Netzneutral: Wie dieser transformatorlose Gleichstrom-Wechselrichter erschwinglich ist

Die neuesten Fortschritte bei Solar- und Speichersystemen stellen eine Abkehr von der Geschichte in dieser Kategorie dar – vor allem, weil Weltuntergangsvorbereiter und Hippies vom Netz gegangen sind, Mann. Nein, die Lösungen von morgen sind netzgebunden, aber so konzipiert, dass sie die Abhängigkeit eines Hauses vom Stromnetz verringern, indem sie Nutzungsdauerstrategien nutzen, um Lasten zu verlagern und so die extremsten Stromtarife zu vermeiden.

Die attraktivsten Fortschritte bei Solar- und Speicherwechselrichtern in diesem Bereich sind DC-Transformator-Optionen – ein einziger Wechselrichter, der die PV-, Netz- und Batterieanschlüsse bewältigen kann. Da diese Wechselrichter an das Netz angeschlossen sind, legen sie Wert auf kontinuierliche Energieeffizienz statt auf Spitzenleistung. Dies ist in Ordnung, es sei denn, ein Kunde sucht nach einem netzgebundenen System, das auch Batterie-Backup-Funktionen unterstützt, da hierfür eine hohe Spitzenleistung erforderlich ist. Hinzu kommt der Effizienzverlust bei der Umstellung von PV auf Batterie und zurück auf Wechselstrom. Ein Wechselrichter, der mit einem Wirkungsgrad von 97 Prozent beginnt, kann je nach Marke einen Wirkungsgrad von 92,2 Prozent oder weniger haben, bis die Energie schließlich ihr Ziel erreicht.

Ja, DC-Transformatorlos ist eine schlanke, zukunftssichere Architektur, aber Sie werden irgendwo Kompromisse bei der Effizienz eingehen. Na ja, außer mit dem Sol-Ark-Wechselrichter.

Sol-Ark ist ein neuer Wechselrichter im Block (oder im Netz, nehme ich an). Es ist die Idee von US-Veteranen, die eine Lösung entwickeln möchten, um Familien auf erschwingliche Weise dabei zu helfen, weniger vom Stromnetz abhängig zu sein. Sie wollten die Autonomie und die Top-End-Fähigkeiten des netzunabhängigen Wechselrichters nutzen, ohne dabei an kontinuierlicher Energieeffizienz einzubüßen. Zu diesem Zweck hat Sol-Ark seine Hardware verbessert, um Konvertierungsverluste zu minimieren. Das Ergebnis: Sol-Ark kann einen Wirkungsgrad von 96,5 Prozent im On-Grid- und 93 Prozent im Off-Grid- und Time-of-Use-Szenario mit minimalen Umwandlungsverlusten liefern. Im Durchschnitt benötigt Sol-Ark 10 bis 15 Prozent weniger Solarpaneele und 5 bis 30 Prozent weniger Speicher. Das sind erhebliche Einsparungen.

„In unserem System haben wir einen internen 400-Volt-Bus, und wir wandeln Hochspannungs-Solarmodule in diese 400 Volt um, die dann in Wechselstrom umgewandelt werden“, sagt Tom Brennan, technischer Leiter bei Sol-Ark. „Bei den Batterien haben wir uns auf eine supereffiziente Umwandlungsmethode konzentriert, die uns die höchste Effizienz direkt in eine 48-Volt-Batterie ermöglicht.“ Das Endergebnis ist ein Wirkungsgrad von 95,5 Prozent von der Batterie zum Wechselstrom.

Was viele Wechselrichter in diesem Bereich hinterherhinkt, ist der Wirkungsgrad von Wechselstrom zu Batterie. Outback beispielsweise wird mit einer Effizienz von etwa 82 Prozent bewertet. Sol-Ark erreicht einen Wirkungsgrad von 96 Prozent aufgrund einer anderen Methode zum Pumpen von Strom in und aus Batterien – einem leistungsstarken 185-Ampere-Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Ladegerät.

Andere transformatorlose DC-Optionen wie Pika und SolarEdge sind für neuere 380-Volt-Lithiumbatterien konzipiert. Brennan weist jedoch darauf hin, dass diese Batterien intern immer noch 50 Volt haben und jedes Mal, wenn die Batterie eingesetzt oder entnommen wird, eine doppelte Umwandlung erforderlich ist. Aus diesem Grund hat sich Sol-Ark darauf konzentriert, 48-Volt-Batterien effizienter zu machen.

Ihre netzgebundenen Kunden möchten möglicherweise Speicher als Backup und um Strom zu haben, wenn das Netz ausfällt. Auch hier ist die Spitzenleistung entscheidend, um den Motoranlauf zu bewältigen. Beispielsweise sind SolarEdge und Outback Skybox keine netzunabhängigen Lösungen. Sie liefern nur 5 kW aus der Batterie und aufgrund der geringen zusätzlichen Spitzenleistung können weder Klimaanlagen noch Brunnenpumpen gestartet werden. Pika verfügt über einen String-Optimierer, und wenn Sie ihn nicht verwenden, funktioniert er nicht netzunabhängig, da es sich nicht um ein AC-gekoppeltes System handelt.

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Der Grund dafür, dass Sol-Ark so viel Spitzenleistung hat, liegt darin, dass es doppelt so viele Komponenten enthält wie seine Konkurrenten. Es ist im wahrsten Sinne des Wortes darauf ausgelegt, eine Sonneneruption oder einen EMP-Angriff zu überstehen, was von Anfang an das Ziel dieser US-Veteranen war.

„Wir haben uns nicht nur auf die Person konzentriert, die Stromrechnung sparen möchte, sondern auch auf Notfallhelfer und die Landesregierung, und zwar auf erschwingliche Weise“, sagt Brennan. „Dazu haben wir im Grunde einen 20-kW-Wechselrichter gebaut und diesen gedrosselt. Wir haben keine Heizprobleme, weil wir das System nicht belasten.“

Die Bereitstellung des leistungsstärksten und effizientesten Wechselrichters für netzgebundene oder netzunabhängige Solar- und Speichersysteme bringt zumindest derzeit einige neue Nachteile mit sich. Beispielsweise erfüllt Sol-Ark nicht die kalifornischen Regel-21-Kriterien.

„Das war kein Problem, weil wir in Kalifornien einfach keinen Strom exportieren“, sagt Brennan. „Wir nutzen tagsüber die Solarenergie, nachts Batterien und das Netz als Backup.“

Sol-Ark ist bereit, die typischen On-Grid-Funktionen wie Nutzungsdauer und Grid-Rückverkauf zu erfüllen, verfügt aber auch über einige einzigartige Optionen:

Eingeschränkter Heimmodus. Stromwandler oder Stromsensoren werden an das Stromnetz des Hauses angeschlossen, und anstatt nur das gesamte Netz zu verkaufen oder nur kritische Verbraucher mit Strom zu versorgen, ist der eingeschränkte Heimmodus eine Zwischenoption. Die Stromwandler erkennen, wenn ein anderer Stromkreis, der nicht auf dem Bedienfeld für kritische Lasten liegt, eingeschaltet wird, und erhöht die Solarenergie so weit wie nötig, um den Zähler nach Möglichkeit auf Null zu setzen.

„Vielleicht haben Sie keinen Net-Meter-Vertrag, um Strom an das Netz zurückzuverkaufen, aber Sie können Ihr ganzes Haus mit Strom versorgen, solange das Netz in Betrieb ist“, sagt Brennan. „Wenn es ausfällt, können Sie nur kritische Stromkreise betreiben. Wir haben Sol-Ark 8K für eine nahtlose Netzeinbindung entwickelt.“

Viele Menschen in ländlichen Gebieten machen sich dies zunutze, weil sie sich entweder nicht mit dem Stromversorger befassen wollen oder keinen Anreiz haben, sich damit zu befassen, und nutzen dies, um so viel Strom wie möglich ins Haus zu bringen.

Intelligente Lasten. Hierbei handelt es sich um eine programmierbare Last, die nicht auf der Zeit, sondern auf dem Ladezustand der Batterien oder der erzeugten PV-Leistung basiert. Brennan erklärt: „Wir können die Klimaanlage oder den Warmwasserbereiter einschalten, wenn die Batterie zu 100 Prozent geladen ist und die Solaranlage im Zeitraum von 9.00 bis 15.00 Uhr 2.000 W produziert, wenn ich überschüssige Solarenergie produziere. Und wenn die Solaranlage aufhört zu produzieren [ oder die Batterien 95 Prozent erreichen], schalten sie sich automatisch ab. Dies ist perfekt für die Nutzungsdauer am Netz und für die Zeit außerhalb des Netzes, um die Batterielebensdauer zu verlängern.

Für die Warmwasserbereitung werden etwa sechs Module pro Tag benötigt, und die Klimaanlage kann bis zu zwölf Module pro Tag verbrauchen. Wenn also nur diese mit PV allein und ohne Batterien betrieben werden können, verlängert sich die Lebensdauer der Batterien um mindestens 50 % Prozent oder mehr und wahrscheinlich die Größe der Batteriebank um 30 Prozent reduzieren. Das Sol-Ark-System wird auch die Verschlechterung des Batteriezustands im Laufe der Zeit berücksichtigen und sich daran anpassen.

Eine weitere Frage, die Brennan stellt: Warum warten Solar- und Speicherkunden darauf, dass die Lithiumpreise sinken, wenn sie sich doch sowieso ans Netz anschließen? Das Ziel von Sol-Ark besteht darin, einen netzunabhängigen Ansatz für Solarenergie und Speicher zu ermöglichen, der im Netz funktioniert, ohne die Kosten eines Systems zu verdoppeln.

„Wir glauben nicht, dass Kunden Lithium benötigen, wenn es nur als Backup dasteht; es ist Geldverschwendung“, sagt er. „Wenn Sie ans Stromnetz angeschlossen sind, dann nutzen Sie die Vorteile. Sie können kostengünstigere AGM-Batterien verwenden, die mehr als 10 Jahre halten. Wenn Sie dort, wo Sie sind, an das Stromnetz angeschlossen sind, besorgen Sie sich AGM-Batterien und verwenden Sie sie als Backup oder bei leicht gebrauchten Batterien.“ Führen Sie nicht unbedingt einen Deep-Cycle-Zyklus durch. Wenn Sie völlig netzunabhängig sind, empfehlen wir AGM auf Lithium- oder Kohlenstoffbasis, die eine vier- bis fünffache Zyklenlebensdauer haben. Sie können die Nutzung des Netzes minimieren, aber tun Sie dies, um Ihre Energie zu erhalten Batteriebank zu einem angemessenen Preis/Größe. Wenn Sie versuchen würden, mit einem Haus herkömmlicher Größe komplett vom Stromnetz zu trennen, würden Sie die Batteriekosten zum Weinen bringen.“

Chris Crowell ist der geschäftsführende Herausgeber von Solar Builder.

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