Rechner für PV-Inselanlagen: Module, Batteriebank, Wechselrichter und Laderegler dimensionieren

So funktioniert der Inselanlagen-Rechner

Eine Inselanlage hat kein Stromnetz als Rückfallebene. Sie muss deshalb für die schlechtesten Bedingungen ausgelegt werden, die ihr begegnen, und nicht für das Durchschnittsjahr. Der Rechner folgt der klassischen Auslegungsmethode für autarke Anlagen aus IEEE 1562 und dem Sandia-Handbuch und nutzt echte Klimadaten für deinen Standort.

1. Verbraucher. Liste deine Geräte auf (oder gib eine Tagessumme ein). Sie werden in Wattstunden pro Tag addiert, dazu kommen eine Schätzung der höchsten gleichzeitigen Last und der Anlaufstrom von Motoren wie Pumpen und Kühlschrankkompressoren.
2. Energiekette. Die AC-Energie wird durch den Wechselrichterwirkungsgrad geteilt, und der Eigenverbrauch des Wechselrichters im Leerlauf kommt für 24 Stunden dazu. Der Anteil, der abends und nachts verbraucht wird, läuft über die Batterie und zahlt deren Zyklusverlust.
3. Sonne. Langjährige Monatswerte von NASA POWER für Einstrahlung, Temperatur und Wind an deinem Standort werden auf deine Modulneigung umgerechnet. Daraus ergibt sich Monat für Monat, wie viele kWh jedes kWp tatsächlich pro Tag in die Batterie liefert, einschließlich Verlusten durch Zelltemperatur und Laderegler.
4. Auslegungsmonat. Die Anlage wird für den dunkelsten Monat ausgelegt (oder für den viertdunkelsten, wenn ein Generator den tiefsten Winter übernimmt, bzw. für den dunkelsten Sommermonat bei einer Saisonhütte), plus Sicherheitszuschlag.
5. Batterie, Wechselrichter, Laderegler. Der Speicher muss die gewählten Autonomietage innerhalb der zulässigen Entladetiefe der Zellchemie abdecken, auch bei Kapazitätsverlust durch die niedrigste Batterietemperatur. Danach wird er in Reihen- und Parallelschaltung aufgeteilt.

Die Formeln

Rechenbeispiel: ein ganzjährig bewohntes Häuschen bei Bukarest

Die voreingestellte Geräteliste ergibt 3,18 kWh/Tag: acht LED-Leuchten, ein sparsamer Kühlschrank, ein Fernseher, ein Laptop, ein Router, eine Wasserpumpe mit 750 W für eine Stunde am Tag und zwei Waschgänge pro Woche. Mit einem Wechselrichter mit 92 % Wirkungsgrad und 15 W Leerlaufverbrauch muss die Batterieseite 3,81 kWh/Tag liefern. Laufen 60 % davon durch eine LFP-Batterie mit 95 % Wirkungsgrad, muss die Solaranlage 3,94 kWh/Tag liefern.

Auf Modulen mit 55° Neigung kommen im Dezember 2,12 kWh/m²/Tag Sonnenlicht an. Nach Verlusten durch Temperatur, Verschmutzung, Verkabelung und Laderegler liefert jedes kWp nur 1,76 kWh/Tag. Mit 10 % Zuschlag sind das 2,46 kWp, also sechs Module mit 450 W (2,70 kWp). Im August erntet dieselbe Anlage 10,7 kWh/Tag, was einen Sommerüberschuss von rund 1.670 kWh im Jahr ergibt.

Für zwei Autonomietage bei 80 % DoD und 10 °C braucht der Speicher etwa 10,4 kWh Nennkapazität. Bei 48 V sind das vier Batterien mit 12,8 V und 100 Ah in Reihe, drei Stränge parallel: 15,4 kWh (300 Ah), was fast drei Tage echte Autonomie ergibt. Die Spitzenlast (Pumpe, Kühlschrank und Heizstab der Waschmaschine gleichzeitig) verlangt einen Wechselrichter mit 4 kW und mindestens 4,4 kW Anlaufleistung sowie einen MPPT-Laderegler mit 80 A. Für Hardware und Installation schätzt der Rechner grob rund 10.900 €.

So liest du die Ergebnisse

• Auslegungsmonat und seine Sonnenstunden erklären die Anlagengröße. Schau dir das Diagramm Anlagengröße nach Monat an. Bestimmen ein oder zwei Monate die Größe, ist ein Generator oder ein saisonales Nachstellen der Neigung womöglich günstiger als zusätzliche Module.
• Echte Autonomie kann über deinem Ziel liegen, weil Batterien nur in ganzen Einheiten zu haben sind.
• Monate mit Backup-Bedarf ist null, wenn du für den dunkelsten Monat auslegst. Mit der Generator-Option siehst du, wie viele kWh ein Generator liefern muss.
• Batterielebensdauer verbindet die angegebenen Zyklen mit der kalendarischen Alterung. LFP-Speicher in Inselanlagen verschleißen selten durch Zyklen; Blei-Säure-Speicher sterben oft an chronischer Unterladung im Winter.

Typische Werte

Die Werte stammen aus dem Modell dieses Rechners mit der voreingestellten Geräteliste, 12 % PV-Verlusten, MPPT-Regelung und 10 % Zuschlag.

Tipps für eine zuverlässige Inselanlage

• Senke zuerst den Verbrauch. Jede eingesparte kWh/Tag spart im Winter mittlerer Breiten etwa 0,5–0,8 kWp Module und 2–3 kWh Batterie. Kauf einen sparsamen Kühlschrank, nimm LED-Beleuchtung und verzichte auf elektrische Heizung. Koch und erhitz Wasser mit Gas, Holz oder einem Solarkollektor.
• Stell die Module steil. 55–65° steigern in Europa den Dezemberertrag und lassen Schnee abrutschen. Prüf das mit dem Neigungswinkel-Rechner und der Auswahl Winter.
• Nimm LFP. Es schlägt Blei-Säure bei nutzbarer Kapazität, Wirkungsgrad und Zyklenfestigkeit. Lade es nur nicht unter 0 °C.
• Wähl 48 V für alles, was größer ist als eine kleine Hütte, und leg die Kabel mit dem Kabelquerschnittsrechner verlustarm aus.
• Stimm die Strings auf den Laderegler ab. Die Leerlaufspannung der Module bei Kälte muss unter der maximalen Eingangsspannung des MPPT-Reglers bleiben. Der Rechner zur Stringauslegung prüft das.
• Denk über einen kleinen Generator nach für die dunkelsten Wochen. Wer auf den viertdunkelsten Monat auslegt, halbiert in nördlichen Breiten oft die Kosten für Module und Batterie.

Grenzen

Monatliche Klimamittelwerte erfassen keine Serien aufeinanderfolgender trüber Tage und keine Schwankungen von Jahr zu Jahr. Genau dafür gibt es die Eingaben für Autonomietage und Zuschlag. Der Verbrauch gilt übers Jahr als konstant; saisonale Verbraucher wie Heizlüfter oder Kühlung im Sommer solltest du für den Monat eintragen, auf den du auslegst. Verschattung, Schneebedeckung und Selbstentladung der Batterie werden nicht eigens modelliert. Die Kosten sind grobe Schätzungen, die je nach Land und Installateur stark schwanken.

Methode & Annahmen

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