umfeld
• Mut

Sind diese Grundvoraussetzungen erfüllt, so kann man meiner Meinung nach sehr günstig stromautark leben. Dies kommt mit einigen Vorteilen daher:

• Unabhängigkeit vom teilweise instabilen Stromnetz
• Eine sauberere Wechselspannung sowohl in Spannung als auch Frequenz
• Mehr Eigenverantwortung und damit ein achtsamerer Umgang mit Energie

Aber natürlich gibt es auch Nachteile:

• Hohe Verantwortung für eigene Versorgungssicherheit
• Regelmäßige Wartung der Technik ist Pflicht