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Technische Fallstricke bei Installation und Betrieb von Photovoltaik und E-Auto-Ladestationen im Privathaus Thomas Sandner Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger der Handwerkskammer Münster für das Handwerk Elektrotechniker Teilgebiet: Elektroinstallationen Schwerpunkt: Photovoltaikanlagen

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Technische Fallstricke bei Installation und

Betrieb von Photovoltaik und

E-Auto-Ladestationen im Privathaus

Thomas Sandner

Öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger

der Handwerkskammer Münster für das Handwerk Elektrotechniker

Teilgebiet: Elektroinstallationen

Schwerpunkt: Photovoltaikanlagen

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Was ist zu beachten?

Phase Erforderliche Maßnahme PV-Anlage Batterie-speicher

WallboxP

lan

un

g Anforderungen aus dem EEG berücksichtigen

� �

Bedarf ermitteln � � �

Inst

alla

tio

n

Baurechtliche Anforderungen beachten � (�) (�)

Installation durch Elektrofachkraft � � �

Herstellervorgaben beachten � � �

Elektrische Anlage „updaten“ � � �

Meldung bei der BNA (MaStRV) � �

Bet

rie

b

Regelmäßige Wartung � � �

Versicherungen anpassen � (�) (�)

Zukünftige Auflagen beachten � � �

Steuerrecht beachten � � (��)

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Eigenversorgung → Abgabe/Umlage auf den Eigenverbrauch

Eigenvorsorgung bei:

• Personenidentität

• Keine Durchleitung durch ein Netz

• Verbrauch im „unmittelbaren räumlichen Zusammenhang“mit dem Generator

• Zeitgleichheit

Aktuelle Rahmenbedingungen - EEG

Nennleistung der PV-Anlage [kWp] in Privathäusern daher meist < 10 kWp

Anmerkung:Nach EU-Beschluss aus Juni 2018 soll PV-Eigenverbrauch bis 30 kWp nicht mehr diskriminiert werden!Umsetzung wann?

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Batteriegestützte Systeme mit EV im EEG

� Personenidentität Betreiber PV- und Batterie-Anlage

Quelle Grafik: „Leitfaden zur Eigenversorung“ der Bundesnetzagentur

Personenidentität:Was gilt in einem Mehrgenerationen-haus?

Zeitgleichheit:Wie wird das Laden eines E-Autos behandelt?

Ladesäule/Auto?

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Leistungsbegrenzung durch EEG

Technische Vorgaben zur Leistungsregelung §9 EEG:

Technische Einrichtung mit der der Netzbetreiber jederzeit…

die Einspeiseleistung bei Netzüberlastung ferngesteuert reduzieren kann

bei PV-Anlagen mit einer installierten Leistung ≤30 kW:

auch alternativ am Netz-Verknüpfungspunkt die Wirkleistungs-einspeisung auf max. 70 % der installierten Leistung begrenzen

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~

WechselrichterPV Generator

Leistung: P Nenn Elektrisches Netz70 % PNenn

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Leistung und EnergieElektrische Leistung P:

• wird in der Einheit Watt [W] bzw. Kilowatt [kW] angegeben;

• ist das Produkt aus Spannung [U] und Strom [I], d.h. P[W] = U[V] x I[A];

• stellt einen Momentanwert dar.

• In der Photovoltaik wird die Nenn-leistung in Wattpeak[Wp] angegeben, d.h. unter STC (Standard-Test-Bedin-gungen – 1.000 W/m², 25°C, AM 1,5).

Elektrische Energie W (Arbeit):

• wird in der Einheit Watt/s [W/s] bzw. Kilowattstunden [kWh] angegeben;

• ist das Produkt aus Leitung [P] und Zeit [t], d.h. W[Ws] = P[W] x t[s];

• stellt einen Summenwert über eine bestimme Zeit dar.

Analog: Geschwindigkeit

Gefahrene Kilometer

In einem elektrischen System muss die erforderliche Leistung im gleichen Augenblick zur Verfügung stehen, d.h. bei elektrische Netzen muss die Erzeugung und der Verbrauch zu jeder Zeit gleich sein!

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Photovoltaik und Baurecht

� Photovoltaikanlagen in der Regel verfahrensfrei

� Alle technische Regeln müssen trotzdem eingehalten werden

– Standsicherheit

– Brandschutz

– Abstandsflächen

� Anforderungen an „Bauprodukte“ und „Bauarten“ sind durch die Landesbauordnungen definiert

− Bauprodukt � Baustoff oder Bauteil, welches in bauliche Anlagen

dauerhaft eingebaut wird (geregelt / nicht geregelt / sonstige)

− Bauart � Zusammenführung von Bauprodukten zu baulichen

Anlagen oder Teilen davon.

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Begriffserklärungen Befestigungssysteme

� PV-Module und deren Befestigungskonstruktionen sind i. d. Regel

• abZ … allgemeine bauaufsichtliche Zulassung

• abP … allgemeines bauaufsichtliches Prüfzeugnis

• ZiE … Zustimmung im Einzelfall

• Statik / Typenstatik / Musterstatik

� Einige Bauteile des Montagesystems müssen eine abZ haben!

� (alles was nicht „genormt“ ist, z.B. Dachhaken, Modulklammern)

abZ

abP

ZiE

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Normative Vorgabe PV-Anlagen

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Leitungsverlegung DC-Seite

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Leitungsverlegung DC-Seite

Das geht z.B. nicht!

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Feuerwehr: Kennzeichnung und Hinweise

Aufkleber UV / Zählerschrank

LageplanPV-Anlage

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Gefahrenquelle - DC-Steckverbinder

Unzureichende Verarbeitung bei der Crimpung der Steckverbinder

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� Installationsfehler

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• Fachgerechte Konfektionierung (Kontakte, Hülle)

Gefahrenquelle - DC-Steckverbinder

• Kompatibilität der Steckverbinder sicherstellen (gleiches Fabrikat u. Typ )

• Umgebungsbedingungen bei der Verarbeitung beachten

• „Richtiges“ Zusammenstecken (Einrasten)

• „Feste“ und geschützte Position (auch gegen Nässe:

dauerhaOe FeuchPgkeit → verminderter IP-Schutz)

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Prüfungen und Dokumentation� Inbetriebnahme und wiederkehrende Prüfungen entsprechend DGUV Vorschrift 3

„Elektrische Anlagen und Betriebsmittel“

� Inbetriebnahmeprotokoll für alle AC-Installation nach DIN VDE 0100-610: 2017 „Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil: Prüfungen“

� Inbetriebsetzungsprotokoll für den Wechselrichter nach VDE-AR-N 4105: 2011 „Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz“

� Notwendiger Umfang und Form von Dokumenten und Prüfungen bei PV-Anlagen entsprechend DIN EN 62446-1: 2016

„ Photovoltaik (PV) Systeme – Anforderungen an Prüfung, Dokumentation und Instandhaltung –Teil 1: Netzgekoppelte Systeme – Dokumentation, Inbetriebnahmeprüfung und Prüfanforderungen“

� Während des Anlagebetriebs bzw. zur Instandhaltung DIN EN 62446-2: 2017 (Entwurf)

„ Photovoltaik (PV) Systeme – Anforderungen an Prüfung, Dokumentation und Instandhaltung –Teil 2: Netzgekoppelte Systeme – Instandhaltung von PV-Systemen

� Inbetriebnahme, Dokumentation und Betrieb stationärer elektrischer Energiespeicher nach VDE-AR-E 2510-2: 2015

(Sicherheitsanforderungen Lithium-Batterien speziell in der VDE-AR-E 2510-50: 2017)

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Normative Vorgabe Speichersysteme

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Sicherheit bei Li-Ion Speichersystemen

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� Fach- und qualitätsgerechte Montage und Elektroinstallation durch qualifiziertes Personal.

� Einsatz von Li-Batteriespeichersystemen, die den „Sicherheitsleit-faden Li-Ionen Hausspeicher bzw. VDE-AR-E 2510-50 erfüllen

� Herstellerangaben zur Montage, Installation, Umgebungsbeding-ungen, Betrieb und Wartung unbedingt beachten

� Aufstellort des Speichersystems nicht im Bereich der Fluchtwege und möglichst nicht im Wohnbereich (geeignete Keller- oder Hauswirtschaftsräume)

� Am Aufstellort sollten keine Brennstoffe bzw. leichtentzündliche Materialien oder hohe Brandlasten gelagert werden. Er sollte frei von Stäuben, korrosiven und explosiven Materialien oder Gasen sein.

� Es sollte eine Lüftungsmöglichkeit vorhanden sein

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Sicherheit bei Li-Ion Speichersystemen

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� Sicherstellung ausreichender Zugänglichkeit zu Wartungszwecken

� Sicherstellung einer ausreichenden Tragfähigkeit des Untergrundes

� Untergrund muss vibrationsfrei, eben und aus flammenhemmendem Material sein (z.B. Beton, Estrich, Fliesen – kein Holz!)

� Ggf. zusätzliche Wandbefestigung des Speichers (Kippsicherung)

� Vermeidung von hohen Luftfeuchtigkeiten im Betriebsraum. Ausschluss von relativer Luftfeuchtigkeit über einem bestimmten Grenzwert (z.B. nicht > 80 %)

� Schutz vor Wassereinbruch/Überschwemmungen bei Keller und Tieflagen (z.B. hochwassergefährdeten Bereichen)

� Ist mit Kleinnagetieren zu rechnen (z.B. Aufstellung in einem Außenschuppen) ist entsprechender Kabelschutz vorzusehen.

� Umgebungstemperaturbedingungen nach Herstellerangaben beachten

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Sicherheit bei Li-Ion Speichersystemen

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� Möglichst gleichmäßige Temperaturen zwischen 10°C und 25°C am Aufstellungsort sorgen für ein gute Performance, Langlebigkeit und Betriebssicherheit des Speichersystems (Minustemperaturen und Temperaturen von weit über 25°C vermeiden!).

� Vermeidung zusätzlicher Wärme- oder Zündquellen

� Einhalten eines Freiraumes oberhalb und ggf. seitlich des Speichers für ausreichende Kühlluftzufuhr und Wärmeabfuhr

� Falls mechanische Lüfter: regelmäßige Kontorolle und Wartung

� Gemäß Sicherheitsleitfaden und VDE-AR-E 2510-50 geprüfte Geräte schalten bei Übertemperatur bzw. Minustemperatur ab bzw. reduzieren die Leistung

� Einsatz von Rauch- bzw. Übertemperatur-Melder (visuelle und akusti-sche Signalisierung), wenn nicht schon im Speichersystem integriert

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Sicherheit bei Li-Ion Speichersystemen

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� Einweisung des Betreibers bei Signalisierung durch Rauch- bzw. Übertemperaturmelder (rechtzeitiger Flucht aus dem Gefahrenbereich und Feuerwehr/Installateur/Herstller unverzüglich informieren)

� Überspannungsschutz: Wechselrichter, Laderegler, BMS besitzen Feinschutz im Gerät; Installateur hat zu prüfen, ob Überspannungsableiter Typ 2 bzw. Typ 1 im Gebäude erforderlich und vorhanden ist

� Feuergeschützte Verlegung von nichtabschaltbaren DC-Leitungen entsprechend gültiger Landesbauordnung (mind. F30)

� Unterputzverlegung nach VDE 0100-520 oder

� Ummantelung mit Brandschutzverkleidungen oder

� Verlegung in Brandschutzkanälen und –schächten nach EN 1366 oder DIN 4102

� Brandabschnitte beachten und ggf. Brandschottungen

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Sicherheit bei Li-Ion Speichersystemen

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� Hinweisschild wenn Notstromversorgung mit Übersichtsplan für die Feuerwehr an der Hausanschlussstelle

� Regelmäßige Betriebsdatenkontrolle empfohlen

� Signalisation und Nachverfolgung von Störungsmeldung

� Information des Betreibers: ausgediente oder defekte Batterien durch Installateur bzw. Hersteller abholen lassen (Batteriegesetz)

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Normative Vorgabe Ladeeinrichtungen

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Installation Wallbox bzw. Ladesäule

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� Einsatzort bzw. IP-Schutzart beachten (IP44: innen oder wettergeschützt)

� Nicht in Bereichen mit leicht entflammbaren Soffen oder EX-Gefahr

� Separate Leitung vom Zählerschrank mit ausreichendem Querschnitt und entsprechender Absicherung erforderlich

� Anforderungen in Bezug auf den Fehlerstromschutzschalter beachten!

Ladestation mit einer Steckdose oder Fahrzeugkupplung nach der Normenreihe IEC 62196 bzw. DIN EN 62196 (also Typ1- bzw. Typ2-Steckvorrichtung):

• Einphasig + e-Auto: keine gla]en Gleichfehlerströme → Typ A

• Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) Typ B

oder

• Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) Typ A in Verbindung mit einer geeigneten Einrichtung zur Abschaltung der Versorgung im Fall von Gleichfehlerströmen > 6 mA.

� Wallbox sollte so installiert sein, dass das Ladekabel reicht (Steckdose E-Auto) und keine Stolperfalle darstellt

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FI-Schalter beim Anschluss einer Wallbox

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Typ A:wechsel- und pulsstromsensitivÜblicher Standard in den meisten Haushalten

Typ B:allstromsensitiv

Neu: Typ A EV:

Quelle Grafik: E3/DC GmbH

Quelle Grafik: Doepke Schaltgeräte GmbH

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Unterschiedliche Spannungen

t

+U

-U T

AC-Seite - Wechselspannung: typische Spannung in unseren Gebäuden bzw. im Netz

� Spannungshöhe: � 230 V (Phase-Nullleiter) bzw. � 400 V (Phase-Phase)

� Frequenz: 50 Hz

� „Nulldurchgang“ erleichtert Schalthandlungen

DC-Seite – Gleichspannung: Spannungsform in gesamten PV-Generator-bereich und bei den Batterien inkl. e-Auto

� Spannungshöhe: � bis zu 1.000 V (max. zulässige

Systemspannung)� typisch: 600 V (UMPP bei 20

Standard-PV-Modulen in Reihe)

� Kein „Nulldurchgang“ vorhanden ⇒ besondere Maßnahmen bei

Schalthandlungen

U1: Gleichspannung mit konstanter Höhe

u2 : veränderliche Gleichspannung

u3: Gleichspannungs-impuls

U

t

U: sinusförmige Wechselspannung

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Voraussetzungen ElektroinstallationBei einer wesentlichen Veränderung oder Erweiterung der bestehenden Elektroinstallation besteht eine Nachrüstpflicht, d.h. sie muss auf den aktuellen Stand der Technik gebracht werden.

Zählerschrank/Unterverteilung:VDE AR-N 4101: Sept. 2015

11

00

m

m

Überspannungsschutz:DIN VDE 0100-443: Okt. 2016

… • Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende• Messstellenbetriebsgesetz ….

Es können weitere Kosten hinzukommen!

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Checkliste Wartung PV-Anlagen

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Photovoltaik (mit Speicher) im Privathaus

Leistung: 1000 W/m²

42 m² ⇒⇒⇒⇒ 7 kWp

18 m² ⇒⇒⇒⇒ 3 kWp

• DC-Nennleistung: 10 kWp

• AC-Leistung: max. 9 kW

• Mittlerer Energieertrag pro Jahr: ca. 9.500 kWh

• Energiebedarf Haus: ca. 4.000 kWh/aThomas Sandner: Technische Fallstricke bei Installation u. Betrieb von Photovoltaik und E-Auto-Ladestationen im Privathaus

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Leistung bei PV-Anlagen im Privathaus

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Die Leistung der PV-Anlage [kWp]wird bestimmt durch:

� Budget für die Anschaffung.

� Gesetzliche Vorgaben bzw. deren Einflüsse.

� Technologie bzw. Stand der kommerziell verfügbaren Technik.

� Zur Verfügung stehende (geeignete) Dachfläche:

• Standort,

• Ausrichtung,

• Verschattungen.

� Was soll mit der PV-Anlage betrieben bzw. versorgt werden?

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Standard PV-Module

60 Solarzellen 6“, typische Leistung heute: 270 Wp (polykristallin Standard)290 Wp (polykristallin PERC)320 Wp (monokristallin PERC)

Stand 2004: Leistung 220 Wp, d.h. 22 % bzw. 32 % Leistungssteigerung.

Modulpreise sind in diesem Zeitraum um den Faktor 10 gesunken.

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Flächenbedarf PV-ModuleAktuelle Leistungen bei Standard PV-Modulen: Hochleistungs-PV-Modul:

poly: bis 290 Wp mono: bis 320 Wp LG NeON©R: bis 370 Wp

16

40

-1

70

0 m

m

ca. 1.000 mm 1 kWp Leistung benötigt 6 – 4,6 m² Fläche

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Photovoltaik und Batterietechnik

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Photovoltaik auf Basis von kristallinen Solarzellen und Batterien (Akkumulatoren) auf Basis von Lithium Ionen (Li-Ion) Technik haben viele Gemeinsamkeiten:

Basieren auf Gleichstrom (DC): Solarzellen generieren elektrische Energie aus solarer Strahlungsenergie – Batterien ermöglichen elektrische Energie in Form von chemischer Energie zu speichern und als elektrische Energie zeitversetzt zu entnehmen.

Skalierbar: Von kleinen Leistungen und Spannungen einzelner Zellen bis hin zu sehr großen Systemen mit entsprechend hohen Spannungen und Leistungen durch Reihen- und Parallelschaltung.

Dezentral einsetzbar: Auch im Privathaus zu betreiben.

Kostendegression bei Massenfertigung: Preis- bzw. Kostensenkung bei PV-Modulen innerhalb der letzten 10 Jahre um den Faktor 10 – bei Li-Ion Batterien deuten sich noch schnellere Preis- und Kostensenkungen an.

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Photovoltaik und Batterietechnik

Thomas Sandner: Technische Fallstricke bei Installation u. Betrieb von Photovoltaik und E-Auto-Ladestationen im Privathaus

Ähnliche Technologien:

Basis ist eine ZelleSolarzelle: Batteriezelle:

ca. 156 mm

Spannung: ca. 0,5 VLeistung: ca. 5 W

Spannung: ca. 3,6/3,7 VKapazität: 2200mAh

18650-Zelle: 18 mm ∅, 65 mm lang

Systeme in PrivathäusernPV-Anlagen: Batteriespeicher:

Leistung: 1 – 10 kWp (max. 1.000 V DC) Kapazität: 3 – 14 kWh (Hochvolt: 120 – 500 V)

13

74

mm

11,5 kWh(460 V)

4,6 kW

1,28 kWh(51,2 V)

4,8 kWh

max. 1,6 kW

9,6 kWh

max. 3,2 kW

Batterie:6 kW

PV:10 kW

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Zukünftige technologische Entwicklungen

� Weltweite technologische Entwicklungen und Massenfertigung

� Digitalisierung, d.h. Vernetzung von Systeme (Energiemanagement)

… vom Konsumerzum Prosumer

Quelle Grafik: Kostal Solar Electric GmbH

… was kommt an Regelungen auf uns zu?

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Lastgangkurve und PV-Generation am Beispiel Privathaus (EFH):

© Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme, 8. Auflage, S. 249, Hanser Verlag, München, 2013

Eigenverbrauchssysteme

Zunehmend werden bei PV-Systemen in Privathäusern Batterien eingesetzt, um den tageszeitlichen Verlauf von Erzeugung und Verbrauch im Hausnetz anzupassen

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Ausrichtung PV-Module/Energieertrag

• Modulausrichtung und prinzipieller Energieertrag über den Tag

Quelle Grafik: SMA Solar AG

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PV-Erträge: monatliche Betrachtung

0

20

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100

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Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember

Soll

Ist 2014

Ist 2015

Ist 2016

Ist 2017

Ist 2018

(ab August)

Spez. Ertrag[kWh/kWp]

Urlaub 2018: 1. Ferienhälfte NRW (14.07 – 04.08) ⇒⇒⇒⇒ 95 kWh, d.h. ca. 10 % vom Jahresertrag

Aufteilung des Ertrages: ca. 75 % im Sommerhalbjahr (April bis September)

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PV-Erträge pro Tag: Oktober 2017

kWh/kWp

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5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

spez. Ertrag: 54 kWh ⇒⇒⇒⇒ ca. 5,7 %

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

PV-Erträge pro Tag: November 2017

kWh/kWp

spez. Ertrag: 24 kWh ⇒⇒⇒⇒ ca. 2,5 %

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PV-Erträge pro Tag: Dezember 2017

kWh/kWp

spez. Ertrag: 9 kWh ⇒⇒⇒⇒ ca. 1 %

Thomas Sandner: Technische Fallstricke bei Installation u. Betrieb von Photovoltaik und E-Auto-Ladestationen im Privathaus

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PV-Erträge pro Tag: Januar 2018

kWh/kWp

spez. Ertrag: 19 kWh ⇒⇒⇒⇒ ca. 2 %

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PV-Erträge pro Tag: Februar 2018

kWh/kWp

spez. Ertrag: 62 kWh ⇒⇒⇒⇒ ca. 6,7 %

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PV-Ertrag im Tagesverlauf (Min-Max)

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10.12.2017

25.12.2017

01.03.2018

12.03.2018

01.07.2018

Leistung [kW]

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PV-Generation 1. Juli 2018 (Sonntag): 74 kWh – perfekter Sommertag

Leistungsbegrenzung

aufgrund Vorgabe EEG:

max. 70 % PVnenn [kWp]

Netzeinspeisung

4,65 kWh

Leistung [kW]

PV-Ertrag am 1. Juli 2018

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PV-Ertrag am 1. Juli 2018

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(18,69 kWh)

Leistungsbegrenzung

bei kfw-Speicherförderung:

max. 60 % PVnenn [kWp]

(aktuell: max. 50 %)

(10,97 kWh)

Batterieladung

Leistung [kW]

PV-Generation 1. Juli 2018 (Sonntag): 74 kWh – perfekter Sommertag

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Ladung Elektroauto > 6 kW

10:20 – 17:20 Uhr: 6 kW

⇒⇒⇒⇒ 7 h x 6 kW = 42 kWh

PV-Ertrag am 1. Juli 2018

Leistung [kW]

PV-Generation 1. Juli 2018 (Sonntag): 74 kWh – perfekter Sommertag

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01.07.2018

26.08.2017

5 h 35 min: 33,5 kWh

Laden e-Auto: 6 kW

Leistung [kW]

2,6 kWh

Konsequenz:Batterie-

entladung

PV-Ertrag am 1.07 versus 26.08.2018

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WRWR1WR2

Eigenversorgungssysteme

• Technische Ausführung:

AC-basiertes System DC-gekoppeltes System

Max. Leistung: WR1 + WR2 Max. Leistung: WR

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Einphasige Eigenversorgungs-Systeme

PV-Wechselrichter1-phasig (PAC ≤ 4,6 kW)

Batteriemanager1-phasig (PAC ≤ 4,6 kW)

Dreiphasen-sensor

Netz für die allgemeine Versorgung

Energie-manager

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Bedarf Stadtfahrzeug

• Beispiel: Renault Twizy

• (8,5/12,6 kW Variante – max. 80 km/h):

• Stromverbrauch gewichtet: 6,3 kWh/100 km

• Reichweite (innerstädtischer Zyklus ECE-15): 90 km

• Batterie-Nennkapazität: 6,1 kWh

• Ladekabel: 230 V (AC) / 1-phasig / 10 A ⇒⇒⇒⇒ 2,3 kW (übliche Schukosteckdose)

• Ladezeit Vollzyklus: ca. 3 Stunden

Thomas Sandner: Technische Fallstricke bei Installation u. Betrieb von Photovoltaik und E-Auto-Ladestationen im Privathaus

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Bedarf Kleinwagen

Beispiel: BMW i3 (94 Ah):

Stromverbrauch gewichtet: 13,1 kWh/100 km

• Reichweite (NEFZ): 300 km (Alltagsreichweite: bis zu 200 km)

• Batterie-Nennkapazität: 33,2 kWh (Netto Batterieinhalt)

• Ladekabel: Typ 2 (AC) / 3-phasig / 16 A ⇒⇒⇒⇒ 11 kW(erfordert Wallbox)

• Ladezeit Vollzyklus : ca. 3 Stunden

• CCS (DC Combo 2): bis zu 50 kW (0,5 – 0,7 Stunden)

Thomas Sandner: Technische Fallstricke bei Installation u. Betrieb von Photovoltaik und E-Auto-Ladestationen im Privathaus

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Bedarf Kleinwagen

Beispiel: Nissan Leaf (neu):

Stromverbrauch kombiniert: 14 kWh/100 km

• Reichweite (WLTP): 415 km (Alltagsreichweite: bis zu 285 km)

• Batterie-Nennkapazität: 40 kWh (Netto Batterieinhalt)

• Ladekabel: Typ 2 (AC) / 3-phasig / 32 A ⇒⇒⇒⇒ 22 kW (erfordert Ladestation)

• Ladezeit Vollzyklus : ca. 3 Stunden

• CHAdeMO (DC): bis zu 50 kW (ca. 1 Stunde von 20 auf 80 %)

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Bedarf Oberklasse

Beispiel: Tesla Model S 100D:

Stromverbrauch kombiniert: 18,9 kWh/100 km

• Reichweite (NEFZ): 632 km (Alltagsreichweite: bis zu 450 km)

• Batterie-Nennkapazität: 100 kWh

• Ladekabel: CEE (AC) / 3-phasig / 16 A ⇒⇒⇒⇒ 11 kW

• Ladezeit Vollzyklus : ca. 9 Stunden

• Supercharger (Typ 2 DC): bis zu 110 kW(ca. 1 Stunde von 20 auf 80 %)

Thomas Sandner: Technische Fallstricke bei Installation u. Betrieb von Photovoltaik und E-Auto-Ladestationen im Privathaus

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Ladeoptionen e-Auto (Bsp.: Tesla)

CEE-Steckerbis 11 kW

Schuko-Steckerbis 3,6 kW

Priv. Wallboxbis 22 kW Öffentl.Ladesäule

bis 22 kW

AC-Spannung Ladeeinrichtung

Leistung bis 22 kW

DC-Spannung LadeeinrichtungLeistung bis 110 kW

Kabel mit Typ 2-Stecker

Kabel mit Typ 2-Stecker

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Thomas Sandner: Technische Fallstricke bei Installation u. Betrieb von Photovoltaik und E-Auto-Ladestationen im Privathaus

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Laden von E-Autos: Besonderheiten

Thomas Sandner: Technische Fallstricke bei Installation u. Betrieb von Photovoltaik und E-Auto-Ladestationen im Privathaus

� Die Lademöglichkeiten sind (bisher) abhängig vom Fahrzeug.

� Zum Laden ist prinzipiell eine minimale Leistung erforderlich.

� Für Ladeleistungen > 3,6 kW (Schukostecker) werden i.d.R. spezielle Ladeeinrichtungen benötigt (Wallbox, Ladesäule).

� Max. Ladeleistung ist bei AC-Ladung begrenzt (z.B. 11 kW oder 22 kW).

� Die Ladeeinrichtung am Fahrzeug ermöglicht keine Begrenzung, Steuerung oder Regelung der Ladeleistung.

� Es gibt keine universell passende Ladeeinrichtung, d.h. unabhängig vom Fahrzeug.

� Schnelles Laden erfordert immer eine entsprechend hohe Leistung der Ladeeinrichtung.

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Ladung von E-Autos im Privathaushalt

Thomas Sandner: Technische Fallstricke bei Installation u. Betrieb von Photovoltaik und E-Auto-Ladestationen im Privathaus

Die Ladeeinrichtung stellt neue Herausforderungen dar:

� Übliche Leistungsaufnahme eines Haushaltes wird bei schnellerer Ladung deutlich überschritten (1-6 kW ↔ 22 kW).

Wenn keine elektrischen Durchlauferhitzer vorhanden sind, gibt es im Haushalt praktisch kein Gerät mit einer Leistungsaufnahme von >3,6 kW (max. 16 A Sicherung). Meist liegt diese sogar unter 2 kW (Herdplatte, Backofen, Wachmaschine, Haartrockner).

� Hohe Leistung über einen längeren Zeitraum benötigt.

Selbst Durchlauferhitzer sind i.d.R. nur relativ kurzzeitig in Betrieb (22 kW → 1 kWh bei ca. 3 min Betrieb).

� Die Ladung wird meist in den Abend- oder Nachstunden erfolgen (Fahrzeug zur Anreise Arbeitsstätte).Die Aufladung sollte über Nacht erfolgen und die Leistung dem Bedarf angepasst werden (geplante Fahrstrecke in km x Verbrauch in kWh/km / mögliche Ladezeit).

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Fazit: Ladung E-Auto mit Solarstrom

Thomas Sandner: Technische Fallstricke bei Installation u. Betrieb von Photovoltaik und E-Auto-Ladestationen im Privathaus

Aufgrund der technischen Rahmenbedingungen sind dem möglichst ausschließlich mit Solarstrom aufgeladenen E-Auto im Privathaushalt Grenzen gesetzt.

� Leistung der PV-Anlage bzw. dessen Wechselrichter begrenzt die maximale Ladeleistung.

� Ladeschwelle begrenzt die Lademöglichkeit in Zeiten mit geringer Solarstrahlung.

� Stationäre Batterie ist bzgl. dauerhaft entnehmbarer Leistung begrenzt.

� E-Auto ist oft tagsüber „nicht im Haus“

� Sind Regeleinrichtungen zur Ladung mit ausschließlich „überschüssigem“ Solarstrom sinnvoll?