Balkonkraftwerk optimieren – Neue Module und 220V Batteriespeicher für maximale Effizienz

In diesem Blogeintrag beschreibe ich, wie ich mein Balkonkraftwerk optimiert habe, um den Eigenverbrauch zu maximieren und die Abhängigkeit vom Netzstrom zu reduzieren. Ich habe neue Module installiert, die Ausrichtung verbessert und werde einen Batteriespeicher integrieren, welcher bidirektes AC-Laden unterstützt.

Ich gehe detailliert auf die Einrichtung der EasyPower App und die Integration des neuen APSystems EZ1 Wechselrichters in meinen Home Assistant zur Überwachung ein, sowie die erzielten Ergebnisse und zukünftigen Pläne zur weiteren Effizienzsteigerung.

Ziel ist es, die Effizienz meines Systems zu maximieren und den erzeugten Solarstrom optimal zu nutzen.

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Aufbau und Funktion eines Balkonkraftwerks

Ein Balkonkraftwerk besteht in der Regel aus mehreren PV-Modulen, die Sonnenlicht in Gleichstrom umwandeln. Dieser Gleichstrom wird durch einen Wechselrichter in 220V Wechselstrom umgewandelt, der direkt im Haushalt genutzt werden kann.

In meinem Setup nutze ich zwei PV-Module, die jeweils mit einem eigenen Mikrowechselrichter ausgestattet sind und eine maximale Ausgangsleistung von 300W haben.

 

Die Installation ist relativ einfach: Die PV-Module werden auf dem Balkon oder der Terrasse montiert und optimal zur Sonne ausgerichtet. Der Wechselrichter wird über ein einfaches Schukokabel mit der Steckdose verbunden, wodurch der erzeugte Strom in das Hausnetz eingespeist wird.

Strom, der aktuell nicht verbraucht wird, wird ins Netz eingespeist. Wichtig zu beachten ist, dass diese Einspeisung nicht vergütet wird. Daher macht es Sinn, möglichst viel des erzeugten Stroms selbst zu verbrauchen, um die eigenen Energiekosten zu senken.

 

Ein weiteres Thema ist die Rücklaufsperre bei den Stromzählern. Moderne Stromzähler verhindern, dass sich der Zähler rückwärts dreht, wenn Strom ins Netz eingespeist wird. Dadurch wird gewährleistet, dass der eingespeiste Strom nicht als negativer Verbrauch registriert wird.

Um die Effizienz zu steigern, kann überschüssiger Strom in einem Batteriespeicher zwischengespeichert und bei Bedarf wieder abgerufen werden. So lässt sich der Eigenverbrauch maximieren und die Stromkosten weiter reduzieren.

Für wen lohnt sich ein Balkonkraftwerk?

Ein Balkonkraftwerk eignet sich besonders für Mieter und Wohnungseigentümer, die keinen Zugang zu einer großen Dachfläche haben. Es bietet eine einfache Möglichkeit, einen Teil des eigenen Strombedarfs durch Solarenergie zu decken und so die Stromkosten zu senken.

Zudem trägt es zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes bei und unterstützt die Energiewende.

Grundverbrauch eines Hauses und einer Wohnung

Der Grundverbrauch eines durchschnittlichen Haushalts in Deutschland liegt bei etwa 2500 bis 3500 kWh pro Jahr, während eine Wohnung typischerweise einen Verbrauch von 1500 bis 2500 kWh aufweist.

Zu den Hauptverbrauchern zählen Haushaltsgeräte wie Kühlschrank, Waschmaschine, Geschirrspüler und Beleuchtung.

Übersicht zum durchschnittlichen täglichen Stromverbrauch:

• Kühlschrank: ca. 1 kWh/Tag
• Waschmaschine: ca. 0,5 kWh pro Waschgang (bei 4 Wäschen pro Woche etwa 0,3 kWh/Tag)
• Geschirrspüler: ca. 1,2 kWh pro Spülgang (bei täglicher Nutzung)
• 4-bay NAS: ca. 0,3 bis 0,5 kWh/Tag
• PoE Kamerasystem mit NVR und 4 Kameras: ca. 0,8 bis 1 kWh/Tag

 

In meinem Haushalt gibt es zusätzlich eine 450W Poolpumpe, eine Klimaanlage und weitere technische Geräte, die den Stromverbrauch erhöhen. Gerade im Sommer, wenn die Poolpumpe und die Klimaanlage häufig im Einsatz sind, steigt der Energiebedarf erheblich.

Durch die Erweiterung meines Balkonkraftwerks und die Integration eines Batteriespeichers möchte ich diesen zusätzlichen Verbrauch effizienter decken und meinen Eigenverbrauch maximieren.

 

Saldierende Zählweise und Phasen im Stromnetz

Ein weiterer wichtiger Aspekt beim Betrieb eines Balkonkraftwerks ist die saldierende Zählweise der Stromzähler. In einem typischen Haushalt wird der Strom auf mehrere Phasen verteilt. Das bedeutet, dass verschiedene Geräte auf unterschiedlichen Phasen betrieben werden können.

Nehmen wir an, dass das Balkonkraftwerk auf Phase 1 angeschlossen ist, während ein großer Verbraucher wie eine Waschmaschine auf Phase 2 läuft. In diesem Fall wird der vom Balkonkraftwerk erzeugte Strom nicht direkt für die Waschmaschine genutzt.

Dank der saldierenden Zählweise des Stromzählers wird jedoch der insgesamt erzeugte Strom über alle Phasen hinweg berücksichtigt. Das bedeutet, dass der überschüssige Strom von Phase 1 den Verbrauch auf Phase 2 ausgleichen kann.

Beispiel:

Das Balkonkraftwerk erzeugt 300W auf Phase 1, während die Waschmaschine 500W auf Phase 2 verbraucht. Der Zähler saldiert die beiden Werte, wodurch letztlich nur 200W aus dem Netz bezogen werden müssen.

Auf der Stromrechnung müssen nur die tatsächlichen 200W bezahlt werden.

 

Warum sich der erzeugte Solarstrom dennoch rechnet

Trotz der Phasenverteilung und der möglicherweise unterschiedlichen Nutzung im Haushalt rechnet sich der erzeugte Solarstrom. Durch die saldierende Zählweise wird der gesamte erzeugte Strom berücksichtigt und gegen den Verbrauch aufgerechnet.

Dies führt zu einer effektiven Reduktion der Stromkosten, da weniger Strom aus dem Netz bezogen werden muss.

Die Integration eines Batteriespeichers kann diesen Effekt noch verstärken, indem überschüssiger Strom gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt genutzt wird, wenn der Verbrauch höher ist oder die Sonneneinstrahlung nicht ausreicht.

Amortisationszeit eines Balkonkraftwerks

Ein Balkonkraftwerk mit 300W Ausgangsleistung kostet etwa 250 Euro. Nehmen wir an, dass das Balkonkraftwerk im Durchschnitt 4 Stunden pro Tag seine maximale Leistung erbringt. Dies ergibt eine tägliche Stromproduktion von 1,2 kWh (300W x 4h).

Auf das Jahr gerechnet (365 Tage) ergibt dies eine Gesamtproduktion von: 1,2 kWh/Tag x 365 Tage = 438 kWh/Jahr

Wenn der Strompreis bei 0,30 Euro pro kWh liegt, ergibt sich eine jährliche Einsparung von: 438 kWh x 0,30 Euro/kWh = 131,40 Euro/Jahr

Damit würde sich das Balkonkraftwerk nach etwa 1,9 Jahren amortisieren: 250 Euro / 131,40 Euro/Jahr ≈ 1,9 Jahre

 

Dabei ist zu beachten, dass die Erträge im Sommer aufgrund der längeren Sonnenscheindauer und höheren Sonneneinstrahlung deutlich höher ausfallen als im Winter.

Im Sommer kann das Balkonkraftwerk somit einen größeren Teil des täglichen Strombedarfs decken, während im Winter die Produktion geringer ausfällt. Trotzdem trägt die ganzjährige Nutzung zur Kostensenkung bei.

 

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Balkonkraftwerk und Eigenverbrauch optimieren

Um den Ertrag eines Balkonkraftwerks zu optimieren und zu erhöhen, gibt es mehrere grundlegende Maßnahmen, die sowohl die Effizienz der Anlage steigern als auch den Eigenverbrauch maximieren können.

Optimierung des Ertrags

 

Optimale Ausrichtung und Neigung:

Die PV-Module sollten optimal zur Sonne ausgerichtet und in einem passenden Neigungswinkel montiert werden, um die Sonneneinstrahlung bestmöglich zu nutzen. In Deutschland ist eine Ausrichtung nach Süden und ein Neigungswinkel von etwa 30 bis 35 Grad ideal.

Beispielsweise können verstellbare Halterungen verwendet werden, um die Module je nach Jahreszeit optimal auszurichten.

 

Verschattung vermeiden:

Jegliche Verschattung durch Bäume, Gebäude oder andere Hindernisse sollte vermieden werden, da Schatten die Leistung der Module erheblich reduzieren kann. Regelmäßiges Beschneiden von Bäumen und strategische Platzierung der Module helfen, diesen Effekt zu minimieren.

Ein Beispiel wäre, die Module auf einer freistehenden Konstruktion zu montieren, um sicherzustellen, dass sie den ganzen Tag über ungehindert Sonnenlicht erhalten.

 

Regelmäßige Reinigung:

Staub, Laub und andere Verschmutzungen können die Effizienz der PV-Module beeinträchtigen. Regelmäßige Reinigung der Module stellt sicher, dass diese stets die maximale Menge an Sonnenlicht einfangen können.

Ein einfaches Beispiel ist das regelmäßige Absprühen der Module mit einem Gartenschlauch, um Staub und Schmutz zu entfernen.

 

Hochwertige Komponenten verwenden:

Die Verwendung hochwertiger Wechselrichter und anderer Komponenten kann den Wirkungsgrad der Anlage erhöhen und die Langlebigkeit der gesamten Installation sicherstellen.

Ein Wechselrichter mit hohem Wirkungsgrad wandelt mehr Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom um, was die Gesamteffizienz erhöht.

Optimierung des Eigenverbrauchs

 

Lastmanagement:

Die Nutzung von Haushaltsgeräten wie Geschirrspüler, Poolpumpe und Klimaanlage sollte auf Zeiten hoher Solarstromproduktion abgestimmt werden. Dies kann durch programmierbare Timer oder Smart-Home-Systeme erreicht werden.

Zum Beispiel könnte der Geschirrspüler so programmiert werden, dass er automatisch einschaltet, wenn die Sonne am stärksten scheint.

Allerdings gibt es Grenzen im Lastmanagement: Eine Waschmaschine muss nach dem Waschen ausgeräumt werden. Wenn tagsüber niemand zu Hause ist, funktioniert dies nicht, weshalb Geräte wie der Geschirrspüler oder die Poolpumpe besser geeignet sind.

 

Energiespeicher integrieren:

Die Installation eines Batteriespeichersystems ermöglicht die Speicherung überschüssigen Stroms, der tagsüber produziert, aber nicht sofort verbraucht wird. Dieser Strom kann dann in den Abend- und Nachtstunden genutzt werden, um den Eigenverbrauch zu erhöhen.

Zum Beispiel kann eine Batterie den tagsüber erzeugten Solarstrom speichern und diesen dann nutzen, um abends die Beleuchtung und andere elektrische Geräte zu betreiben.

 

Energieverbrauch überwachen:

Die Nutzung von Monitoring-Tools und Energiemanagement-Systemen hilft dabei, den Energieverbrauch im Haushalt zu überwachen und anzupassen. Dadurch können Verbraucher identifiziert und gezielt zu Zeiten hoher Solarproduktion genutzt werden.

Ein Beispiel wäre die Nutzung von smarten Steckdosen, die den Echtzeitverbrauch anzeigen und Empfehlungen zur Verschiebung des Verbrauchs geben.

 

Effiziente Geräte einsetzen:

Der Austausch alter, energieintensiver Geräte durch moderne, energieeffiziente Modelle kann den Stromverbrauch senken und den Anteil des selbst genutzten Solarstroms erhöhen.

Zum Beispiel verbrauchen moderne LED-Lampen deutlich weniger Strom als herkömmliche Glühbirnen, was den Eigenverbrauch von Solarstrom effizienter macht.

Ich plane, mein bestehendes Balkonkraftwerk um zwei zusätzliche Module zu erweitern und eine Batterie mit intelligentem Management und Nulleinspeisung zu integrieren. Durch die neuen Module werde ich den ganzen Tag über eine maximale Sonneneinstrahlung erzielen.

 

Ein neuer integrierter Batteriespeicher wird es mir ermöglichen, überschüssigen Strom zu speichern und diesen bei Bedarf zu nutzen, was meinen Eigenverbrauch maximieren wird. Ich plane den Speicher AC-seitig, also an einer normalen Steckdose im Haus anzuschließen.

Mit der intelligenten Steuerung kann ich sicherstellen, dass der erzeugte Strom effizient genutzt wird und keine Überschüsse ins Netz eingespeist werden, die nicht vergütet werden.

Diese Maßnahmen sollen dazu beitragen, meine Stromkosten signifikant zu senken und meine Unabhängigkeit von externen Stromquellen zu erhöhen. So kann ich nicht nur umweltfreundlich Strom erzeugen, sondern auch langfristig finanzielle Vorteile genießen.

 

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Zuletzt aktualisiert am 17. Oktober 2024 um 18:30 . Ich weise darauf hin, dass sich hier angezeigte Preise inzwischen geändert haben können. Alle Angaben ohne Gewähr. (*) Bei den verwendeten Produktlinks handelt es sich um Affiliate Links. Ich bin nicht der Verkäufer des Produktes. Als Amazon-Partner verdiene ich an qualifizierten Verkäufen. Dein Preis ändert sich jedoch nicht.

 

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Solarstromspitzen am Mittag, Mangel am Abend: Aktuelle Ertragslage

Bisher habe ich zwei Module auf dem neuen Holzfachwerkdach meiner Gartenterrasse installiert.

Diese beiden Module sind jeweils mit einem eigenen Wechselrichter ausgestattet, der eine maximale Ausgangsleistung von 300W bietet. Die Module sind nach Süd-Süd-Ost (SSO) und Süd-Süd-West (SSW) ausgerichtet, was mir den höchsten Ertrag vom späten Vormittag bis zum frühen Nachmittag liefert.

Ich habe den Verbrauch meiner großen Stromverbraucher so weit wie möglich in diese Zeit gelegt. Da ich oft von zu Hause aus im Home Office arbeite, fehlt mir jedoch der Ausgleich an Solarstrom am frühen Morgen und am Abend, wenn die Familie zum Feierabend einen höheren Stromverbrauch generiert.

 

Dank der smarten Funksteckdose kann ich die Daten zur Stromproduktion auslesen und diese in meinem Home Assistant auswerten. So kann ich den Verlauf der Produktionskurve über den Tag hinweg gut beurteilen:

• Früher Morgen: An wolkenfreien Tagen übersteigt die gesamte Stromproduktion beider Module ab ca. 08:00 Uhr die 50W.
• Vormittag: Ab ca. 10:00 Uhr werden 200W produziert, womit ein Großteil meiner Grundlast im Haus abgedeckt wird.
• Mittag: Zwischen 12:00 und 14:00 Uhr erreicht der Stromertrag mit einem Peak von ca. 500W seinen Höhepunkt.
• Nachmittag: Von 14:00 Uhr an sinkt der Ertrag steil ab. Zwischen 16:00 und 17:00 Uhr fällt er von rund 250W auf unter 50W.

 

Die Verteilung der Ertragskurve ähnelt einer Sinuskurve, ist jedoch sehr steil. Das bedeutet, dass die Stromproduktion am Vormittag schnell ansteigt, ihren Höhepunkt um die Mittagszeit erreicht und am Nachmittag wieder stark abfällt.

Während dieser Mittagszeit habe ich oft einen Überschuss an Solarstrom, der teilweise ungenutzt bleibt. Dieser Überschuss bringt mir keinen Vorteil, da der nicht genutzte Strom ins Netz eingespeist wird, ohne dass ich dafür eine Vergütung erhalte.

 

Das Hauptproblem besteht darin, dass mir morgens und abends Solarstrom fehlt. Am Morgen ist die Produktion noch nicht ausreichend, um den Bedarf zu decken, und am Abend, wenn die Familie nach Hause kommt und der Stromverbrauch steigt, ist die Produktion bereits wieder abgefallen.

Der ungenutzte Überschuss zur Mittagszeit kann daher nicht sinnvoll genutzt werden und hilft mir nicht, die fehlende Energie zu den benötigten Zeiten zu kompensieren.

 

Um dieses Problem zu beheben, plane ich ein zusätzliches Balkonkraftwerk mit zwei weiteren Modulen zu installieren. Die vier Module sollen nach Süd-Ost (SO), Süd-Süd-Ost (SSO), Süd-Süd-West (SSW) und Süd-West (SW) ausgerichtet werden. Dadurch wird die Stromproduktion besser über den gesamten Tag verteilt.

Mit dieser breiteren Aufstellung der Module wird die Sinuskurve der Stromproduktion verbreitert, sodass auch in den Morgen- und Abendstunden genügend Strom produziert wird. Dies soll helfen, den fehlenden Solarstrom in diesen Zeiten auszugleichen und den Eigenverbrauch zu maximieren.

 

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Video: Erweiterung meines Balkonkraftwerks für maximale Effizienz!

Ich habe die Erweiterung meines bestehenden Balkonkraftwerk (BKW) in einem informativem Video zusammengefasst und auf meinem Youtube Kanal veröffentlicht. Im Video zeige ich detailliert die Bestandteile, die Installation und die Einrichtung für WLAN und App von meinem neuem erweitertem Balkonkraftwerk.

Mehr spannende Videos findet ihr auf meinem YouTube Kanal oder direkt in der passenden Playliste.

 

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Zuletzt aktualisiert am 17. Oktober 2024 um 01:32 . Ich weise darauf hin, dass sich hier angezeigte Preise inzwischen geändert haben können. Alle Angaben ohne Gewähr. (*) Bei den verwendeten Produktlinks handelt es sich um Affiliate Links. Ich bin nicht der Verkäufer des Produktes. Als Amazon-Partner verdiene ich an qualifizierten Verkäufen. Dein Preis ändert sich jedoch nicht.

 

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Bauteile und Komponenten des neuen Balkonkraftwerks

Ein Balkonkraftwerk (BKW) besteht aus mehreren wichtigen Komponenten, die zusammenarbeiten, um Solarstrom zu erzeugen und in das Hausnetz einzuspeisen. Im Folgenden werden die einzelnen Komponenten aufgelistet, ihre Funktionen beschrieben und Hinweise gegeben, worauf beim Kauf zu achten ist.

 

PV-Module

Funktion: Die PV-Module sind das Herzstück des Balkonkraftwerks. Sie wandeln Sonnenlicht in Gleichstrom um.

 

Technische Daten:

• Modell: JA Solar JAM54D40 (Typ N)
• Leistung: 445W pro Modul
• Art: Bifazial (erzeugt Strom auf Vorder- und Rückseite)

 

Typ N: Dieser Typ N bezieht sich auf die N-Typ-Siliziumtechnologie, die in den Solarzellen verwendet wird. N-Typ-Solarzellen haben eine höhere Effizienz und eine längere Lebensdauer als herkömmliche P-Typ-Zellen.

Sie sind weniger anfällig für lichtinduzierte Degradation (LID) und bieten eine bessere Leistung bei höheren Temperaturen.

 

Bifazial: Bifaziale Module sind in der Lage, Sonnenlicht sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite zu nutzen. Dies ermöglicht eine höhere Stromerzeugung, da auch reflektiertes Licht von Oberflächen wie dem Boden oder Wänden genutzt wird.

Besonders in Umgebungen mit hoher Reflexion oder wenn die Module leicht geneigt sind, kann die Leistung signifikant erhöht werden. Bifaziale Module können eine Leistungssteigerung von bis zu 30% im Vergleich zu herkömmlichen monofazialen Modulen erzielen.

 

Worauf achten: Beim Kauf sollte auf die Leistung (Watt), die Größe und die Effizienz der Module geachtet werden. Module mit höherem Wirkungsgrad erzeugen mehr Strom auf kleinerer Fläche. Zudem sind bifaziale Module, die sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite Strom erzeugen können, eine gute Wahl.

Wechselrichter

Funktion: Der Wechselrichter wandelt den von den PV-Modulen erzeugten Gleichstrom in 220V Wechselstrom um, der im Haushalt genutzt werden kann. Der erzeugte Strom kann direkt verbraucht oder ins Netz eingespeist werden, um tagsüber den Eigenverbrauch zu maximieren.

In der Nacht, wenn keine Solarproduktion stattfindet, wird Strom aus dem Netz oder aus einem optionalen Batteriespeicher bezogen.

 

Technische Daten:

• Modell: APSystems EZ1
• Leistung: 800W

 

App von EasyPower bzw. AP Systems: Die App bietet eine benutzerfreundliche Oberfläche zur Überwachung und Steuerung des Wechselrichters. Nutzer können in Echtzeit den Energieertrag, den Eigenverbrauch und die Netzspeisung überwachen.

Die App ermöglicht zudem die Analyse historischer Daten, um die Effizienz des Balkonkraftwerks zu optimieren.

 

Offene API und Smart Home Integration: Der Wechselrichter kann im lokalen Modus betrieben werden und bietet eine offene API. Dies ermöglicht die Integration in Smart Home Umgebungen wie Home Assistant.

Damit lässt sich das Balkonkraftwerk nahtlos in das bestehende Heimautomationssystem einbinden und effizient steuern.

 

VDE-AR-N 4105:2018: Diese Norm beschreibt die technischen Anschlussregeln für Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz. Sie stellt sicher, dass Anlagen wie PV-Systeme sicher und kompatibel mit dem öffentlichen Netz betrieben werden.

Die Einhaltung dieser Norm ist wichtig für die Netzstabilität und die Sicherheit des Stromnetzes. Der Wechselrichter APSystems EZ1 erfüllt auch die VDE-AR-N 4105:2018, was seine Konformität mit den aktuellen technischen Standards und gesetzlichen Anforderungen bestätigt.

 

Worauf achten: Beim Kauf eines Wechselrichters sollte auf den Wirkungsgrad und die maximale Ausgangsleistung geachtet werden. Ein hoher Wirkungsgrad sorgt für minimale Energieverluste bei der Umwandlung.

Es ist auch wichtig, einen Wechselrichter zu wählen, der mit der Leistung der PV-Module kompatibel ist und die entsprechenden Normen erfüllt.

Halterungen und Montagesysteme

Funktion: Die Halterungen und Montagesysteme dienen zur sicheren Befestigung der PV-Module auf dem Balkon, der Terrasse oder dem Dach.

 

Technische Daten:

• Material: Aluminium
• Art: Flachdach Aufständerung
• Größe: 118 cm Set für 2 Solarpanels

 

Worauf achten: Die Auswahl der richtigen Halterung hängt von der Art des Dachs bzw. dem Aufstellort ab. Für Ziegeldächer sind spezielle Halterungen notwendig, um die Module sicher zu befestigen, ohne die Ziegel zu beschädigen.

Wellblechdächer erfordern ebenfalls spezifische Befestigungssysteme, die für die Struktur des Dachs geeignet sind. Bei Flachdächern, wie ich es habe, bietet eine Aufständerung die beste Lösung.

Meine Aufständerung besteht aus zwei langen und einem kurzen Aluminiumprofil (L-Form), die in einer Dreieckform zusammengeschraubt werden. Damit kann ich den Winkel der Aufständerung zwischen 0° und 90° einstellen.

Dies bietet den Vorteil, die Module je nach Jahreszeit und Sonneneinstrahlung optimal auszurichten, um die maximale Stromproduktion zu erreichen. Aluminium ist hierbei sinnvoll, da es leicht, korrosionsbeständig und langlebig ist.

Verkabelung und Anschlüsse

Funktion: Die Verkabelung verbindet die PV-Module mit dem Wechselrichter und den Wechselrichter mit dem Hausnetz.

 

Technische Daten:

• Verlängerungskabel: 2x 1,0m
• Kabel zur Steckdose: 1x 10m
• Zusätzliches Kabel: 3m Kabel für den Anschluss der PV-Module an den Wechselrichter mit MC4 Steckern

 

Worauf achten: Beim Kauf sollte auf die Länge und die Qualität der Kabel geachtet werden. Kabel sollten UV-beständig und für den Außeneinsatz geeignet sein. Die Anschlüsse sollten fest und sicher sitzen, um Energieverluste zu minimieren.

Mit dem zusätzlichen 3m Kabel kann ich die Module optimal positionieren, ohne dass ein zu kurzes Kabel stört. Dieses Kabel ist mit MC4 Steckern ausgestattet und kann an die bestehenden Kabel vom Modul angeschlossen werden.

Überwachungssysteme und Smart Home Integration

Funktion: Überwachungssysteme und Smart Home Integration ermöglichen die Überwachung und Steuerung des Balkonkraftwerks in Echtzeit. Dies hilft, den Energieverbrauch zu optimieren und die Effizienz der Anlage zu maximieren.

 

Home Assistant: Home Assistant ist eine Open-Source-Plattform zur Hausautomatisierung. Sie ermöglicht die Integration und Steuerung verschiedenster Smart-Home-Geräte und -Dienste über eine zentrale Benutzeroberfläche.

Home Assistant kann kostenlos von der offiziellen Website heruntergeladen und auf einer Vielzahl von Geräten installiert werden.

 

Meine Installation: Ich nutze Home Assistant auf einem Fujitsu Esprimo Q920 mit einem Intel Quad Core i5 Prozessor, 16GB RAM und einer 512GB SSD. Dieses leistungsstarke System bietet genügend Kapazität für die Verwaltung und Überwachung meines gesamten Smart-Home-Systems.

 

Tapo P110: Ich verwende Tapo P110 smarte Steckdosen zur Überwachung des Stromverbrauchs. Diese Steckdosen sind mit WLAN ausgestattet und können über die Tapo-App gesteuert werden.

Mit der Tapo-Integration in Home Assistant habe ich die Steckdosen eingebunden, um den Energieverbrauch in Echtzeit zu überwachen und zu steuern. Die Integration bietet Entitäten wie Stromverbrauch, Leistungsaufnahme und Schaltstatus.

Batteriespeicher (zukünftig)

Funktion: Ein Batteriespeicher ermöglicht die Speicherung überschüssigen Stroms, der tagsüber produziert wird, aber nicht sofort verbraucht wird. Dieser Strom kann dann bei Bedarf, z.B. in den Abendstunden, genutzt werden.

 

Planung: Ich plane, mein bestehendes Balkonkraftwerk um einen AC-seitig bidirektional ladefähigen Batteriespeicher zu erweitern. Der Zendure Hyper 2000 ist hierfür eine interessante Option.

Im Gegensatz zu vielen anderen Batteriespeichern müssen hier die Module nicht direkt angeschlossen werden. Die Batterie kann irgendwo im Hausnetz an einer Steckdose angeschlossen werden. Die Ladung erfolgt dennoch durch die PV-Module, die an anderer Stelle in das Hausnetz einspeisen. Ich benötige also nur zwei Steckdosen.

Zudem bietet der Hyper 2000 ein automatisches Lastmanagement in Verbindung mit einem Shelly EM3. Dieses System ermöglicht eine effiziente Steuerung und Optimierung des Stromverbrauchs im Haushalt.

Zusammenfassung der Komponenten

• PV-Module: JA Solar JAM54D40 (Typ N), 445W pro Modul, bifazial.
• Wechselrichter: APSystems EZ1, 800W, unterstützt Eigenverbrauch und Nachtbetrieb, offene API für Smart Home Integration, erfüllt VDE-AR-N 4105:2018.
• Halterungen und Montagesysteme: Aluminium, Flachdach Aufständerung, 118 cm Set.
• Verkabelung und Anschlüsse: 2x 1,0m Verlängerungskabel, 1x 10m Kabel zur Steckdose, 3m Kabel mit MC4 Steckern.
• Überwachungssysteme und Smart Home Integration: Überwachen und steuern das Balkonkraftwerk.
• Batteriespeicher (zukünftig): Zendure Hyper 2000 als Option für die zukünftige Integration.

 

Diese Komponenten arbeiten zusammen, um eine effiziente und zuverlässige Solarstromproduktion zu gewährleisten.

Beim Kauf ist es wichtig, auf Qualität und Kompatibilität der einzelnen Teile zu achten, um die bestmögliche Leistung aus dem Balkonkraftwerk herauszuholen.

 

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Installation des Balkonkraftwerks

Zusammenbau der Profile und Montage der Module

Zunächst habe ich die Profile der Aufständerung zusammengebaut. Die Konstruktion besteht aus zwei langen und einem kurzen Aluminiumprofil, die in einer Dreieckform zusammengeschraubt werden. Die vorgebohrten Löcher der PV-Module passen perfekt zu den Langlöchern der Profile, was die Montage erleichtert.

Nachdem die Profile montiert waren, habe ich die neuen Module aufgestellt und nach Süd-Süd-Ost (SSO) und Süd-Süd-West (SSW) ausgerichtet. Die beiden Module meines alten Balkonkraftwerks habe ich nach Süd-Ost (SO) und Süd-West (SW) ausgerichtet. Es ist wichtig, den Schattenwurf durch Bäume und die anderen Module zu vermeiden, da Schatten die Leistung der Module erheblich beeinträchtigen können.

Die Aufständerung der Module habe ich direkt mit meinem Dach verschraubt. Die Unterkonstruktion des Dachs wurde von mir bereits beim Bau auf die Montage der Module vorbereitet, um eine sturmsichere Befestigung zu gewährleisten. Eine sturmsichere Verschraubung ist wichtig, um die Module bei starkem Wind oder Unwetter sicher zu halten und Schäden zu vermeiden.

 

Anschluss des Wechselrichters

Nachdem die Module montiert waren, habe ich den Wechselrichter an der Aufständerung eines der neuen Module befestigt. Die passende Schraube war im Lieferumfang enthalten, alternativ wäre eine Montage am Modul mit der beiliegenden Modulklammer möglich gewesen.

Die Kabel des Plus- und Minus-Pols des ersten Moduls habe ich an den Eingang 1 des Wechselrichters gesteckt. Die MC4-Stecker haben einen männlichen und einen weiblichen Anschluss, sodass das Einstecken verwechslungssicher ist. Die Kabel des zweiten Moduls habe ich mit einem Verlängerungskabel verlängert und an den Eingang 2 des Wechselrichters gesteckt. Die Kabel wurden mit Kabelbindern an der Aufständerung fixiert.

Elektrischer Anschluss und Inbetriebnahme

Den Schukostecker des Wechselrichters habe ich in die Steckdose eingesteckt. Die Anschlussleitung für das Balkonkraftwerk ist eine 3×2,5m² NYM-Leitung, die mit einer zusätzlichen Sicherung im Verteilerkasten abgesichert ist. Nach dem Einstecken des Schukosteckers synchronisiert sich der Wechselrichter mit dem Stromnetz.

Synchronisation des Wechselrichters:
Die Synchronisation bedeutet, dass der Wechselrichter sich auf die Netzfrequenz und Spannung des Stromnetzes einstellt. Dies ist wichtig, um sicherzustellen, dass der eingespeiste Strom im Einklang mit dem Netzstrom steht und keine Netzstörungen verursacht. Sobald die Synchronisation abgeschlossen ist, wird der Gleichstrom der PV-Module im Wechselrichter auf 220V Wechselstrom transformiert und über die Steckdose in das Hausnetz eingespeist.

 

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Einrichtung der Monitoring-App

Das Balkonkraftwerk funktioniert und speist den Sonnenstrom zuverlässig ein. Ein Monitoring des Systems ist sinnvoll und bietet viele Vorteile, wie die Überwachung der Energieproduktion, die Erkennung von Fehlfunktionen und die Optimierung des Eigenverbrauchs.

Neben der EasyPower App habe ich auch die Einbindung über die API-Schnittstelle in meinen Home Assistant vorgenommen.

 

Vorteile des Monitorings

• Energieproduktion überwachen: Durch die Echtzeit-Überwachung kann ich jederzeit sehen, wie viel Strom mein Balkonkraftwerk erzeugt.
• Fehlfunktionen erkennen: Eventuelle Probleme oder Ausfälle können schnell identifiziert und behoben werden.
• Eigenverbrauch optimieren: Mit genauen Daten über die Stromproduktion kann ich meinen Energieverbrauch besser anpassen und optimieren.

Einrichtung der EasyPower App

Die EasyPower App ermöglicht die einfache Überwachung des Wechselrichters und der PV-Module.

1. App herunterladen und installieren:
   • EasyPower App im Google Play Store
   • EasyPower App im Apple App Store
2. Neues Konto anlegen: Ein Konto erstellen und Zugangsdaten festlegen.
3. Standort der Anlage festlegen: Den Standort des Balkonkraftwerks angeben.
4. Gerät hinzufügen: Über Bluetooth den Wechselrichter in der App suchen und auswählen.
5. Berechtigungen erteilen: Der App die notwendigen Berechtigungen erteilen.
6. WLAN-Daten erfassen: Zugangsdaten zum WLAN eingeben, um den Wechselrichter mit dem Netzwerk zu verbinden.

API im Wechselrichter aktivieren

Um die API Schnittstelle des APSystems EZ1 Wechselrichter nutzen zu können, muss diese zunächst aktiviert bzw. freigegeben werden. Dies wird über die Aktivierung des lokalen Modus in der App vorgenommen.

Um die Funktion zu aktivieren muss eine Anmeldung mit der Funktion „Direkte Verbindung“ in der App ausgewählt werden. Sofern eine Anmeldung mit Zugangsdaten über die Cloud läuft, fehlt diese Funktion.

1. Über „Direkte Verbindung“ in der App anmelden (ggf. vorher aus der Cloudanmeldung abmelden).
2. Gerät (Wechselrichter auswählen)
3. Einstellungen wählen (Direkte Verbindung)
4. Lokaler Modus wählen – Dieser Menu-Punkt erscheint nicht sofort sondern wird nach einigen Sekunden nachgeladen
5. Lokalen Modus aktivieren

 

Eine deutsch Bedienungsanleitung zum APSystems EZ1 Wechselrichter kann bei APSystems heruntergeladen werden.

Da die API über die lokale Schnittstelle, also die direkte Verbindung zur Verfügung gestellt wird, musste ich mich zwischen API und Cloud entscheiden. Beide Funktionen gleichzeitig zu nutzen, ist nicht möglich.

Übrigens habe ich im Beitrag 800W Balkonkraftwerk einfach selber installieren & optimieren die App Einrichtung der SolarMan App ebenfalls sehr detailliert beschrieben.

 

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Einrichtung im Home Assistant

 

Die Integration des Balkonkraftwerks in den Home Assistant ermöglicht eine umfassendere Überwachung und Automatisierung.

1. Home Assistant Installation: Home Assistant ist eine Open-Source-Plattform zur Hausautomatisierung, die kostenlos von der offiziellen Website heruntergeladen werden kann. Ich nutze Home Assistant auf einem Fujitsu Esprimo Q920 mit einem Intel Quad Core i5 Prozessor, 16GB RAM und einer 512GB SSD.
2. API-Schnittstelle nutzen: Der Wechselrichter bietet eine offene API, die es ermöglicht, Daten in den Home Assistant zu integrieren.
3. Integration einrichten: In den Home Assistant Einstellungen die Integration für den Wechselrichter hinzufügen und die API-Daten eingeben.
4. Tapo P110 smarte Steckdosen: Ich verwende Tapo P110 smarte Steckdosen zur Überwachung des Stromverbrauchs. Diese sind über die Tapo-App in Home Assistant integriert und bieten Entitäten wie Stromverbrauch, Leistungsaufnahme und Schaltstatus.
5. Dashboard konfigurieren: Ein Dashboard im Home Assistant erstellen, um die Daten der PV-Module, des Wechselrichters und der smarten Steckdosen in Echtzeit zu überwachen und zu analysieren.

 

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Ergebnisse der Optimierung

Auf Grundlage der Stromproduktion meines alten Balkonkraftwerks habe ich die Daten nach der Erweiterung der Module und der Optimierung der Ausrichtung erneut ausgewertet.

 

Früher Morgen

• Stromproduktion: An wolkenfreien Tagen übersteigt die gesamte Stromproduktion ab ca. 06:30 Uhr die 50W.
• Bedeutung: Bereits in den frühen Morgenstunden beginnt die Stromproduktion, was hilft, die Grundlast frühzeitig abzudecken.

 

Vormittag

• Stromproduktion: Ab ca. 08:00 Uhr werden 200W produziert.
• Bedeutung: Ein Großteil der Grundlast im Haus wird bereits vormittags abgedeckt, was den Netzbezug reduziert.

Mittag

• Stromproduktion: Zwischen 10:30 und 16:30 Uhr erreicht der Stromertrag einen breiteren Peak von 800W.
• Bedeutung: Der erhöhte und verlängerte Peak sorgt dafür, dass in dieser Zeit fast der gesamte Tagesverbrauch durch Solarstrom gedeckt wird.

Nachmittag

• Stromproduktion: Von 16:30 Uhr an sinkt der Ertrag langsam ab. Zwischen 18:30 und 17:30 Uhr fällt er von rund 250W auf unter 50W.
• Bedeutung: Die Produktion deckt noch einen Teil des Abendverbrauchs, bevor sie gegen 17:30 Uhr auf unter 50W absinkt.

 

Durch die Erweiterung und Optimierung der Ausrichtung der Module konnte die Stromproduktion über den gesamten Tag hinweg verbessert werden, was die Abdeckung der Grundlast erhöht und den Eigenverbrauch optimiert.

Um den Eigenverbrauch weiter zu maximieren und die Abhängigkeit vom Netzstrom zu reduzieren, setze ich nun die Integration eines Hyper 2000 Batteriespeichers um. Der Hyper 2000 ermöglicht eine bidirektionale Ladefunktion, sodass überschüssiger Solarstrom gespeichert und bei Bedarf wieder ins Hausnetz eingespeist werden kann.

Meine Erfahrungen mit der Installation, der Nutzung und der gesteigerten Autarkie werde ich in einem meiner nächsten Blogeinträge teilen.

 

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Zusammenfassung und Fazit

Dieser Blogeintrag beschreibt den Aufbau und die Funktion eines Balkonkraftwerks, das aus mehreren PV-Modulen besteht, die Sonnenlicht in Gleichstrom umwandeln. Dieser wird durch einen Wechselrichter in 220V Wechselstrom umgewandelt und direkt im Haushalt genutzt.

Es wird erläutert, wie die PV-Module installiert und ausgerichtet werden, um die bestmögliche Energieproduktion zu erzielen.

 

Optimierung und Eigenverbrauch:

Durch die Erweiterung des Balkonkraftwerks und die Integration eines Batteriespeichers kann der Eigenverbrauch maximiert und die Abhängigkeit vom Netzstrom reduziert werden. Die Nulleinspeisung stellt sicher, dass überschüssiger Strom nicht ungenutzt ins Netz abgegeben wird.

 

Stromproduktion:

Die Stromproduktion wurde zu verschiedenen Tageszeiten analysiert. Morgens wird ab 06:30 Uhr die Produktion von 50W erreicht, vormittags werden ab 08:00 Uhr 200W produziert. Der Mittag bietet einen breiten Peak von 800W zwischen 10:30 und 16:30 Uhr. Nachmittags sinkt der Ertrag ab 16:30 Uhr langsam ab und fällt zwischen 16:30 und 17:30 Uhr von rund 250W auf unter 50W.

 

Saldierende Zählweise:

Es wird auf die Bedeutung der saldierenden Zählweise bei Stromzählern eingegangen, die sicherstellt, dass der erzeugte Solarstrom trotz unterschiedlicher Phasenverteilung im Haushalt effektiv genutzt wird. Dies führt zu einer Reduktion der Stromkosten, da der gesamte erzeugte Strom berücksichtigt wird.

 

Aufbau und Installation:

Es wird beschrieben, wie die Profile der Aufständerung zusammengeschraubt, die Module montiert und der Wechselrichter angeschlossen wurden. Wichtige Aspekte wie die Vermeidung von Schattenwurf und die sturmsichere Befestigung werden ebenfalls erläutert.

 

Einrichtung der Monitoring-App und Home Assistant:

Die Einrichtung der EasyPower App und die Integration des Balkonkraftwerks in Home Assistant werden detailliert beschrieben. Dies ermöglicht eine umfassende Überwachung und Automatisierung des Systems.

 

Geplante Maßnahmen:

Zur weiteren Optimierung wird die Integration eines Hyper 2000 Batteriespeichers umgesetzt, der überschüssigen Solarstrom speichert und bei Bedarf wieder ins Hausnetz einspeist. Die geplante Nutzung von Smart Home-Integration mit Home Assistant und Tapo P110 smarten Steckdosen zur Überwachung und Steuerung wird ebenfalls beschrieben.

 

Ergebnisse und Ausblick:

Die durchgeführten Maßnahmen haben die Stromproduktion und den Eigenverbrauch signifikant verbessert. Zukünftige Blogeinträge werden detaillierte Erfahrungen mit der Installation, Nutzung und der gesteigerten Autarkie teilen.

 

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FAQ zum Balkonkraftwerk und Eigenverbrauch

1. Was ist ein Balkonkraftwerk und wie funktioniert es?
Ein Balkonkraftwerk besteht aus PV-Modulen, die Sonnenlicht in Gleichstrom umwandeln. Ein Wechselrichter wandelt diesen Gleichstrom in 220V Wechselstrom um, der direkt im Haushalt genutzt werden kann. Überschüssiger Strom wird ins Netz eingespeist, jedoch in der Regel nicht vergütet.

2. Für wen lohnt sich ein Balkonkraftwerk?
Balkonkraftwerke sind ideal für Mieter und Wohnungseigentümer, die keinen Zugang zu einer großen Dachfläche haben. Sie ermöglichen es, einen Teil des Strombedarfs durch Solarenergie zu decken und so die Stromkosten zu senken.

3. Wie kann ich den Eigenverbrauch mit einem Balkonkraftwerk maximieren?
Um den Eigenverbrauch zu maximieren, sollten Haushaltsgeräte zu Zeiten hoher Solarstromproduktion genutzt werden. Auch die Integration eines Batteriespeichers hilft, überschüssigen Strom zu speichern und später zu nutzen. Monitoring-Tools wie Home Assistant ermöglichen zudem eine bessere Überwachung des Stromverbrauchs.

4. Was ist die saldierende Zählweise und wie beeinflusst sie die Nutzung eines Balkonkraftwerks?
Die saldierende Zählweise bedeutet, dass der erzeugte Strom über alle Phasen hinweg berücksichtigt wird, auch wenn das Balkonkraftwerk nur auf einer Phase Strom einspeist. Dadurch wird der gesamte erzeugte Strom gegen den Verbrauch aufgerechnet, was die Stromkosten reduziert.

5. Welche Vorteile bietet die Integration eines Batteriespeichers in ein Balkonkraftwerk?
Ein Batteriespeicher speichert überschüssigen Solarstrom, der tagsüber produziert, aber nicht sofort verbraucht wird. Dieser Strom kann dann in den Abendstunden genutzt werden, um den Eigenverbrauch zu erhöhen und die Abhängigkeit vom Netzstrom zu reduzieren.

6. Wie beeinflusst die Ausrichtung der PV-Module die Effizienz eines Balkonkraftwerks?
Die Ausrichtung der Module spielt eine entscheidende Rolle für die Effizienz. In Deutschland ist eine Ausrichtung nach Süden und ein Neigungswinkel von 30-35 Grad ideal. Eine breitere Aufstellung der Module in verschiedene Himmelsrichtungen kann die Stromproduktion über den gesamten Tag verbessern.

7. Wie lange dauert es, bis sich ein Balkonkraftwerk amortisiert?
Die Amortisationszeit hängt von der Größe des Systems, dem Strompreis und den täglichen Sonnenscheinstunden ab. Ein 300W-Balkonkraftwerk kann sich bei einem Strompreis von 0,30 Euro/kWh und einer jährlichen Produktion von 438 kWh in etwa 1,9 Jahren amortisieren.

 

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