Da Energieunabhängigkeit und zuverlässige Notstromversorgung für viele Haushalte zunehmend an Bedeutung gewinnen, rücken Balkonkraftwerke mit Stromspeicher auch in Deutschland stärker in den Fokus. Bei einem Stromausfall können herkömmliche Balkonkraftwerke Haushaltsgeräte jedoch selbst bei Sonnenschein oft nicht weiter mit Strom versorgen. Doch wie funktioniert ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb? Und reicht ein Stromspeicher aus, um die Stromversorgung auch ohne öffentliches Stromnetz aufrechtzuerhalten?

In diesem Artikel erfahren Sie, was Inselbetrieb bedeutet, welche technischen Voraussetzungen dafür erforderlich sind und worauf Sie bei einem Balkonkraftwerk im Inselbetrieb mit Speicher achten sollten.

Was ist ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb?

Ein herkömmliches Balkonkraftwerk besteht im Wesentlichen aus Solarmodulen, einem Mikrowechselrichter, Anschlusskabeln und einer Montagehalterung. Die Solarmodule erzeugen Gleichstrom, der vom Wechselrichter in netzkonformen Wechselstrom umgewandelt und anschließend von den angeschlossenen Haushaltsgeräten genutzt werden kann.

Ein solches System ist in der Regel auf das öffentliche Stromnetz angewiesen. Bei einem Stromausfall trennt der Netz- und Anlagenschutz (NS-Schutz) den Wechselrichter automatisch vom Stromnetz und stoppt die Einspeisung. Dadurch wird verhindert, dass weiterhin Strom in das öffentliche Netz eingespeist wird und dadurch eine Gefährdung für Wartungspersonal entsteht.

Ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb kann dagegen auch ohne öffentliches Stromnetz eigenständig Strom bereitstellen. Dafür muss der Wechselrichter in der Lage sein, ein eigenes Stromnetz mit stabiler Wechselspannung und -frequenz aufzubauen. Ob dies möglich ist, hängt daher nicht allein vom Solarmodul oder Stromspeicher, sondern vor allem von der Systemauslegung und der Funktion des Wechselrichters ab.

Was ist der Unterschied zwischen Netzparallelbetrieb und Inselbetrieb?

Ist ein Inselbetrieb für Balkonkraftwerke in Deutschland erlaubt?

In Deutschland ist ein echter Inselbetrieb grundsätzlich möglich. Dabei muss jedoch zwischen einer Inselanlage, die vollständig unabhängig vom öffentlichen Stromnetz betrieben wird, und einem herkömmlichen Balkonkraftwerk unterschieden werden, das weiterhin mit dem Hausnetz und damit mittelbar mit dem öffentlichen Netz verbunden ist. Die Bundesnetzagentur stellt klar, dass bei einer echten Inselanlage jede unmittelbare oder mittelbare Verbindung zum öffentlichen Stromnetz ausgeschlossen sein muss. Es darf also weder Strom in das Netz eingespeist noch Strom daraus bezogen werden.

Wird ein Balkonkraftwerk dagegen vollständig unabhängig vom öffentlichen Netz betrieben und bilden Solarmodule, Stromspeicher und ein geeigneter Wechselrichter ein eigenständiges Stromversorgungssystem, kann es als Inselanlage betrieben werden. Entscheidend ist dabei, dass keine Verbindung zum öffentlichen Netz besteht.

Zu beachten ist außerdem, dass eine vorübergehende Netztrennung, etwa über eine Schalterlösung bei einem Stromausfall, eine Anlage nicht automatisch zu einer Inselanlage macht. Wenn die Verbindung zum öffentlichen Netz anschließend wiederhergestellt werden kann, liegt nach der Einordnung der Bundesnetzagentur keine echte Inselanlage vor.

Auch eine Nulleinspeisung ändert daran nichts. Wird der erzeugte Solarstrom zwar vollständig im Haushalt verbraucht und technisch verhindert, dass Strom ins öffentliche Netz fließt, bleibt die Anlage bei bestehender Netzverbindung trotzdem eine netzverbundene Anlage und keine echte Inselanlage.

Wie funktioniert ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb?

Das Grundprinzip eines Balkonkraftwerks im Inselbetrieb besteht darin, dass Solarmodule, Stromspeicher und ein geeigneter Wechselrichter nach der Trennung vom öffentlichen Stromnetz ein eigenständiges Versorgungssystem bilden. Der Ablauf lässt sich vereinfacht in folgende Schritte unterteilen:

1. Solarstrom durch die Solarmodule erzeugen

Die Solarmodule wandeln Sonnenlicht in Gleichstrom um. Der Ertrag hängt unter anderem von Einstrahlung, Ausrichtung, Neigungswinkel und Verschattung ab. Daher liegt die tatsächliche Leistung meist unter der Nennleistung der Module.

2. Ein eigenständiges Wechselstromnetz bereitstellen

Im Netzparallelbetrieb orientiert sich ein herkömmlicher Mikrowechselrichter an Spannung und Frequenz des öffentlichen Netzes. Im Inselbetrieb stellt ein dafür geeigneter Off-Grid- oder Hybrid-Wechselrichter selbst eine stabile Wechselspannung und -frequenz für die angeschlossenen Verbraucher bereit.

3. Solarstrom direkt nutzen

Bei ausreichender Sonneneinstrahlung kann der erzeugte Solarstrom direkt zur Versorgung der angeschlossenen Verbraucher genutzt werden, beispielsweise für Beleuchtung, WLAN-Router oder Laptops.

4. Überschüssige Energie speichern

Erzeugt die PV-Anlage mehr Strom als aktuell benötigt wird, kann die überschüssige Energie in den Stromspeicher geladen werden. So steht sie später zur Verfügung, wenn die Solarleistung nicht ausreicht.

5. Versorgung durch den Stromspeicher ergänzen

Bei geringer Sonneneinstrahlung oder in der Nacht kann der Stromspeicher einer tragbaren Powerstation die Versorgung der angeschlossenen Verbraucher übernehmen. Die Laufzeit hängt unter anderem von der nutzbaren Speicherkapazität, den Umwandlungsverlusten und der tatsächlichen Leistungsaufnahme ab.

6. Verbraucher an die Wechselrichterleistung anpassen

Welche Geräte gleichzeitig betrieben werden können, hängt vor allem von der Nenn- und Spitzenleistung des Wechselrichters ab. Kühlschränke oder Wasserpumpen können beim Start kurzzeitig eine deutlich höhere Leistung benötigen, während Wasserkocher oder Kaffeemaschinen meist eine hohe Dauerleistung aufweisen. Die Leistungsdaten des Wechselrichters sollten daher zu den vorgesehenen Verbrauchern passen.

7. Sichere Trennung vom öffentlichen Netz

Während des Inselbetriebs muss der unabhängige Stromkreis sicher vom öffentlichen Netz getrennt sein, damit keine Energie in das Netz eingespeist wird. Deshalb lässt sich ein herkömmliches netzgekoppeltes Balkonkraftwerk nicht allein durch das Hinzufügen eines Stromspeichers in ein Inselbetriebssystem umwandeln.

Ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb mit Speicher ist somit ein abgestimmtes Gesamtsystem aus PV-Modulen, Stromspeicher, einem inselfähigen Wechselrichter sowie den erforderlichen Trenn- und Schutzvorrichtungen. Erst das Zusammenspiel dieser Komponenten ermöglicht eine unabhängige Stromversorgung.

Welche Geräte werden für ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb mit Speicher benötigt?

Ein Balkonkraftwerk, das unabhängig vom öffentlichen Stromnetz Strom bereitstellen kann, erfordert in der Regel das Zusammenspiel mehrerer Komponenten:

1. Solarmodule: Bereitstellung erneuerbarer Energie

Solarmodule wandeln Sonnenlicht in Gleichstrom um. Ihre Leistung sollte unter anderem auf die verfügbare Fläche, die Ausrichtung, den Neigungswinkel und die örtlichen Bedingungen abgestimmt werden.

In Deutschland können insbesondere Verschattungen, eine ungünstige Ausrichtung und die geringere Sonneneinstrahlung im Winter den tatsächlichen Ertrag deutlich beeinflussen. Bei einem System, das über längere Zeit im Inselbetrieb betrieben werden soll, sollte die Auslegung daher nicht ausschließlich auf den erwarteten Sommerertrag abgestimmt werden.

2. Off-Grid- oder geeigneter Hybrid-Wechselrichter: Aufbau eines eigenständigen Stromnetzes

Der Wechselrichter ist ein zentrales Element des Systems. Er wandelt nicht nur Gleichstrom in Wechselstrom um, sondern muss im Inselbetrieb auch in der Lage sein, eine stabile Wechselspannung und -frequenz für die angeschlossenen Verbraucher bereitzustellen.

Einige Hybrid-Wechselrichter können bei bestehender Netzverbindung im netzparallelen Betrieb arbeiten und bei einem Stromausfall einen separaten Ersatzstromkreis versorgen. Eine vorhandene Hybrid-Funktion bedeutet jedoch nicht automatisch, dass ein vollständiger Inselbetrieb möglich ist. Deshalb sollten die Angaben des Herstellers zur Notstrom- bzw. Inselbetriebsfunktion genau geprüft werden.

3. Stromspeicher: Energie für Zeiten ohne ausreichende Solarleistung

Ein Stromspeicher stellt gespeicherte Energie bereit, wenn die Solarmodule beispielsweise nachts oder bei geringer Sonneneinstrahlung nicht genügend Strom erzeugen. Die Speicherkapazität wird üblicherweise in Wh oder kWh angegeben.

Ein Speicher mit 2 kWh Kapazität könnte ein Gerät mit einer konstanten Leistungsaufnahme von 100 W theoretisch rund 20 Stunden versorgen. In der Praxis fällt die Laufzeit jedoch kürzer aus, da unter anderem Umwandlungsverluste, die tatsächlich nutzbare Batteriekapazität und ein wechselnder Stromverbrauch berücksichtigt werden müssen.

4. Elektrische Trenn- und Schutzvorrichtungen

Soll ein System bei einem Stromausfall Teile der Hausinstallation mit Ersatzstrom versorgen, muss eine sichere und normgerechte Trennung vom öffentlichen Stromnetz gewährleistet sein. Dadurch wird verhindert, dass während des Inselbetriebs Strom in das öffentliche Netz gelangt.

Bei Systemen, die fest in die Hausinstallation integriert werden, sollten Planung und Installation durch eine entsprechend qualifizierte Elektrofachkraft erfolgen. Eine sichere Netztrennung und die erforderlichen Schutzmaßnahmen können nicht einfach durch eine zusätzliche Steckverbindung oder ein beliebiges manuelles Umschalten ersetzt werden.

Wie Sie die benötigte Speicherkapazität berechnen und die richtige Wahl treffen

Bei der Auswahl eines inselfähigen Systems kommt es nicht darauf an, einfach die größtmögliche Batterie zu wählen. Entscheidend ist, die Speicherkapazität an den tatsächlichen Strombedarf und die gewünschte Überbrückungszeit anzupassen.

Zunächst den täglichen Stromverbrauch berechnen. Der tägliche Energiebedarf lässt sich mit einer einfachen Formel berechnen:

Täglicher Stromverbrauch (Wh) = Leistungsaufnahme (W) × tägliche Nutzungsdauer (h)

Angenommen, Sie möchten während eines Stromausfalls folgende Geräte betreiben:

Der theoretische Energiebedarf beträgt in diesem Beispiel 310 Wh pro Tag.

In der Praxis muss die benötigte Speicherkapazität jedoch etwas höher ausfallen, da bei der Umwandlung und Speicherung Energieverluste entstehen. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass nicht die gesamte Nennkapazität einer Batterie tatsächlich für die Versorgung der Verbraucher zur Verfügung steht. Auch zusätzliche oder länger als geplant betriebene Geräte können den Energiebedarf erhöhen.

Bei einem täglichen Bedarf von 310 Wh kann beispielsweise ein Speicher mit rund 500 Wh nutzbarer Kapazität eine gewisse Reserve bieten. Für mehrere Tage ohne ausreichende Solarleistung ist entsprechend mehr Speicherkapazität erforderlich. Entscheidend ist dabei die gewünschte Autonomiezeit, also wie lange die Verbraucher ohne neue Solarenergie versorgt werden sollen.

Leistungsstarke Geräte für ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb mit Speicher

Für ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb mit Speicher ist eine abgestimmte Kombination aus Solarmodulen, Stromspeicher und einem Wechselrichter mit Inselbetriebsfunktion erforderlich.

Ein passendes Beispiel ist das AFERIY PS240 All-in-One Balkonkraftwerk mit Speicher. Es verfügt über eine Speicherkapazität von 1.958 Wh, die mit Erweiterungsbatterien auf bis zu 9.792 Wh erhöht werden kann. Für den Inselbetrieb bietet das System einen 1200-W-AC-Ausgang; der netzgekoppelte Ausgang erreicht bis zu 800 W. Bei einem Stromausfall schaltet das PS240 innerhalb von 10 ms auf die Notstromversorgung um.

Das PS240 unterstützt eine maximale PV-Eingangsleistung von 2.400 W und den Anschluss von bis zu vier Solarmodulen. Die integrierte EVE®-LiFePO₄-Batterie ist auf über 6.000 Ladezyklen ausgelegt. Damit kann Solarstrom erzeugt, gespeichert und bei Bedarf über den Insel-Ausgang für geeignete Verbraucher bereitgestellt werden.

Als passende Solarlösung eignet sich das AFERIY AF-S400A1 400W Tragbare Solarpanel. Das faltbare monokristalline Solarmodul bietet 400 W Nennleistung und einen Wirkungsgrad von bis zu 23 %. Mit 26,4 V Vmp, 15 A Imp und IP65-Schutz lässt es sich flexibel aufstellen und transportieren. Ein verstellbarer Standfuß erleichtert die Ausrichtung; zudem sind Serien- und Parallelschaltungen möglich.

So kann das AF-S400A1 zur solaren Nachladung des PS240 beitragen. Die gespeicherte Energie steht anschließend über den Insel-Ausgang für die Versorgung geeigneter Verbraucher zur Verfügung.

Für welche Szenarien eignet sich ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb?

• Gartenhäuser und Ferienhäuser ohne Netzanschluss

Für Gartenhäuser, Wochenendhäuser oder abgelegene Gebäude ohne Netzanschluss kann ein Inselsystem mit Solarmodulen und Stromspeicher Strom für Beleuchtung, Smartphones, WLAN-Router oder kleine Kühlschränke bereitstellen. Für längere Schlechtwetterphasen sind ausreichend Speicherkapazität oder eine zusätzliche Energiequelle erforderlich.

• Wohnmobilreisen und Camping

Beim Camping und auf Wohnmobilreisen kann eine Inselstromversorgung die Abhängigkeit von externen Stromanschlüssen reduzieren. Für Laptops, Smartphones, Beleuchtung und kleinere Geräte reicht meist eine geringere Leistung aus. Kaffeemaschinen oder Kochplatten benötigen dagegen einen Wechselrichter mit entsprechend hoher Dauerleistung.

• Notstromversorgung bei Stromausfällen

Ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb mit Speicher kann bei Stromausfällen ausgewählte Verbraucher mit Strom versorgen. Viele Systeme verfügen jedoch nur über separate Notstromausgänge und können nicht ohne entsprechende Installation das gesamte Hausnetz versorgen. Bei Kühlschränken oder Pumpen müssen zudem die kurzzeitig höheren Anlaufleistungen berücksichtigt werden.

Häufige Fragen zum Balkonkraftwerk im Inselbetrieb

1. Kann ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb auch bei bewölktem Wetter Strom erzeugen?

Ja. Auch bei bewölktem Himmel können Solarmodule Strom erzeugen, allerdings meist mit geringerer Leistung. Reicht die PV-Leistung nicht aus, kann der Stromspeicher die Versorgung ergänzen.

2. Kann ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb gleichzeitig Geräte versorgen und den Speicher laden?

Ja. Bei ausreichender PV-Leistung können Verbraucher mit Solarstrom versorgt und überschüssige Energie gleichzeitig zum Laden des Stromspeichers genutzt werden. Dies hängt von der jeweiligen Systemsteuerung ab.

3. Kann jedes Solarpanel mit einem Insel-Wechselrichter verwendet werden?

Nein. Die elektrischen Werte des Solarpanels müssen zu den zulässigen PV-Eingangswerten des Wechselrichters passen. Bei mehreren Modulen müssen außerdem Spannung, Stromstärke und Verschaltung berücksichtigt werden.

4. Was passiert, wenn der Stromspeicher vollständig entladen ist?

Ist der Speicher vollständig entladen und steht nicht genügend Solarleistung zur Verfügung, kann das System die angeschlossenen Verbraucher nicht mehr über den Speicher versorgen. Ohne eine weitere Energiequelle kommt die Stromversorgung entsprechend zum Stillstand.

5. Kann ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb dauerhaft betrieben werden?

Grundsätzlich ja, sofern das System dafür ausgelegt ist. Für einen dauerhaften Betrieb müssen PV-Leistung, Speicherkapazität und Wechselrichterleistung zum Energiebedarf passen. Bei längeren Phasen mit wenig Solarertrag kann eine zusätzliche Energiequelle erforderlich sein.

Fazit

Ein Balkonkraftwerk im Inselbetrieb mit Speicher ist technisch möglich. Voraussetzung ist jedoch ein System, das für den Inselbetrieb ausgelegt ist. Der Speicher stellt Energie bereit, wenn die Solarleistung nicht ausreicht. Ob die Versorgung bei einem Netzausfall stabil funktioniert, hängt vom Zusammenspiel aus inselfähigem Wechselrichter, PV-Leistung, Speicherkapazität und geeigneten Schutzvorrichtungen ab.

Für Wohnmobile, Gartenhäuser oder eine kurzzeitige Notstromversorgung können entsprechend ausgelegte Off-Grid-Systeme eine praktische Lösung sein. Für eine längerfristige Versorgung eines Haushalts müssen dagegen PV-Ertrag, Speicherkapazität, Lastspitzen und Elektroinstallation sorgfältig auf den tatsächlichen Bedarf abgestimmt werden.