Einrichtung eines Backup-Systems mit FoxESS: Was kann bei einem Stromausfall weiterbetrieben werden?
Ein Stromausfall ist auch bei uns kein rein theoretisches Risiko: Nach einem Sommergewitter kann das Haus stundenlang im Dunkeln liegen, und die Solaranlage allein hilft in solchen Fällen nicht weiter, auch wenn die Sonne scheint. Zunächst geht es um die Bedeutung des Backup-Betriebs in einem FoxESS-System. Anschließend schauen wir uns an, wie sich die Solaranlage bei einem Stromausfall verhält, wenn das System über einen Energiespeicher verfügt. Danach klären wir, welche FoxESS-Wechselrichter und -Akkus für den Notbetrieb überhaupt erforderlich sind und worauf man beim Anschluss achten muss.
Wir gehen besonders darauf ein, ob eine Versorgung des gesamten Hauses oder ein separater Notstromkreis sinnvoll ist. Wir gehen nacheinander auf jene leistungsstarken Verbraucher ein, die den Notbetrieb innerhalb von Sekunden zum Erliegen bringen können. Außerdem erklären wir, wie der SoC die tatsächliche Betriebsdauer während eines Stromausfalls bestimmt.
Bei der Dimensionierung arbeiten wir mit konkreten kW- und kWh-Werten, damit Sie die Auslegung der Notstromversorgung nicht nur nach Gefühl entscheiden. Am Ende des Artikels fassen wir zusammen, worauf der Installateur bei der Installation und Inbetriebnahme achten sollte.
Die Bedeutung der Backup-Funktion in einem FoxESS-System
In der Praxis bedeutet „Backup“ einen separaten Notbetriebsausgang am Wechselrichter. Bei einem Stromausfall trennt sich das System sicher vom öffentlichen Stromnetz und versorgt dann die vorab festgelegten Verbraucher über diesen Ausgang weiter mit Strom. Die Abschaltung ist keine Komfortfunktion: Die Normen EN 50549-1 und IEC 62116 schreiben vor, dass sich ein netzgebundener Wechselrichter bei einem Netzausfall innerhalb von zwei Sekunden abschalten muss, damit keine Spannung an die zu reparierende Leitung gelangt.
Wichtig ist, dass dies nicht dasselbe ist wie der vollständige Inselbetrieb. Das FoxESS-Backup verspricht nicht, dass das Haus mit allen Verbrauchern unbemerkt weiterläuft, sondern dass die Grundfunktionen (oder diejenigen, die an den kritischen Verbraucherkreis angeschlossen sind) sicher zur Verfügung stehen. Die Leistung des EPS-Ausgangs ist begrenzt und versorgt nur den Stromkreis mit Strom, den der Installateur tatsächlich dort angeschlossen hat. Tagsüber trägt auch die Solarstromerzeugung zu diesem Stromkreis bei, wenn die Sonne scheint.
Bei FoxESS-Wechselrichtern erfolgt die Umschaltung in der Regel innerhalb von 10 bis 20 Millisekunden, sodass die an den EPS-Stromkreis angeschlossene Beleuchtung, der Router oder der Kühlschrank praktisch unbemerkt weiterlaufen. Ein Desktop-Computer kann jedoch selbst in dieser Zeit neu starten, weshalb für eine wirklich unterbrechungsfreie Versorgung ein separates unterbrechungsfreies Netzteil erforderlich ist.
So funktioniert die Solaranlage bei einem Stromausfall mit dem FoxESS-System
Im Moment des Stromausfalls erkennt der FoxESS-Wechselrichter den Ausfall der Netzspannung, öffnet das netzseitige Relais und schaltet den Notbetriebsausgang innerhalb weniger Tausendstelsekunden unter Spannung. Ab diesem Zeitpunkt gibt der Wechselrichter selbst die Referenzspannung und die Frequenz vor, d. h., er passt sich nicht mehr an das Netz an, sondern hält das System selbst am Laufen.
Die primäre Energiequelle ist in diesem Fall die Batterie. Tagsüber schaltet sich auch das Solarmodul zu: Es deckt den Verbrauch des Notbetriebskreises und speist den Überschuss zurück in die Batterie, sodass ein Stromausfall sogar tagelang überbrückt werden kann. Nachts hingegen wird ausschließlich die gespeicherte Energie genutzt.
Daraus ergibt sich die wichtigste Regel: Ohne Akku gibt es kein Backup. Bei einer Solaranlage ohne Energiespeicher springt der Notstromausgang nicht an, auch wenn die Sonne scheint. Es lohnt sich, den Min-SoC-Wert (On-Grid) zu erhöhen, da dieser die Reserve aufrechterhält, aus der der Notstrombetrieb gestartet wird. Wenn die Batterie vollständig entladen ist, können die FoxESS-Speicher mit der Black-Start-Funktion neu gestartet werden: In den meisten Fällen (z. B. bei den Energiespeichern EP6 oder EP12) muss der Einschaltknopf am Hauptakku innerhalb von 30 Sekunden dreimal für jeweils 1–4 Sekunden gedrückt werden.
Welche FoxESS-Wechselrichter und -Batterien sind für den Aufbau eines Notstromsystems erforderlich?
Die Einrichtung der Notstromversorgung hängt von zwei Voraussetzungen ab: Es wird ein Hybrid-Wechselrichter mit Notstromausgang benötigt sowie ein dahinter geschalteter Energiespeicher. Im FoxESS-Sortiment sind die einphasige H1-Serie mit Leistungen zwischen 5 und 6 kW sowie die dreiphasigen H3- und P3-Serien mit Leistungen zwischen 5 und 15 kW erhältlich, die alle den Notstrombetrieb unterstützen.
Entscheidend für die Auswahl ist nicht die Leistung der Solaranlage, sondern die Frage, welche Last bei einem Stromausfall versorgt werden muss. Die Leistung des Notstromausgangs entspricht in der Regel der Nennleistung des Wechselrichters, d. h., ein 5-kW-Gerät liefert auch bei einem Stromausfall nicht mehr als 5 kW. Die FoxESS-Wechselrichter arbeiten mit Hochspannungs-LFP-Akkus. Überprüfe die Kompatibilität immer anhand der Herstellerliste, da der Notbetrieb mit einem fremden Akku in der Regel gar nicht erst startet oder nicht lädt, da die FoxESS-Umgebung exklusiv ist.
Was ist beim Anschluss des EPS-Ausgangs zu beachten?
Der Notstromkreis darf niemals an den netzseitigen Verteiler angeschlossen werden, da dies zu einer Rückspeisung und einer lebensgefährlichen Situation führt. Die richtige Lösung ist ein separater Unterverteiler, an den ausschließlich die vorgesehenen Verbraucherkreise angeschlossen werden, mit eigenen Leitungsschutzschaltern und einem Fehlerstromschutzschalter.
Der Kabelquerschnitt muss auf den Nennstrom des Wechselrichters im Notbetrieb ausgelegt werden, nicht auf der Grundlage der gesamten Hausversorgung. Es ist auch zu beachten, dass der Erdungspunkt des Netz- und des Notbetriebsausgangs nicht bei allen Geräten gemeinsam ist, weshalb die Ausführung des Schutzleiters gesondert überprüft werden muss.
Wenn eine vollständige Hausversorgung angestrebt wird, ist ein Umschalter erforderlich. Mit einem manuellen Umschalter ist die Lösung kostengünstiger, allerdings muss jemand zu Hause sein; die FoxESS EPS Box führt die Umschaltung automatisch durch und ist über lediglich drei Leitungen mit dem Wechselrichter verbunden. Die Box wählt zwischen der Netz- und der Notstromversorgung in Richtung der Last. Der Hersteller weist ausdrücklich darauf hin: Im Inselbetrieb darf die Last die maximale Ausgangsleistung des Wechselrichters nicht überschreiten.
Die richtige Ausführung und Trennung des Neutralleiters im EPS-Betrieb
Im Normalbetrieb gibt es im System genau eine Nullleiter-Schutzleiter-Verbindung am Anschlusspunkt. Im Notbetrieb hingegen verhält sich der Wechselrichter wie ein kleiner Generator und benötigt hierfür einen eigenen Bezugspunkt.
Der Fehlerstromschutzschalter überwacht die Differenz zwischen dem Strom in den Phasenleitern und dem Nullleiter und löst erst aus, wenn diese Differenz auftritt. Ohne Bezugspunkt findet der Erdschlussstrom keinen Rückweg, sodass der Strom im Nullleiter praktisch unverändert bleibt und der Schutz nicht anspricht.
Die Lösung besteht in einem separaten Trennrelais, das bei einem Netzausfall die lokale Null-Erdungsbrücke schließt und bei Wiederkehr des Netzes wieder öffnet. Zwei dauerhafte Verbindungen dürfen im System niemals vorhanden sein, da dies die Fehlerstromschutzschalter auslöst. Bei der Inbetriebnahme ist die Messung des Nullleiterstroms und der Null-Erdungsspannung ein obligatorischer Schritt.
Vollständige Haus-Backup-Lösung oder separater Notfall-Verbraucherkreis?
Man kann zwischen vier Stufen wählen, und der Unterschied ist keine Frage des Geschmacks, sondern eine Frage von Kosten und Risiko.
Am einfachsten ist eine dedizierte Notbetriebssteckdose: Sie ist kostengünstig, versorgt jedoch nur ein oder zwei Geräte. In der Praxis wird meist eine separate Unterverteilung mit drei bis acht festgelegten Stromkreisen empfohlen, zum Beispiel für Beleuchtung, Kühlschrank, Gefrierschrank, Heizungssteuerung und Router. Der Vorteil besteht darin, dass Großverbraucher physisch vom Netz getrennt sind, sodass es auch nicht zu einer versehentlichen Überlastung kommen kann.
Die Versorgung des gesamten Hauses ist komfortabler, erfordert jedoch Disziplin: Der Eigentümer muss die Last stets unter der Nennleistung halten. Mit einem manuellen Umschalter ist dies kostengünstiger, mit einem automatischen Umschalter komfortabler, aber auch teurer.
Eine Zahl, die die Debatte entscheidet: Eine Überlastung des Notbetriebskreises unterbricht die Notstromversorgung für mindestens fünf Minuten; im Wiederholungsfall kann dies sogar zu dauerhaften Schäden am Wechselrichter führen. Wenn Sie jetzt einen Speicher für Ihre Solaranlage planen, ist ein separater Unterverteiler die Lösung mit dem besseren Preis-Leistungs-Verhältnis und lässt sich später zu einer Haus-Gesamtlösung erweitern.
Welche leistungsstarken Verbraucher können Probleme verursachen?
Zwei Arten von Verbrauchern bereiten Probleme, und diese beiden müssen separat behandelt werden.
Der erste ist die motorische Last. Bei einem Direktstart kann der Einschaltstrom des Elektromotors 600–800 Prozent des Nennwerts erreichen, sodass eine 1-kW-Brunnenpumpe vorübergehend 6–8 kW benötigen kann. Dieser Stromstoß kann den Notbetrieb außer Betrieb setzen, auch wenn der Dauerverbrauch gering ist. Mit einem Sanftanlasser oder einem Frequenzumrichter lässt sich der Anlaufstrom auf 300–400 Prozent begrenzen.
Die zweite Gruppe bilden große, konstante ohmsche Lasten: Elektroboiler, Backofen, Induktionskochfeld, Ladestation für Elektroautos. Diese verbrauchen unterbrechungsfrei 2–11 kW und entleeren den Speicher innerhalb weniger Stunden. Die Wärmepumpe ist ein Sonderfall: Moderne Inverter-Kompressoren laufen sanft an, verbrauchen in der Heizperiode jedoch kontinuierlich 1–3 kW; daher ist es nur bei einem Speicher mit großer Kapazität sinnvoll, sie in den Notbetriebskreis einzubinden.
Die Empfehlung ist einfach: Diese Verbraucher sollten aus dem Notstromkreis herausgenommen werden. Wenn die Solaranlage Strom erzeugt, können einige von ihnen tagsüber wieder zugeschaltet werden, aber man sollte sich nicht darauf verlassen.
Wie beeinflusst der Ladezustand (SOC) die Betriebsdauer während eines Stromausfalls?
Die Betriebsdauer lässt sich mit einer einfachen Formel berechnen: Man teilt die verfügbare Energie durch die momentane Last. Der SOC-Wert auf der Akkusseite gibt an, wie viel Energie tatsächlich verfügbar ist, und der eingestellte Mindestwert bestimmt, wie weit man herunterfahren kann.
Betrachten wir ein Beispiel mit einem 10,4-kWh-Speicher. Wenn der Stromausfall bei einem Ladezustand von 80 Prozent einsetzt und der minimale SoC bei 10 Prozent liegt, stehen etwa 7,3 kWh zur Verfügung. Bei einer durchschnittlichen Notstromlast von 500 W entspricht dies etwa 13–14 Stunden, bei 1,5 kW hingegen nur noch 4–5 Stunden. Bei der Berechnung sollte man aufgrund des Wirkungsgrads des Wechselrichters mit einem Verlust von 5–8 Prozent rechnen und das Nachladen tagsüber separat hinzurechnen.
Die FoxEss-Energiespeicher lassen sich modular erweitern. Reicht diese Kapazität also nicht aus, lässt sich die Betriebszeit durch eine Erhöhung der SoC-Kapazität der Batterie verlängern.
Die Bedeutung von SOC für den Batteriebetrieb
SoC ist die Abkürzung für „State of Charge“, also Ladezustand. Er gibt in Prozent an, wie viel von der verfügbaren Kapazität noch übrig ist: 100 Prozent bedeuten einen voll geladenen, 0 Prozent einen leeren Akku. Das Gegenteil davon ist die Entladetiefe, die sich einfach als 1 minus SoC berechnet.
Bei Lithium-Eisenphosphat-Zellen ist die Spannung kein guter Indikator für den Ladezustand, da die Entladungskurve über weite Strecken nahezu flach verläuft. Daher ist der SoC eine Schätzung des Batteriemanagementsystems und keine direkte Messung: Er wird aus Strom-, Spannungs- und Temperaturdaten berechnet.
Die praktische Konsequenz: Die Datenblätter kommerzieller LFP-Speicher geben eine Entladetiefe von 90–95 Prozent an, für tägliche Ladezyklen wird jedoch ein SoC-Bereich von 10–90 Prozent empfohlen, da dies die Lebensdauer verlängert. Als Notbetriebsreserve empfiehlt es sich, eine höhere Untergrenze einzustellen, damit im Falle eines Stromausfalls genügend Kapazität zum Starten vorhanden ist.
Dimensionieren Sie das FoxESS-Backup-System entsprechend!
Die Dimensionierung erfolgt in vier Schritten, die jeweils mit einer Zahl abgeschlossen werden.
Erstellen Sie zunächst eine Liste der Geräte, die in den Notstromkreis eingebunden werden sollen, und addieren Sie deren Dauerleistung. Ein typisches Basispaket (Beleuchtung, Kühlschrank, Gefrierschrank, Heizungssteuerung, Router, einige Steckdosen) hat eine Spitzenleistung von 400–800 W, im Durchschnitt jedoch nur 250–350 W, da die Kompressoren zyklisch laufen.
Zweitens: Ermitteln Sie den Verbraucher mit dem höchsten Anlaufstrom: Der Wechselrichter muss das Zwei- bis Dreifache der Nennspitzenlast aushalten können.
Drittens: Lege fest, für wie viele Stunden die Versorgung benötigt wird. 300 W im Durchschnitt über 24 Stunden ergeben 7,2 kWh.
Viertens teile diese nutzbare Kapazität durch den SoC-Bereich der Batterie und den Wirkungsgrad: Bei einem SoC-Bereich von 80 Prozent und einem Wirkungsgrad von 90 Prozent ergibt dies eine Nennkapazität von etwa 10 kWh.
Diese Zahl erklärt, warum ein Speicher von etwa 10 kWh und ein 5-kW-Wechselrichter die gängigste Ausgangsbasis für Privathaushalte sind. Wenn das zu viel ist, sollten Sie nicht den Speicher aufstocken, sondern Kreise aus der Notstromverteilung herausnehmen.
SOLARKIT-Empfehlung: Auf diese Punkte sollte der Installateur bei der Installation und Inbetriebnahme achten
Unserer Erfahrung nach entstehen die meisten Probleme nicht am Gerät selbst, sondern in den Details der Ausführung. Diese fünf Punkte sind die häufigsten Fehlerquellen.
Beginnen Sie mit einer Vor-Ort-Begehung der vorhandenen Hausverteilung, noch bevor die Materialliste erstellt wird. Führen Sie die Notstromkreise in einen separaten Unterverteiler und dimensionieren Sie das Kabel entsprechend dem Nennstrom im Notstrombetrieb.
Dokumentieren Sie die Ausführung der Nullleiter-Erdung, messen Sie bei der Inbetriebnahme die Nullleiter-Erdungsspannung im Notbetrieb und halten Sie die Auslösezeit des Fehlerstromschutzschalters fest.
Die Inbetriebnahme endet nicht mit den Einstellungen: Simulieren Sie gemäß IEC 62446-1 eine echte Netztrennung, einschließlich des Verbrauchers mit dem größten Anlaufstrom.
Stellen Sie die Min-SoC-Reserve (On Grid) ein und beschreiben Sie im Übergabeprotokoll für den Kunden, was im Notbetrieb funktioniert und was nicht. Kennzeichnen Sie schließlich den Notbetriebsverteiler und den Umschalter eindeutig, denn bei Stromausfall und Dunkelheit sucht niemand nach einem Schaltplan. Die Testergebnisse des FoxESS-Energiespeichers bieten einen guten Anhaltspunkt für die zu erwartende Leistung, die Sie dem Kunden versprechen.
Häufig gestellte Fragen
Funktioniert der FoxESS-Notbetrieb ohne Akku?
Nein. Der Notbetrieb wird nur bei angeschlossenem Energiespeicher aktiviert. Ein netzgebundenes System schaltet sich aufgrund des Schutzes gegen Inselbetrieb gemäß EN 50549-1 bei einem Stromausfall ab, auch wenn die Module weiterhin Strom erzeugen würden.
Wie lange reicht ein 10-kWh-Speicher bei einem Stromausfall?
Bei einer durchschnittlichen Notbetriebslast von 250–350 W etwa einen ganzen Tag, bei 1,5 kW hingegen nur 5–6 Stunden. Die genaue Betriebsdauer wird durch den anfänglichen Ladezustand (SoC) des Akkus und die eingestellte Untergrenze bestimmt und tagsüber durch das Nachladen über die Solarmodule verlängert.
Läuft die Brunnenpumpe oder die Wärmepumpe im Notbetrieb an?
Das hängt vom Anlaufstrom ab. Bei Motoren mit Direktstart kann der Einschaltstrom bis zu 600–800 Prozent des Nennwerts betragen, was den Notbetrieb unterbrechen kann. Mit einem Sanftanlasser oder Frequenzumrichter lässt sich dieser Wert auf 300–400 Prozent begrenzen, sodass die Pumpe in den Kreislauf eingebunden werden kann.
Löst der Notbetrieb die unterbrechungsfreie Stromversorgung aus?
Bei den meisten Verbrauchern ja, da die Umschaltung innerhalb von 10–20 Tausendstelsekunden erfolgt. Bei Servern, Desktop-Computern und medizinischen Geräten wird jedoch weiterhin eine separate unterbrechungsfreie Stromversorgung empfohlen, da diese auch in dieser kurzen Zeit neu starten können.
Ist ein separates Null-Schutzleiter-Relais für den Notbetriebskreis erforderlich?
Das hängt vom Gerät ab. Bei einigen Wechselrichtern wird die Brücke bei einem Netzausfall intern geschlossen, bei anderen haben Installateure im Notbetrieb einen schwebenden Nullleiter gemessen. In diesem Fall ist ein separates Relais erforderlich, das die Verbindung nur für die Dauer des Stromausfalls schließt. Zwei permanente Brücken sind verboten, da sie die Fehlerstromschutzschalter auslösen.
