Die Energiewende und der Klimaschutz sind in aller Munde. Immer mehr Hausbesitzer installieren Balkonkraftwerke, um ihren eigenen Solarstrom zu erzeugen. Doch was passiert bei einem Stromausfall im öffentlichen Netz? Funktioniert das Balkonkraftwerk dann immer noch? Diese Frage beschäftigt viele Besitzer von Balkonkraftwerken. Denn der Wunsch nach einer Art Notstromversorgung durch das Balkonkraftwerk ist verständlich. Dieser Artikel erklärt, warum ein herkömmliches Balkonkraftwerk bei einem Stromausfall nicht funktioniert. Es zeigt aber auch Lösungen auf, wie man sein Balkonkraftwerk so erweitern kann, dass es auch ohne Netzanschluss weiter Solarstrom erzeugen kann. So kann das Balkonkraftwerk bei einem Blackout zumindest einen Teil der wichtigsten Stromverbraucher im Haushalt versorgen und als kleine Notstrom-Insel dienen.
Funktionsweise von Balkonkraftwerken
Ein Balkonkraftwerk besteht normalerweise aus einer oder mehreren Solarzellen sowie einem Wechselrichter.
Die Solarzellen wandeln das Sonnenlicht in Gleichstrom um. Dieser Gleichstrom wird dann über Kabel an den Wechselrichter weitergeleitet.
Der Wechselrichter hat zwei Hauptaufgaben in einem Balkonkraftwerk:
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Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom: Der Gleichstrom aus den Solarmodulen wird in netztauglichen Wechselstrom umgewandelt.
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Anbindung an das Stromnetz: Der Wechselrichter synchronisiert die Frequenz und Spannung des erzeugten Wechselstroms mit dem öffentlichen Stromnetz.
Auf diese Weise kann der Solarstrom ins Hausnetz eingespeist und vor Ort direkt genutzt werden. Überschüssiger Solarstrom wird ins öffentliche Netz eingespeist.
Die meisten Balkonkraftwerke haben heute einen integrierten Wechselrichter, der keine separate Installation erfordert. Der Wechselrichter ist also das Kernstück zur Umwandlung und Einspeisung des Solarstroms.
Balkonkraftwerke bei Netzparallelbetrieb
Balkonkraftwerke sind für den Netzparallelbetrieb ausgelegt. Das bedeutet, sie sind darauf angewiesen, an das öffentliche Stromnetz angeschlossen zu sein. Der erzeugte Solarstrom wird direkt ins Stromnetz eingespeist.
Die Einspeisung erfolgt synchron mit der Netzfrequenz. Dafür benötigt der Wechselrichter des Balkonkraftwerks die Netzfrequenz von 50 Hz als Referenz. Nur wenn diese Referenzfrequenz vorhanden ist, kann der Wechselrichter den Gleichstrom der Solarmodule in Wechselstrom umwandeln und in die Steckdose einspeisen.
Ohne diese Referenzfrequenz kann kein Wechselstrom erzeugt werden. Deshalb ist ein Inselbetrieb, also die Stromerzeugung ohne Netzanbindung, mit einem herkömmlichen Balkonkraftwerk nicht möglich. Bei einem Stromausfall erlischt die Referenzfrequenz und das Balkonkraftwerk schaltet ab. Es findet keine Einspeisung mehr statt.
VDE-Norm zur Abschaltung
Die meisten Balkonkraftwerke in Deutschland sind netzgekoppelt, d.h. sie speisen den Solarstrom direkt in das öffentliche Stromnetz ein. Laut der VDE-Norm 0126 müssen Wechselrichter für netzgekoppelte Photovoltaikanlagen mit einem NA-Schutz ausgestattet sein. Dieser Netztrennschutz sorgt dafür, dass das Balkonkraftwerk sofort abschaltet, sobald kein Stromnetz mehr vorhanden ist. Der NA-Schutz verhindert, dass Spannung auf die Leitungen kommt, während Monteure am Netz arbeiten. Er dient dem Schutz von Personen.
Daher schaltet ein Balkonkraftwerk automatisch ab, sobald es zu einem Stromausfall kommt. Es kann dann keinen Solarstrom mehr produzieren, da es die Referenzspannung und -frequenz aus dem Netz als Synchronisationssignal benötigt. Ein Inselbetrieb ist bei den meisten Standard-Balkonkraftwerken nicht vorgesehen.
Keine Stromerzeugung ohne Netz
Ein Balkonkraftwerk kann den erzeugten Solarstrom nicht ins Hausnetz einspeisen, wenn kein Stromnetz vorhanden ist. Der Grund dafür ist, dass der Wechselrichter des Balkonkraftwerks die Netzfrequenz von 50 Hz als Referenz benötigt, um den Gleichstrom aus den Solarpanelen in Wechselstrom umzuwandeln.
Ohne diese Referenzfrequenz kann der Wechselrichter den Solarstrom nicht in passende Wechselspannung wandeln. Er würde versuchen, die Frequenz und Spannung eines nicht existierenden Netzes nachzubilden. Da dies nicht funktioniert, schaltet der Wechselrichter ab, sobald kein Netz mehr vorhanden ist. Deshalb ist ein Inselbetrieb, bei dem das Balkonkraftwerk separat vom Netz Strom erzeugt, nicht möglich.
Inselbetrieb nicht möglich
Ein Balkonkraftwerk kann im Inselbetrieb, also ohne Anschluss an das Stromnetz, keine Verbraucher direkt versorgen. Der Wechselrichter benötigt die Netzfrequenz des Stromnetzes als Referenz, um Gleichstrom aus den Solarmodule in Wechselstrom für Haushaltsgeräte umzuwandeln. Ohne diese Referenzfrequenz kann der Wechselrichter den Solarstrom nicht in passende Wechselspannung wandeln.
Zudem schreibt die DIN VDE V 0126-1-1 vor, dass ein Wechselrichter sich bei Ausfall der Netzspannung innerhalb von 0,2 Sekunden selbstständig abschalten muss. Dieser Netzparallelbetrieb-Schutz (NA-Schutz) verhindert eine Einspeisung in ein abgeschaltetes Stromnetz, um Monteure vor einem Stromschlag zu schützen.
Daher ist es mit einem herkömmlichen Balkonkraftwerk nicht möglich, bei einem Stromausfall Geräte weiter zu betreiben. Der Solarstrom kann nicht direkt und ohne Netzanbindung in Wechselstrom für Haushaltsgeräte umgewandelt werden.
Lösung mit Speicher
Die Lösung für ein Balkonkraftwerk, das auch bei einem Stromausfall weiter funktioniert, ist die Installation eines Speichers. Der Speicher puffert den tagsüber produzierten Solarstrom und gibt ihn bei Bedarf wieder ab.
Bei einem Stromausfall greift der Speicher ein und versorgt angeschlossene Geräte mit dem gespeicherten Solarstrom. So kann ein Teil der Stromversorgung auch ohne Netzanschluss aufrechterhalten werden. Allerdings ist die Kapazität der Speicher für Balkonkraftwerke oft begrenzt.
Wichtig ist, dass der Speicher direkt an das Balkonkraftwerk angeschlossen wird und nicht erst “hinter” dem Wechselrichter im Hausnetz. Nur so kann der Solarstrom auch ohne Netzverbindung vom Speicher wieder abgerufen werden. Ein geeigneter Speicher puffert den Solarstrom, damit dieser bei Bedarf abgerufen werden kann.
Speicher puffert Solarstrom
Ein Speicher kann den tagsüber vom Balkonkraftwerk erzeugten Solarstrom zwischenspeichern. Moderne Photovoltaik-Wechselrichter für Balkonkraftwerke verfügen in der Regel bereits über eine integrierte Steuerung für den direkten Anschluss eines Speichers.
Der Speicher lädt sich bei einem Überschuss an Solarstrom auf. Dies ist der Fall, wenn aktuell mehr Solarstrom produziert wird, als im Haushalt verbraucht wird. Der Solarstrom vom Balkonkraftwerk wird dann nicht komplett ins öffentliche Stromnetz eingespeist, sondern teilweise in den Speicher geleitet.
Auf diese Weise lässt sich Solarstrom vom Tagesmaximum nutzen und in Zeiten nutzen, wenn keine Sonne scheint. Ein Speicher erhöht damit den Eigenverbrauchsanteil des Solarstroms. Ohne Speicher müsste überschüssiger Solarstrom zu Zeiten hoher Erträge komplett ins Netz eingespeist werden.
Speicher versorgt bei Stromausfall
Ein Photovoltaik-Speicher kann bei einem Stromausfall die Energieversorgung aufrechterhalten. Der im Speicher gespeicherte Solarstrom steht auch ohne Netzverbindung zur Verfügung.
Bei einem Ausfall des Stromnetzes erkennt der Speicher, dass keine Netzeinspeisung mehr möglich ist. Er wechselt automatisch in den Inselbetrieb und versorgt angeschlossene Verbraucher mit dem gespeicherten Solarstrom. Dies funktioniert so lange, bis der Speicher entladen ist.
Die Speicherkapazität bestimmt, wie lange der Speicher die Stromversorgung ohne Netz aufrechterhalten kann. Bei einem größeren Speicher können mehr Verbraucher über einen längeren Zeitraum versorgt werden. Wichtig ist, dass vor einem möglichen Stromausfall ausreichend Solarstrom gespeichert wurde.
Speicher als Unterbrechungsfreie Stromversorgung
Mit einem geeigneten Speicher kann das Balkonkraftwerk auch bei einem Stromausfall weiterhin Strom liefern. Der Speicher übernimmt dann die Rolle einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV).
Bei einem Ausfall des Stromnetzes schaltet der Wechselrichter des Balkonkraftwerks normalerweise ab. Der Speicher puffert jedoch den Solarstrom und versorgt angeschlossene Geräte weiter. Auf diese Weise stellt er eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sicher.
Der Speicher sollte groß genug dimensioniert sein, um über einen gewissen Zeitraum die wichtigsten Geräte mit Solarstrom aus dem eigenen Balkonkraftwerk zu versorgen. Üblicherweise kommen Li-Ionen-Speicher zum Einsatz, da diese eine hohe Energiedichte für die benötigte Kapazität bieten.
Wichtig ist, dass der Speicher direkt an das Balkonkraftwerk angeschlossen wird und so bei einem Netzausfall automatisch die Stromversorgung übernehmen kann. Dies ermöglicht die unterbrechungsfreie Versorgung kritischer Geräte wie Kühlschrank, Licht oder Laptop auch während eines Stromausfalls.
Auswahl geeigneter Speicher
Für die Speicherung des Solarstroms vom Balkonkraftwerk gibt es verschiedene Speichertechnologien zur Auswahl. Besonders geeignet sind:
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Li-Ionen-Akkus: Sie zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und Zyklenfestigkeit aus. Allerdings sind Li-Ionen-Speicher noch relativ teuer.
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Blei-Gel-Akkus: Diese Akkus gibt es schon lange und sie sind robuster gegen Tiefentladung. Nachteil ist die geringere Zyklenfestigkeit. Dafür sind Blei-Gel-Akkus günstiger als Li-Ionen.
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Blei-Carbon-Akkus: Sie stellen eine Weiterentwicklung der Blei-Gel-Akkus dar und bieten eine höhere Zyklenfestigkeit. Preislich liegen sie zwischen Li-Ionen und Blei-Gel.
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Salzwasser-Akkus: Sie bestehen aus Salzwasser und sind umweltfreundlich sowie kostengünstig. Allerdings ist ihre Energiedichte geringer als bei Lithium-Ionen-Akkus.
Bei der Auswahl des optimalen Speichers sollte man die benötigte Kapazität, die Kosten und die Zyklenfestigkeit berücksichtigen. Für ein Balkonkraftwerk eignen sich oft Blei-Gel oder Lithium-Ionen-Akkus am besten.
Anschluss und Installation
Bei der Installation eines Balkonkraftwerks mit Speicher ist ein fachgerechter Anschluss sehr wichtig. Es gibt ein paar Dinge zu beachten:
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Der Wechselrichter und der Speicher müssen korrekt miteinander verbunden werden. Hierfür sind die Anschlusshinweise des Herstellers zu beachten.
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Der Speicher sollte möglichst nah am Wechselrichter montiert werden, um die Leitungswege kurz zu halten.
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Für den Anschluss sind in der Regel spezielle Steckverbinder erforderlich. Diese müssen fachgerecht montiert werden.
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Der Speicher benötigt in der Regel einen separaten DC-Anschluss am Wechselrichter. Dieser ist entsprechend vorzusehen.
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Wichtig ist auch die Erdung und Potentialausgleich des Systems. Nur so ist ein sicherer Betrieb gewährleistet.
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Nach der Installation sollte eine Funktionsprüfung erfolgen. Dabei wird getestet, ob der Speicher korrekt mit dem Wechselrichter kommuniziert und funktioniert.
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Eine Fachkraft für Elektroinstallationen sollte den Anschluss auf jeden Fall übernehmen. Nur so ist sichergestellt, dass alle Normen und Sicherheitsvorschriften eingehalten werden.
Ein fachgerechter Anschluss ist essentiell für die korrekte und sichere Funktion des Balkonkraftwerks mit Speicher. Laientipps können hier schnell gefährlich werden. Daher empfiehlt sich die Beauftragung einer qualifizierten Elektrofachkraft.
Fazit – Mit Speicher Versorgung bei Stromausfall
Ein Balkonkraftwerk allein kann bei einem Stromausfall nicht weiter Solarstrom liefern, da es für die Synchronisation mit dem Stromnetz konzipiert ist. Durch die nach VDE-Norm vorgeschriebene Abschaltung bei Netzausfall wird die Stromerzeugung unterbrochen.
Mit einem geeigneten Speicher lässt sich diese Einschränkung jedoch umgehen. Der Speicher puffert den tagsüber erzeugten Solarstrom zwischen und stellt ihn auch bei einem Stromausfall weiter bereit. So kann eine unterbrechungsfreie Stromversorgung aus dem Balkonkraftwerk realisiert werden.
Während kleinere Speicherbatterien die Versorgung wichtiger Verbraucher wie Kühlschrank oder Licht sicherstellen, ermöglichen größere Speicherkapazitäten einen weitgehend normalen Betrieb des Haushalts. Dank der Kombination aus Solarmodulen und Speicher kann die Verfügbarkeit des Solarstroms deutlich erhöht werden.
Häufige Fragen
Warum schaltet ein Balkonkraftwerk bei Stromausfall ab?
Ein Balkonkraftwerk ist darauf ausgelegt, parallel zum Stromnetz zu arbeiten. Der Wechselrichter nutzt die Frequenz und Spannung des öffentlichen Netzes als Referenz für die Einspeisung des Solarstroms. Ohne diese Referenz kann der Wechselrichter den Solarstrom nicht mit der richtigen Frequenz und Phasenlage erzeugen.
Bei einem Stromausfall bricht diese Referenz weg, wodurch der Wechselrichter die Einspeisung stoppen muss. Er schaltet aus Sicherheitsgründen ab, um beim Wiederanstieg der Netzspannung keine unkontrollierte Einspeisung zu riskieren. Dies könnte sonst zu einer Gefährdung von Monteuren führen, die an den Leitungen arbeiten.
Die Abschaltung bei Netzausfall ist dabei durch die DIN VDE V 0126-1-1 vorgeschrieben. Diese Norm regelt den Netz- und Anlagenschutz von Photovoltaikanlagen. Der NA-Schutz (Netztrennschutz) verhindert eine ungewollte Inselbildung, bei der ein Teilbereich weiter mit Solarstrom versorgt wird.
Ohne angeschlossenes Stromnetz kann ein herkömmliches Balkonkraftwerk daher keinen Solarstrom erzeugen. Eine Speicherlösung ist erforderlich, um die Solarenergie auch während eines Stromausfalls nutzen zu können.
James
Gründer von Balkonkraftwerk800W. Seit 2019 spezialisiere ich mich auf das Verfassen zahlreicher Solar-PV-Testberichte, PV-Produktvergleiche und Balkonkraftwerk-Ratgeber. Ich behalte stets eine objektive und unabhängige Perspektive bei.