Gedankenexperiment: Balkonkraftwerk an Insel-WR

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Mahlzeit,

mich beschäftigt gerade die Frage, was passieren würde, wenn man einem Balkonkraftwerk das Vorhandensein der Netzspannung mittels eines Insel-Wechselrichters quasi vorgaukeln würde. Ziel wäre, im Falle eines Blackouts das Balkonkraftwerk nutzen zu können.
Der Insel-Wechselrichter (300 W sinus) hängt an einer nicht mehr Anlasser-stromfähigen Autobatterie, die ihrerseits durch ein kleineres PV-Modul mit bis zu 7 A geladen werden kann. Das Balkonkraftwerk besteht aus zwei 385 Wp-Panels und einem 600-W-Wechselrichter.
Klar wird die Leistung der angeschlossenen Verbraucher praktisch nie gleich der momentanen Erzeugung sein. Solange der Verbrauch höher liegt, gehe ich davon aus, dass der Insel-Wechselrichter das mit verstärkter Entnahme aus der Batterie ausgleichen können müsste. Nimmt die Erzeugung aber überhand, fragt sich:
Schaltet der Wechselrichter des Balkonkraftwerks einfach wegen Überspannung ab oder kann er womöglich etwas intelligent seine Erzeugung drosseln? Ich fürchte, ersteres…
Und die andere Seite, eigentlich am wichtigsten: Wird der Insel-Wechselrichter womöglich zerschossen, weil er nicht für eine Rückspannung ausgelegt ist?
Ich gehe davon aus, die Funktionsprinzipien der Leistungselektronik von den Wechselrichtern sind zwischen unterschiedlichen Herstellern/Modellen weitgehend gleich und eine konkrete Nennung daher nicht nutzbringend.

Gruß
Marius

#2

Hallo ,

Du möchtest zum allgemeinen Verständnis " gedanklich " einen netzabhängigen Wechselrichter so manipulieren , dass er das Haushaltsnetz über den Solarpart der Anlage auch bei Totalausfall der externen Wechselspannung weiter versorgt , statt sich dann ( wie normalerweise ) vorgesehen selbst abzuschalten ?

Wenn ja , so wäre dieses Vorhaben bereits gedanklich sehr riskant und insgesamt leider nicht zulässig .

Technisch müssten die Frequenzen zwischen Solarpart , Wechselrichter und Externnetz jederzeit zu einander erst synchronisiert sein , bevor eine Neuverbindung zwischen Anlage und Externnetz bei Rückkehr der Funktion des externen Netzes wieder möglich wäre und erfolgen dürfte . Mit Deiner Idee wüßtest Du aber nicht , wann dieser Zeitpunkt wäre mit der Widerherstellung der externen Netzfunktion .

Ergo müßte eine Art „externe“ Switching - Lösung her , welche den regulären Anlagenteil incl. des netzgebundenen Wechselrichters und einen „mobilen“ Wechselrichter als Zweitgerät zuverlässig und allpolig ( bis auf PE ) voreilend schaltend gegeneinander trennt .

Das ganze würde dann in Teilen ähnlich funktionieren , wie bestimmte Aufbautypen einer USV für PC- / und Serversysteme . Ich gebe dazu mal ein gedankliches Beispiel z.B. alleinig für den Notbetrieb eines Kühlschrankes . Für dieses Gerät muss ein paralleler Strompfad von Wechselrichter 1 oder 2 logisch mit Relais ( zeitversetzte Wechsler ) verknüpft werden , bevor er zu einem einzigen Strompfad zu diesem einen Endverbraucher zusammengelegt wird .

WR - Wechselrichter , SP = Strompfad

Normalzustand ist WR 1 = An , WR 2 = Aus in Verbindung mit SP 1 = geschaltet , SP 2 = getrennt .

WR 1 schaltet bei Blackout ab , SP 1 wird per abfallendem Relais damit getrennt , SP 2 ist noch getrennt und hängt an einem Zeitglied von z.B. 1 Sec. Verzögerung . Nach 1 Sec. wird WR 2 erst in seiner Hauptleitung durch ein erstes Relais auf den Akku aufgeschaltet , und danach wird der SP2 geschaltet .

Wenn dann das externe Netz wieder läuft , wird WR 1 auch wieder aktiv und versorgt den Rest der Wohnung damit wieder . SP 2 im Verbraucherkreis ( Kühlschrank ) fällt sofort wieder ab , und nach neuerlich 1 Sec. wird auch da wieder auf SP 1 umgeschaltet .

Damit hat der Kühlschrank zwar für 2 × 1 Sec. einen kleinen Blackout , aber in der Summe kann er eine gewisse Brückungsdauer über Akku und WR 2 weiter arbeiten .

… womit Du dann den „mobilen“ 300 Watt Wechselrichter an einem passend dimensionierten Pufferakku für die oben erdachte Kühlschrank - Notversorgung direkt nutzen kannst . Am 600 W - Hauptwechselrichter der Anlage mußt Du dann garnichts manipulieren , bzw. „vortäuschen“ . Der kann und soll genau so agieren und schalten bei Blackout , wie herstellerseitig vorgesehen .

Was damit für diesen Bezug auf den 300 Watt - WR umgelagert wäre bei Blackout . Den Akku kannst Du wie von Dir ersonnen dann in Verbindung mit einem Laderegler von Deinem Zusatzpanel auf Bereitschaft halten lassen . Gute „Mobilwechselrichter“ haben intern auch eine Akku-Schutzschaltung , welche bei zu stark abgesunkener Akkuspannung dann automatisch auch diesen Wechselrichter deaktivieren .

Wäre gedanklich obsolet , weil WR 1 und WR 2 damit elektrisch überhaupt als Zweikreis - System nicht miteinander in Kontakt kämen .

Diese Frage erübrigt sich damit auch .

Ich hoffe , Dir mit meinen Modifikationen Deiner Idee technisch etwas Verständnis für eine mögliche Umsetzung an die Hand gegeben haben zu können . Aber bitte versuche diesen Schaltungsaufbau als Laie nicht mit Netzspannung nachzubauen , sondern höchstens mit 12 Volt , „kleinsten“ Verbrauchern und passenden Leitungsabsicherungen . Relais mit 12 Volt Vorschaltspannung gibt es im Elektro - Fachhandel , oder für reine 12V - Basteleien auch gebraucht am Schrottplatz .

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#3

So detailliert wollte ich das noch gar nicht betrachten. In der Praxis würde ich es wahrscheinlich eh nicht so umsetzen. Geh einfach davon aus, dass der SLS vorm Zähler nach Feststellung des Stromausfalls manuell für alle Phasen ausgeschaltet wird und ignoriere den Umstand, dass dann die Netzwiederkehr nicht so einfach feststellbar ist. In der Dunkelheit sieht man es dann ja an der Straßenbeleuchtung. :wink:

Nein, der 300-W-Wechselrichter alleine schafft den Anlaufstrom des Kühlschranks nicht. Ob er es zusammen mit dem 600-W-Wechselrichter schaffen würde? Keine Ahnung, aber im Winter, wo der Stromausfall am wahrscheinlichsten wird, ist der Kühlschrank nicht das wichtigste.

Nix Laie, ich bin EFK.

#4

Es ging hier alleinig nur um den schematischen Aufbau für eine mögliche Umsetzbarkeit an sich . In der Praxis wären die Komponenten des Sekundärkreises natürlich entsprechend auf einander abzustimmen und abzusichern .

Das konnte ich ja nun mal nicht wissen , weswegen ich das hier nur auf Nummer Sicher mal allgemein erwähnte .

Aber genau darin lag doch das Problem Deiner ursprünglichen Idee . Die externe Netzspannung kommt ganz unerwartet zurück mit einer Netzfrequenz von irgendwo zwischen 48 bis 52 Hz mit einem Phasenverschiebungswinkel Y zu einer künstlich über einen 2. Wechselspannungserregten am laufen gehaltenen Inselanlage .

Dann treffen zwei nicht zueinander synchronisierte Wechselspannungen in Deinem netzabhängigen Wechselrichter genau in diesem Moment automatisch aufeinander .

Im Normalfall würde der Netz-WR sich ja erst dann wieder einschalten , wenn er intern über seine eigene Steuerungsregelung den Synchronisationseinsprung gefunden hätte . Das kann er aber nicht , wenn er die ganze Zeit künstlich am Laufen gehalten wurde .

Dann hättest Du das elektrische Verteilungsproblem zweier parallel geschalteter Widerstände mit verschiedenen Eigenschaften im Verbraucherkreis . Kapazitiv und induktiv dürften sich die beiden WR dann durchaus deutlich unterschiedlich verhalten in paralleler Verschaltung .

Zudem dürften sich Netzspannung und Netzfrequenz bei einem plötzlichen Lastwechsel im Regulärbetrieb der Anlage deutlich stabiler verhalten als es bei einer Signalrückkopplung über einen 2. Wechselrichter in reinem Inselbetrieb der Fall wäre .

Damit käme Dein letzter Gedanke aus Deiner Frage zum tragen :

mit den entsprechenden drei ???

Was ist , wenn der 300-er doch nicht so ganz frequenzstabil wie der 600-er wäre , und es dann in Abhängigkeit zueinander gekoppelt zu Aufschwingungen im steten Synchronisationsversuch des 600-er käme ?

#5

Nein, mir ging es gar nicht darum. Die öffentliche Netzspannung wird von der Konstellation ferngehalten. Meinetwegen streichen wir auch jedwede leitende Verbindung dazwischen.
Das Konstrukt steht nun irgendwo in der Wallachei auf der Wiese.
Es geht mir nur um die Frage, wie sich die Konstellation der Wechselrichter verhalten könnte, wenn der größere mehr Leistung einspeisen will als gerade verbraucht werden kann. Raucht der kleinere dann ab, fliegt der größere einfach raus, weil er Überspannung erkennt oder kann er gar keine Überspannung abgeben und regelt vorher ab?
Dass sich irgendetwas aufschwingt, wie du schon schreibst, könnte natürlich auch noch vorkommen.

#6

In so weit vermute(t)e ich Dein gedankliches Experiment in meiner 1. Antwort ja bereits . WR1 ( 600W ) und WR2 ( 300W ) als „Taktgeber“ würden dann ja zumindest untereinander als Insel Synchronität zueinander aufrecht erhalten wollen .

Der größere WR wird von sich aus dann nicht mehr elektrische Leistung an seinen Sekundärabgang geben , als es dieser Strompfad erfordert . In diesem Grundbezug wird sich der 600-er vom Prinzip her dann auch erst mal nicht anders verhalten als ein allgemein im Output für die Spannung stabilisiertes Netzteil .

Stark vereinfacht gilt dann auch bei Wechselspannung die Verhältnismäßigkeit

U[stabil.] = R × I ( unter den Bedingungen eines Wechselspannungsnetzes mit induktiven und kapazitiven Wiederstands-Besonderheiten )

Nur ist Dir im Zusammenspiel mehrerer parallel geschalteter Spannungsquellen aber als EFK auch nicht unbekannt , dass der Strom sich dann immer den Weg des geringsten Wiederstandes für seine optimale Durchgangsstärke suchen wird .

Daher kannst Du in Deinem gedanklichen Experiment leider nicht zwingend davon ausgehen , dass sich die Ströme in Deinem Konstrukt trotz 1:2 Belastbarkeiten der beiden Wechselrichter auch 1:2 tatsächlich auf beide ( sehr unterschiedlichen ) Wechselrichter „optimal“ verteilen würden .

Meine Vermutung für diese Idee mit jeweils bestmöglich gegen Eigenbeschädigung abgesicherten Wechselrichtern bei hoher und nicht optimal verteilter Verbundlast :

Erst wird es den einen WR zur Abschaltung zwingen , und den 2. unmittelbar dann auch zur Abschaltung wegen verbleibender Allein - Überlast zwingen .

Und damit kommt halt schon wieder ein großes ? .

Sind beide WR jeweils für sich gegen Spannungsrückströmungen vom anderen in ihre jeweiligen Sekundärkreise geschützt , wenn einer der beiden im Verbund dabei aus fällt ?

#7

Das stimmt. Ich gehe deshalb davon aus, dass sich die Wechselrichter so verhalten würden, wie sie es in dem Betriebsfall, für den sie konstruiert sind, auch täten:
Der 600-W-WR wird versuchen, das Maximum an PV-Angebot auch einzuspeisen. Wenn die Verbraucher genau das gleiche Maß aufnehmen können, wird der 300-W-Wechselrichter nur im Leerlauf vor sich hin summen und den Takt vorgeben. Ziehen die Verbraucher mehr, wird er entsprechend, ggf. aus dem Pufferakku, nachlegen, soweit er es schafft. Die Spannung wird in diesem Fall auch vom kleinen vorgegeben.

Drehen sich die Erzeugungs-/Verbrauchs-Verhältnisse um, wird der 600-W-WR nicht wissen, wohin mit der Leistung und die Spannung geht entsprechend hoch. Das wäre der Punkt, wo auch ich befürchten würde, der kleine WR macht dicke Backen und/oder der große geht auf Störung wegen Überspannung. Deshalb belasse ich es ja auch beim Gedankenexperiment und setze nicht meine Technik aufs Spiel. :wink: Aber trotzdem wollte ich mal eine Zweitmeinung hören.

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#8

Das Video war durchaus interessant mit rauchendem Abgang . :-))

Mal abgesehen von den Sonderfunktionen des im Video benutzten Sun 1000 mit der Limitierfunktion trat das Problem dort ja erst bei niedriger Verbrauchsaufnahme gegenüber der erzeugten Leistung auf .

Bei Stromausfall hättest Du in Deinem Experiment aber auch das Problem der auf max. 300 Watt begrenzten Hilfseinspeisung von Deiner Insel .

Außerdem dürftest Du keine zu starken Lastschwankungen auf der Verbraucherseite haben .

#9

Diese Balkonkraftwerk-Wechselrichter sollten eigentlich genau wie die großen Brüder eine Netzerkennung besitzen, die sich nicht von einem anderen Wechselrichter überlisten lässt.

Sie sollten erkennen, dass da kein Netz mit entsprechend niedriger Impedanz hintersteckt, sie sollten erkennen, dass das keine nahezu perfekten 50 Hz sind, sondern vielleicht 49,5 oder 50,3 Hz.

Und ja, die Dinger sollten dann gar nicht erst auf die Idee komme, selber Leistung in so ein vermeintliches „Netz“ einzuspeisen. Andererseits las ich vor kurzem eine Amazon-Bewertung zu so einem Set, bei dem ein Rezensent nach dem Ausstecken aus der Steckdose immer noch 230V an den Kontakten des Schukosteckers gemessen haben wollte.

Hmm, da gibt es ja auch welche, die man zur Leistungserhöhung parallel schalten darf, oder?