Was ist AC-gekoppelt in Solaranlagen?

Ergänzung von netzgebundenen Solaranlagen um Notstromversorgung

Netzgekoppelte Solaranlagen sind in der Regel die wirtschaftlichste, effizienteste und am einfachsten zu installierende Lösung. Viele Nutzer sind jedoch überrascht, wenn sie bei einem Stromausfall feststellen, dass ihr Haus trotz der Solarmodule auf dem Dach immer noch keinen Strom hat.

Dies ist kein Systemfehler, sondern eine Folge der Netzvorschriften und Sicherheitsstandards. In den meisten Ländern müssen netzgekoppelte Wechselrichter gemäß UL, IEEE und anderen Netzverbund- und Sicherheitsstandards bei einem Stromausfall sofort abschalten, um Rückspeisung von Strom verhindern in das Netz einspeisen und so die Sicherheit des Personals der Versorgungsunternehmen gewährleisten.

Infolgedessen muss das Solarsystem abgeschaltet werden, wodurch Haushalte oder gewerbliche Verbraucher vollständig ohne Strom bleiben und oft auf laute und teure Dieselgeneratoren oder andere Notfalllösungen angewiesen sind.

Tatsächlich ist es nicht notwendig, vorhandene Solarwechselrichter umzubauen oder zu ersetzen, um ein bestehendes netzgekoppeltes System mit einer zuverlässigen Notstromversorgung auszustatten.

Die AC-Kopplungstechnologie ist eine weit verbreitete, ausgereifte Lösung, die speziell für dieses Problem entwickelt wurde.

Durch Hinzufügen eines Energiespeicher-Wechselrichters und eines Batteriesystems auf der Wechselstromseite kann eine AC-gekoppelte Architektur bei Stromausfällen ein autarkes Mikronetz bilden, das kritische Lasten kontinuierlich mit Strom versorgt und gleichzeitig die Investition in die bestehende Solaranlage schont.

Was ist AC-gekoppelt?

In einer AC-gekoppelten Architektur sind der Solarwechselrichter und der Speicherwechselrichter an denselben AC-Bus angeschlossen. Der von den Solarmodulen erzeugte Gleichstrom wird zunächst vom eigenständigen Solarwechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, der vorrangig zur Versorgung lokaler Verbraucher genutzt wird, wobei überschüssiger Strom ins Netz eingespeist wird.

Wenn das System die Batterie aufladen muss, wird der Wechselstrom aus dem Bus vom Speicherwechselrichter in Gleichstrom umgewandelt und in der Batterie gespeichert. Während der Entladung wird der Gleichstrom der Batterie wieder in Wechselstrom umgewandelt, um Lasten zu versorgen oder das Netz zu speisen.

Aus Sicht des Energieflusses:

Aufladen:
Solarpanels (Gleichstrom) → Solarwechselrichter (Gleichstrom → Wechselstrom) → Speicherwechselrichter (Wechselstrom → Gleichstrom) → Batterie (Gleichstrom)

Entladen:
Batterie (Gleichstrom) → Speicher-Wechselrichter (Gleichstrom→Wechselstrom) → Verbraucher / Netz (Wechselstrom)

Der entscheidende Punkt ist, dass in einem AC-gekoppelten System das Laden der Batterie mit Solarenergie zwei Energieumwandlungen beinhaltet: DC→AC→DC.

Vorteile von AC-gekoppelten Systemen

Nachrüstungsfreundlich

Die Wechselstromkopplung hat sich zum gängigen Ansatz für die Erweiterung bestehender netzgekoppelter Solaranlagen um Energiespeicher entwickelt. Bei bereits installierten und funktionierenden Solaranlagen muss der vorhandene Wechselrichter nicht ausgetauscht werden. Durch den einfachen Anschluss eines Speicherwechselrichters und einer Batterie an der Wechselstromverteilungsseite werden Energiespeicherung und Notstromversorgung ermöglicht.

Zahlreiche internationale Studien, wie beispielsweise die Analyse des NREL zu dezentraler Energiespeicherung, zeigen, dass die Wechselstromkopplung der praktikabelste und ausgereifteste Ansatz für die Nachrüstung bestehender netzgebundener Solaranlagen mit Speichersystemen ist.

Flexible Erweiterung

In einer AC-gekoppelten Architektur arbeiten die Solaranlage und das Speichersystem unabhängig voneinander und können innerhalb ihrer jeweiligen Kapazitäten erweitert werden. Dieses modulare Design passt gut zur Investitionsstrategie gewerblicher und industrieller Nutzer: zuerst die Solaranlage installieren, später den Speicher hinzufügen und schrittweise erweitern.

Verbesserte Mikronetz- und Backup-Fähigkeit

Mit netzbildenden Speicherwechselrichtern können AC-gekoppelte Systeme bei Netzausfällen ein unabhängiges Mikronetz bilden, das eine stabile Spannungs- und Frequenzunterstützung bietet, um eine unterbrechungsfreie Versorgung kritischer Lasten aufrechtzuerhalten.

Größere Flexibilität der Komponenten

Benutzer können verschiedene Marken von Solarwechselrichtern, Speicherwechselrichtern und Batterien wählen, solange diese den lokalen Netz- und Sicherheitsstandards entsprechen, wodurch eine Bindung an einen bestimmten Anbieter vermieden wird.

Ausgereifte Technologie

Wechselstromsysteme bilden die Grundlage globaler Stromnetze. Wechselstromgekoppelte Architekturen erfüllen leichter die Standards der Netzbetreiber für Schutz, Messung und Steuerung und erleichtern so den langfristigen Betrieb und die Wartung.

Einschränkungen von AC-gekoppelten Systemen

Geringere Effizienz

Die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom führt naturgemäß zu gewissen Energieverlusten., Senkung der Gesamteffizienz. Dies geschieht, wenn die Batterie durch Solarenergie geladen wird, wenn die Batterie an Verbraucher entladen wird oder wenn Strom ins Netz eingespeist wird.

Höhere Kosten

AC-gekoppelte Systeme erfordern in der Regel eigenständige Solar- und Speicherwechselrichter sowie Batteriesysteme und AC-seitige Schutz- und Steuergeräte. Im Vergleich zu hochintegrierten DC-gekoppelten Lösungen erhöht die größere Anzahl an Stromumwandlungsgeräten die Vorabkosten für Hardware und Installation.

Größere Grundfläche

Da AC-gekoppelte Architekturen mehrere unabhängige Geräte verwenden, ist ihr physischer Platzbedarf in der Regel größer als bei DC-gekoppelten Systemen. Zusätzliche Speicherwechselrichter, Batterieschränke und zugehörige AC-Verteilungs- und Schutzgeräte erfordern zusätzlichen Platz an Wänden, Böden oder in Räumen.

AC-gekoppelt vs. DC-gekoppelt

In der Praxis gibt es kein absolutes “Besser” zwischen AC- und DC-Kopplung; sie stellen zwei unterschiedliche Systemdesignansätze dar.

Die folgende Tabelle vergleicht die beiden Architekturen hinsichtlich Energiepfaden, Schlüsselkomponenten, Systemeffizienz, Kosten, Erweiterbarkeit und Betrieb bei Netzausfällen und hilft Lesern dabei, fundierte Entscheidungen auf Grundlage ihrer Projektanforderungen zu treffen.

Funktion	Gleichstromgekoppelt	AC-gekoppelt
Kernpfad	Solar-Gleichstrom lädt die Batterie direkt oder über eine Gleichstrom-Gleichstrom-Umwandlung auf.	Solar-Wechselstrom muss in Gleichstrom umgewandelt werden, um die Batterie aufzuladen.
Anzahl der Konversionen	1 Umwandlung (höherer Wirkungsgrad)	2 Umwandlungen (geringere Effizienz)
Wichtige Ausrüstung	Hybrid-Wechselrichter/Laderegler (integriert PV-Eingang, Batteriemanagement und Wechselrichterfunktionen)	Standalone-Solarwechselrichter + Speicherwechselrichter / bidirektionaler Umrichter
Systemeffizienz (Aufladen)	Typischerweise höher (insbesondere wenn die Batterie direkt durch Sonnenenergie geladen wird)	Typischerweise niedriger (aufgrund zusätzlicher Umwandlungsverluste)
Kosten (neues System)	Möglicherweise niedriger (ein einziges integriertes Gerät, Einsparungen bei Verkabelung und Installation)	Typischerweise höher (erfordert zwei separate Wechselrichter)
Kompatibilität und Nachrüstung	Schwierige Nachrüstung bestehender PV-Anlagen (erfordert in der Regel den Austausch des ursprünglichen Wechselrichters)	Einfachere Nachrüstung bestehender PV-Anlagen (es müssen lediglich ein Speicherwechselrichter und eine Batterie parallel auf der Wechselstromseite hinzugefügt werden)
Komplexität der Steuerung	Relativ einfach und zentralisiert (ein Gerät verwaltet alle Funktionen)	Relativ komplex (erfordert die Koordination zwischen Solarwechselrichter und Speicherwechselrichter)
Flexibilität bei der Erweiterung	In der Regel begrenzt durch die Kapazität des Hybrid-Wechselrichters und die Batterieschnittstelle	Flexibler, ermöglicht unabhängige Erweiterung der PV- oder Speicherkapazität auf der Wechselstromseite
Betrieb während eines Netzausfalls	Hybrid-Wechselrichter müssen bestimmte Eigenschaften aufweisen, um ein Mikronetz zu bilden.	Speicher-Wechselrichter verfügen in der Regel über die Fähigkeit zur Bildung von Mikronetzen und sind einfacher zu implementieren.
Sicherheitsrisiko	Hohe Gleichstromspannung, etwas höheres Lichtbogenrisiko, erfordert strengere Schutzmaßnahmen	Die Wechselstromseite hat Standard-Netzspannung, das Risiko ist relativ gering.

Wie man das geeignete Kupplungsschema auswählt

Neue Solar- und Speichersysteme

Wenn Kosten und Effizienz die wichtigsten Faktoren sind und die zukünftige Erweiterbarkeit begrenzt ist, ist die DC-Kopplung in der Regel die bevorzugte Wahl.

Wenn eine erhebliche zukünftige Erweiterung der Solar- oder Speicherkapazitäten zu erwarten ist oder ein nahtloser Betrieb bei Netzausfällen von entscheidender Bedeutung ist, kann die Wechselstromkopplung mehr Flexibilität bieten.

In aktuellen neuen Solar- und Speicherprojekten für Wohngebäude sind hochintegrierte Hybrid-Wechselrichter zu einer gängigen Lösung geworden.

Die GODE's THON Hybrid-Wechselrichter integriert Solarstrom, Batteriemanagement und Wechselrichterfunktionen in einem einzigen Gerät und unterstützt sowohl den netzgebundenen Betrieb als auch die Notstromversorgung von Beginn an.

Bei neuen Solaranlagen kombiniert der THON-Hybridwechselrichter die Vorteile der Effizienz und Kompaktheit der Gleichstromkopplung mit der netzbildenden Fähigkeit auf der Wechselstromseite und ermöglicht so einen schnellen Übergang in den netzunabhängigen Modus bei Stromausfällen. In Verbindung mit einer Batterie kann er wichtige Haushaltslasten kontinuierlich versorgen, ohne dass ein zusätzlicher Speicherwechselrichter erforderlich ist.

Erweiterung bestehender Solaranlagen um Speicher

Die Wechselstromkopplung ist fast immer die bequemste und kostengünstigste Option für die Nachrüstung von Speichern, da dadurch der Austausch voll funktionsfähiger bestehender Solarwechselrichter vermieden wird.

Hinzufügen der LF-Akku Die Integration in ein bestehendes System kann die Abhängigkeit vom Stromnetz verringern und die Stromkosten im Laufe der Zeit erheblich senken oder sogar ganz eliminieren, wobei die Einsparungen die ursprünglichen Investitionskosten bei weitem übersteigen.

Die Batterien sind so konzipiert, dass sie auch nach mehr als 10 Jahren täglichem Gebrauch noch 80% ihrer ursprünglichen Kapazität behalten. Darüber hinaus gewährleistet eine branchenführende 5-Jahres-Garantie die Rentabilität der Investition und potenzielle Einsparungen.

Besondere Anforderungen

• Für maximale Ladeeffizienz: Wählen Sie DC-Kopplung.
• Für Flexibilität bei mehreren Marken: Entscheiden Sie sich für AC Coupling.
• Bei begrenztem Einbauraum: DC-Kopplung ist in der Regel kompakter.
• Für eine einfache Nachrüstung: Wählen Sie eine Wechselstromkupplung.

Schlussfolgerung

DC-Kopplung und AC-Kopplung haben jeweils ihre Stärken. DC-Kopplung zeichnet sich durch Effizienz und niedrige Kosten für neue Systeme aus, während AC-Kopplung überlegene Flexibilität, Kompatibilität und einfache Nachrüstbarkeit bietet. Die endgültige Entscheidung sollte davon abhängen, ob es sich um ein neues Projekt oder eine Nachrüstung handelt, sowie vom Budget, den Effizienzanforderungen, zukünftigen Erweiterungsplänen und den Installationsbedingungen.