Immer mehr Besitzer einer Photovoltaikanlage, besonders im Bereich von Einfamilienhäusern, steigern ihren Eigenverbrauchsanteil mit Hilfe von Batteriespeichersystemen. Da die Anschaffung einer PV-Anlage plus Batteriespeichersystem kostenintensiv ist empfiehlt es sich die Leistung seines „Heimkraftwerks“ immer im Blick zu haben, beispielsweise mit einem dafür geeigneten Monitoring-System. Wie dieses aussehen kann und was es zu beachten gilt soll ihnen der folgende Artikel nahe bringen.

Voller Durchblick mit PV-Monitoring

Ziel eines Energiespeichers ist es den eigenen Autarkiegrad erheblich zu steigern. Die einfachste Möglichkeit um zu prüfen, ob die Ziele auch wirklich erreicht werden, ist der Vergleich der Jahresabrechnungen des Energieversorgers. Das gibt dem Hausbesitzer natürlich erstmal ein gutes Gefühl, ist jedoch nur die halbe Miete auf dem Weg zu mehr Energieeffizienz. Wer mehr wissen möchte, sollte sich für ein Anlagen-Monitoring entscheiden.

Mit Hilfe des Monitorings kann zum Beispiel überprüft werden ob die Speicherkapazität richtig ausgelegt wurde oder ob es sinnvoll wäre das Speichersystem noch zu erweitern. Dies ist bei sehr vielen Anbietern von Batteriespeichern dank modularem Aufbau der Speichersysteme relativ einfach möglich.

Um seinen Eigenverbrauchsanteil noch weiter zu erhöhen, kann auch das Verbrauchsverhalten verbessert werden. Auch hier hilft das PV-Anlagen-Monitoring um den exakten Last- und Erzeugungsverlauf  genau nachvollziehen zu können.

Und natürlich muss generell sichergestellt werden, dass sowohl die Photovoltaik-Anlage als auch das Speichersystem über die Jahre fehlerfrei laufen.

Das wird benötigt

Um eine PV-Anlage mit Speichersystem zu überwachen ist ein Datenlogger erforderlich. In der Regel werden diese vom Hersteller des Wechselrichters oder des Speichersystems mit angeboten, teilweise sind diese auch direkt integriert. Es gibt aber auch spezielle Anbieter für Datenlogger, die unabhängig von Wechselrichter/Batteriespeicher-Hersteller sind. Wichtig ist, dass der Datenlogger alle benötigten Daten aufzeichnet. Von den folgenden Geräten muss der Datenlogger Daten auslesen können:

  1. Energiespeichersystem
  2. PV-Anlage (Wechselrichter, evtl. String-Monitoring oder Modul-Monitoring)
  3. Stromzähler
  4. Optional: Sensoren (Einstrahlung, Temperatur etc.)
  5. Optional: Verbrauchern

Vor dem Kauf der Anlagenkomponenten sollte man sich deshalb gut beraten lassen, ob der Datenlogger auch für alle eingesetzten Geräte kompatibel ist.

Technischer Aufbau – DC oder AC-gekoppelt

Beim technischen Aufbau einer PV-Anlage mit Speichersystem wird zwischen DC-gekoppelten und AC-gekoppelten Systemen unterschieden.

 

Schema einer DC-gekoppelten Solaranlage mit angeschlossenem Energiespeichersystem

Abbildung 1 – DC-gekoppelter Energiespeicher

Bei DC-gekoppelten Systemen werden die PV-Generatoren und die Batterie an der DC-Seite eines Wechselrichters (Hybrid-System) angeschlossen.

 

Schema einer AC-gekoppelten PV-Anlage mit eingebundenem Energiespeicher-System

Abbildung 2 – AC-gekoppelter Energiespeicher

Bei AC-gekoppelten Systemen verfügen die PV-Generatoren und die Batterie hingegen jeweils über einen separaten Wechselrichter.

Außerdem gibt es verschiedene Varianten von Zählern. In den Abbildungen 1 und 2 handelt es sich um phasensaldierende Zweiwegezähler. Diese zählen sowohl die Einspeisung in das Netz als auch den Bezug aus dem Netz. Phasensaldierend bedeutet, dass die Leistungswerte über alle drei Phasen summiert werden.

Beispiel

Phase 1: Pac1 = -3 kW (Einspeisung)
Phase 2: Pac2 = 2 kW (Bezug)
Phase 3: Pac3 = 0,5 kW (Bezug)

Wird über alle Phasen saldiert ergibt sich so eine Einspeisung von 0,5 kW.

Bei PV-Anlagen mit Eigenverbrauchsanteil sollten immer phasensaldierende Zähler eingesetzt werden, da für den Kunden bei einer Abrechnung pro Phase ein Nachteil entstehen kann.

Monitoring des Energiespeichers

Wurde das Monitoring-System erfolgreich installiert werden dort alle Energieflüsse auf verschiedenen, zeitlichen Ebenen dargestellt.
In Abbildung 3 wird beispielhaft erkennbar welcher Anteil des Stroms direkt selbst verbraucht werden kann, welcher Anteil aus dem Netz bezogen wird und wie viel von der Batterie geliefert wird.

Anzeige des selbst verbrauchten Stroms über Smart Control Ansicht

Abbildung 3 – Aufteilung Erzeugung und Verbrauch

In Abbildung 4 ist über das Monitoring-Dashboard mit einem Blick zu erkennen, ob das System störungsfrei funktioniert und wie die wichtigsten Tages-Kennzahlen der Solaranlage ausfallen.

Anzeige störungsfreier Betrieb auf einen Blick über Smart Control Anzeige

Abbildung 4 – Status und Tages-Kennzahlen

Für eine detaillierte Analyse wird die Tagesansicht gewählt. Hier werden die Daten am besten in einem Aufzeichnungsintervall von 5 Minuten dargestellt (anhängig von dem verwendeten Datenlogger variiert das verwendete Aufzeichnungsintervall zwischen 1 und 15 min). Die Graphik in Abbildung 5 stellt den Ladezustand der Batterie dar. Grün bedeutet, dass die Batterie geladen wird und rot kennzeichnet, dass die Batterie Energie abgibt. Außerdem wird für jeden Messwert der „State of Charge“ (SOC) angezeigt. Dieser gibt den aktuellen Ladezustand der Batterie in Prozent an.

Beispiel

Bei einer Batterie mit 6,5 kWh Speicherkapazität bedeutet ein SOC von 80%, dass in der Batterie aktuell 5,2 kWh Energie gespeichert sind.

Anzeige Bezug aus dem Netz und aus der Batterie sowie Erzeugung der PV-Anlage und direkter Verbrauch über Smart Control Ansicht

Abbildung 5 – (Ent-)Ladezustand und State of charge (SOC)

In der unteren Graphik der Abbildung 5 wird der Bezug aus dem Netz, der Bezug aus der Batterie, die Erzeugung der PV-Anlage und der direkte Verbrauch dargestellt. In der Graphik ist zu erkennen, dass der Verbrauch von ca. 00:00 – 03:00 Uhr sehr hoch war und voll aus dem Netz bezogen wurde. Von ca. 09:00 – 16:00 konnte der Verbrauch größtenteils durch die PV-Anlage gedeckt werden während gleichzeitig die Batterie in diesem Zeitraum auf ca. 60% geladen wurde. Von ca. 18:00 – 24:00 wird der Verbrauch dann hauptsächlich durch den Stromspeicher abgedeckt.

Ausblick

Das Monitoring von Speichersystemen kann noch viel weiter gehen, besonders im Bereich der technischen Betriebsführung. Professionelle Datenlogger zeichnen eine große Anzahl an weiteren Messwerten auf wie beispielsweise die Temperaturwerte der einzelnen Batteriemodule, die Anzahl der Ladezyklen oder Lade- und Entlade-Strom und Spannung. Auch diese Werte sollten im Idealfall visualisiert und analysiert werden. Es können auch weitere Energiequellen oder zusätzliche Verbraucher hinzukommen, die momentan noch nicht zu überwachen sind. E-Mobilität wird zukünftig eine immer größere Rolle spielen und ist somit ein weiterer Bestandteil in den Haushalten. Die Anforderungen an das Monitoring werden sich deshalb erweitern und das PV-Monitoring sich im Laufe der Zeit ebenfalls weiter entwickeln.

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