Die Funktionsweise von Solarzellen bei Stromausfall

Die Funktionsweise von Solaranlagen ist vielen bereits gut bekannt, doch ihr Verhalten bei Stromausfällen wird nach wie vor häufig missverstanden. Denn es macht einen Unterschied, ob es sich um einen geplanten Stromausfall, einen unerwarteten Fehler oder eine Wartung des Stromnetzes handelt. In den meisten Fällen schaltet sich die Solaranlage in solchen Fällen automatisch ab, was viele überrascht. Im ersten Teil des Artikels zeigen wir Ihnen, was in solchen Situationen mit der Solaranlage passiert und warum sich der Wechselrichter abschaltet.

Im weiteren Verlauf gehen wir darauf ein, wann das System während eines Stromausfalls funktionieren kann, welche Rolle der Hybrid-Wechselrichter spielt und wie sich die Solaranlage verhält, wenn sie ohne Netzspannung Strom erzeugt. Darüber hinaus geben wir einen detaillierten Überblick über die Funktionsweise von Inselbetrieb und Backup-Lösungen, die eine Notstromversorgung ermöglichen.

Was passiert mit der Solaranlage während eines geplanten Stromausfalls?

Die meisten netzgekoppelten Solaranlagen verhalten sich bei einem geplanten Stromausfall genauso wie bei einem unerwarteten Netzausfall: Der Wechselrichter schaltet sich automatisch ab, sodass die Solaranlage bei einem Stromausfall weder Energie in das Netz einspeist noch das Haus mit Strom versorgt. Für viele Nutzer ist dies überraschend, da es logisch erscheint, dass die Anlage bei Sonnenschein Strom erzeugt. In Wirklichkeit verbieten jedoch die Netzvorschriften – vor allem zur Vermeidung von Inselbetrieb – strengstens die Rückspeisung, solange das Netz des Versorgers nicht stabil ist. Aus diesem Grund läuft auch bei einem geplanten Stromausfall mit Solaranlage derselbe Prozess ab: Der Wechselrichter erkennt den Spannungsabfall, schaltet sich ab und verhindert, dass das System Energie in das Netz einspeist.

Aus Sicht des Nutzers bedeutet dies, dass Haushaltsgeräte und Verbraucher keine Energie erhalten, selbst wenn die Solarmodule auf dem Dach gerade Strom produzieren würden. Das System passt sich also dem Zustand des Netzes an. Eine Ausnahme bildet nur die Lösung, bei der ein spezieller Hybrid-Wechselrichter und ein Akkuspeicher zur Verfügung stehen, die den Haushalt im Inselbetrieb (Backup-Modus) mit Strom versorgen können.

Warum schaltet sich der Wechselrichter bei einem Stromausfall ab?

Der Hauptgrund für das Abschalten des Wechselrichters ist der auf Sicherheitsvorschriften basierende Anti-Islanding-Schutz. Gemäß internationalen und nationalen Normen darf ein Solarwechselrichter so lange in Betrieb sein, wie er eine stabile Spannung und Frequenz des Versorgungsnetzes feststellt. Bei einem Stromausfall unterbricht er jedoch sofort die Produktion, damit kein Strom in die Leitungen zurückfließen kann. Dafür gibt es zwei Hauptgründe:

1. Sicherheit der Monteure: Bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten würden die Fachleute des Netzbetreibers in Lebensgefahr geraten, wenn die Haushaltssysteme Strom zurückspeisen würden.
   
   
2. Netzstabilität: Die Wechselrichter würden bei Last- und Frequenzabweichungen zu unvorhersehbaren Betriebszuständen führen.
   

In der Praxis ist dies ein sehr schneller, automatischer Vorgang: Sobald das Netz des Energieversorgers ausfällt, schaltet sich der Wechselrichter ab und startet erst wieder, wenn Spannung und Frequenz wieder im normierten Bereich liegen.

Unterschiede zwischen On-Grid- und Off-Grid-Solaranlagen bei Stromausfall

Der wichtigste Unterschied zwischen den beiden Systemen besteht darin, dass netzgekoppelte, sogenannte On-Grid-Systeme bei einem Stromausfall nicht eigenständig funktionieren können, während Inselanlagen (Off-Grid-Systeme) von vornherein so konzipiert sind, dass sie auch ohne Netzanschluss stabil funktionieren. Bei einem Stromausfall schaltet sich der On-Grid-Wechselrichter ab, da er keine externe Spannung erkennt, sodass das Haus keine Energie erhält, selbst wenn die Solarmodule ausreichend Sonnenlicht erhalten würden. In diesem Fall ist weder die Versorgung der Verbraucher noch das Laden der Batterie möglich.

Im Gegensatz dazu benötigen netzunabhängige Systeme kein externes Netz. Die Batterie sorgt für eine stabile Spannung, sodass ein Stromausfall für das System praktisch keine Bedeutung hat; die Energieversorgung über das hausinterne Netz wird weiterhin aufrechterhalten. Moderne Hybridsysteme stellen einen Übergang zwischen den beiden Lösungen dar: Im Normalbetrieb sind sie auf das Netz angewiesen, bei einem Stromausfall trennen sie sich jedoch automatisch davon und schaffen einen eigenen Inselbetrieb, um die kritischen Verbraucher zu versorgen.

Wann kann ein Solarsystem bei einem Stromausfall funktionieren?

Eine Solaranlage funktioniert während eines Stromausfalls nur dann, wenn sie über technologische Komponenten verfügt, die auch ohne Netzanschluss einen stabilen Wechselstrom liefern können. Da die Wechselrichter herkömmlicher, netzgekoppelter Anlagen nur dann starten, wenn sie die Spannung des Versorgungsnetzes erkennen, können sie nicht eigenständig funktionieren. Daher ist eine Lösung erforderlich, die die Rolle des Netzes übernehmen kann. In der Praxis wird dies in der Regel durch einen Hybrid-Wechselrichter und einen Batteriespeicher gewährleistet .

Bei einem Stromausfall wird der Haushalt dann mit Energie versorgt, wenn das System in der Lage ist, selbstständig eine künstliche Netzreferenz zu erzeugen, d. h. in den Backup- oder Inselbetrieb zu wechseln.

Die Rolle des Hybrid-Wechselrichters bei Stromausfällen

Der Hybrid-Wechselrichter ist das entscheidende Gerät, das es ermöglicht, dass eine Solaranlage auch bei einem Stromausfall weiter funktioniert. Der Hybrid-Wechselrichter erkennt den Netzausfall, trennt das System automatisch vom Netz des Versorgers und schaltet in den Inselbetrieb, damit es sicher weiterarbeiten kann. In diesem Fall stützt er sich auf die Batterie und die aktuelle Produktion der Solarmodule.

Funktionsweise:

1. Erkennt einen Netzausfall – schaltet sofort die Rückspeisung ab.
   
   
2. Wechselt in den Backup-Modus – versorgt den Haushalt mit Strom (z. B. Kühlschrank, Beleuchtung, Router, Toröffner).
   

Der Vorteil besteht darin, dass auch bei einem Stromausfall die Grundversorgung mit Energie sichergestellt ist und verhindert wird, dass das Haus auch bei einem längeren Ausfall vollständig dunkel wird.

Was passiert, wenn die Solarzellen während eines Stromausfalls Strom erzeugen?

Bei einem Stromausfall können die Solarmodule selbst keine Energie liefern, selbst wenn die Sonneneinstrahlung reichlich ist. Wenn das System jedoch über einen Hybrid-Wechselrichter und einen Akku mit ausreichender Kapazität verfügt, kann die Produktion fortgesetzt werden. In diesem Fall wird die vom Solarmodul erzeugte Energie zunächst für den Betrieb der Verbraucherkreise verwendet, dann wird die Batterie geladen und anschließend – sofern die Umstände dies zulassen – die verbleibende Kapazität für die zusätzliche Versorgung der Verbraucher genutzt. Eine Rückspeisung in das Netz des Energieversorgers ist auch in diesem Fall nicht möglich, da das System isoliert betrieben wird.

Wie sichert der Inselbetrieb (Backup-Modus) die Stromversorgung in Notfällen?

Der Kern des Inselbetriebs besteht darin, dass der Hybrid-Wechselrichter zwischen der Netzspeisung und dem internen Verbrauchernetz des Hauses eingebaut wird. Bei einem Stromausfall unterbricht das in den Wechselrichter integrierte Trennrelais die Verbindung zum externen Versorgungsnetz, während die Energieversorgung des Haushalts weiterhin gewährleistet ist.

Der Inselbetrieb kann so lange aufrechterhalten werden, wie die Batterie über Reserven verfügt und die Solarzellen Strom erzeugen können. Wenn der Energiespeicher vollständig entladen ist und keine Sonneneinstrahlung vorhanden ist, wird der Backup-Modus beendet und das System schaltet sich ab, als ob keine Solarzellen im Haushalt vorhanden wären. Die Einrichtung des Inselbetriebs unterliegt strengen elektrischen Sicherheitsvorschriften, darunter die obligatorische Verwendung geeigneter Trennrelais und Anti-Islanding-Schutzvorrichtungen, um den Notbetrieb unter allen Umständen sicher zu gewährleisten.

SOLARKIT Tipps und Empfehlungen für eine kontinuierliche Stromversorgung

Moderne Solaranlagen werden immer weiterentwickelt, und heute muss man sich keineswegs damit abfinden, dass das Haus bei einem Stromausfall in völliger Dunkelheit versinkt. Nach den Erfahrungen von SOLARKIT gibt es zahlreiche Lösungen, mit denen Sie sich im Voraus vorbereiten können, sodass auch bei einem Stromausfall zumindest die Grundfunktionen gewährleistet sind. Der erste und wichtigste Schritt bei der Konzeption des Systems ist, sich darüber im Klaren zu sein, dass ein herkömmlicher On-Grid-Wechselrichter während eines Stromausfallsnicht funktioniert. Daher lohnt es sich, bereits bei der Planung den Einsatz eines Hybrid-Wechselrichters in Betracht zu ziehen.

Die an Hybrid-Wechselrichter anschließbare Batteriespeicherung ermöglicht es, dass kritische Verbraucher – wie Kühlschrank, Beleuchtung, Internet und sogar das elektrische Tor – weiter funktionieren. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Backup-Leistung und die Betriebszeit von der Kapazität der Batterie abhängen: Je größer der Speicher, desto länger kann die Energieversorgung während eines Stromausfalls gewährleistet werden. 

Für die langfristige Zuverlässigkeit des Systems ist die Optimierung des Energieverbrauchs von entscheidender Bedeutung. Nach den Erfahrungen von SOLARKIT bieten Hybridsysteme nicht nur bei Stromausfällen Vorteile, sondern spielen auch bei der täglichen Energieoptimierung eine Rolle, da sie den Netzverbrauch senken können.

FAQ

1. Funktioniert die Solaranlage bei einem Stromausfall?

Im Normalfall nicht. Ein herkömmlicher, netzgekoppelter Wechselrichter schaltet das System bei einem Stromausfall sofort ab, sodass die Solarmodule keine Energie liefern können. Nur mit einem Hybrid-Wechselrichter und einer Batterie kann das System während eines Stromausfalls weiterarbeiten.

2. Warum produziert die Solaranlage bei Sonnenschein keinen Strom während eines Stromausfalls?

Aus Sicherheitsgründen: Der Wechselrichter darf bei instabiler Spannung keine Energie in das Netz zurückspeisen, da dies eine Gefahr für die im Netz arbeitenden Fachleute darstellen würde. Hierfür sorgt die sogenannte Anti-Islanding-Schutzfunktion.

3. Wie viele Verbraucher kann ein Hybrid-Wechselrichter während eines Stromausfalls versorgen?

Das hängt von der Kapazität der Batterie und der Backup-Leistung des Wechselrichters ab. In der Regel können kritische Verbraucher (Kühlschrank, Internet, Beleuchtung, elektrisches Tor) und auch leistungsstarke Geräte betrieben werden.

4. Was passiert, wenn der Stromausfall länger dauert?

Wenn die Batterie leer ist und nicht genügend Sonnenschein zum Aufladen vorhanden ist, fällt das System aus. Der Backup-Betrieb funktioniert nur so lange, wie Energie verfügbar ist.

5. Wie kann sichergestellt werden, dass das Haus auch während eines Stromausfalls mit Strom versorgt wird?

Dazu sind ein Hybrid-Wechselrichter + Akkuspeicher sowie eine geeignete Elektroinstallation erforderlich, da in diesem Fall der Wechselrichter anders angeschlossen wird. Die richtige Dimensionierung – Akkukapazität, Wechselrichterleistung – ist eine Grundvoraussetzung für einen zuverlässigen Betrieb.