Zwei Häuser können ähnliche Solarmodule und Batterien haben und sich dennoch sehr unterschiedlich verhalten, wenn das öffentliche Netz ausfällt. Ein Haus wird dunkel. Ein anderes hält einige wichtige Stromkreise in Betrieb. Bei einem abgelegenen Objekt ohne Netzanschluss ist dasselbe Ereignis irrelevant, weil der Standort bereits auf seinem eigenen elektrischen Netzwerk arbeitet.
Der Unterschied ist nicht einfach die Batteriegröße. On-grid, off-grid und hybrid beschreiben unterschiedliche Beziehungen zum öffentlichen Stromnetz. Um sie zu verstehen, helfen drei Fragen: Ist das Netz im Normalbetrieb vorhanden? Was stellt Spannung und Frequenz bereit, wenn es fehlt? Welche Energiequellen können die Lasten weiter versorgen?
On-grid-Speicher arbeiten zusammen mit dem öffentlichen Netz
Ein On-grid- oder netzgekoppeltes System arbeitet parallel zum öffentlichen Stromnetz. Das Netz stellt eine etablierte AC-Spannung und Frequenz bereit, an der sich netzfolgende Geräte orientieren. Es deckt außerdem die Differenz zwischen lokaler Erzeugung und Nachfrage ab: Ein Standort kann Strom importieren, wenn Solar- und Batterieausgang nicht ausreichen, und überschüssige Energie exportieren, sofern lokale Regeln dies erlauben.
Eine On-grid-Batterie kann überschüssige Solarenergie speichern, Verbrauch in eine andere Zeit verschieben oder auf einen Betriebsplan reagieren. „On-grid“ bedeutet daher nicht „Solar ohne Batterie“. Es bedeutet, dass das Speichersystem im Normalbetrieb mit einem verfügbaren öffentlichen Netz interagieren soll.
Diese Verbindung stellt nicht automatisch Backup bereit. Das U.S. Department of Energy erklärt, dass traditionelle netzfolgende Wechselrichter das Netz als Wellenformreferenz nutzen und sich trennen, wenn Störungen ausreichend weit außerhalb des zulässigen Bereichs liegen. UL’s application guide for inverter systems unterscheidet ebenfalls zwischen netzinteraktiven Geräten, Stand-alone-Geräten und Multimode-Geräten und beschreibt Anti-Islanding-Schutz, der eine weitere Einspeisung nach einem Netzausfall verhindert.
Dadurch kann eine geladene Batterie physisch vorhanden sein, während das Gebäude trotzdem keinen Strom hat. Die weitere Versorgung lokaler Lasten erfordert ein System, das sich vom ausgefallenen Netz trennen und als bewusst gebildete Insel arbeiten kann. Batteriekapazität beantwortet, wie viel Energie verfügbar ist. Sie beweist nicht, dass die Installation diese Energie während eines Ausfalls nutzen kann.
Off-grid-Betrieb braucht eine lokale elektrische Referenz
Ein Off-grid-System hat kein öffentliches Netz, auf das es sich stützen kann. Wenn der Standort AC-Lasten versorgt, muss die Ausrüstung innerhalb des Systems lokale Spannung und Frequenz bereitstellen, während Erzeugung, Speicher und Nachfrage in jedem Moment im Gleichgewicht bleiben. In einem wechselrichterbasierten System übernimmt diese Rolle normalerweise netzbildende oder stand-alone-fähige Ausrüstung und nicht ein herkömmlicher netzfolgender Wechselrichter.
Batterie und Wechselrichter helfen gemeinsam, kurze und lange Ungleichgewichte zu bewältigen. Sie können reagieren, wenn ein Motor startet oder eine Wolke die PV-Leistung reduziert, und danach Lasten nach Sonnenuntergang versorgen. Sie sind dennoch nur ein Teil des Versorgungssystems. Solar, Wind, Wasserkraft oder ein kraftstoffbetriebener Generator können Energie beitragen, und das Steuerungssystem muss Laden, Entladen, Erzeugung, Reservelevel und, wenn das Design es erlaubt, das Abwerfen nicht kritischer Lasten koordinieren.
Deshalb ist Off-grid-Design anspruchsvoller als das Hinzufügen einer großen Batterie. Die Auslegung muss die höchste gleichzeitige Nachfrage der vorgesehenen Lasten abdecken und diese Lasten durch erwartete Lücken in der erneuerbaren Erzeugung tragen, mit gespeicherter Energie und jeder verfügbaren steuerbaren lokalen Quelle. Saisonale Erzeugung, Wettervariabilität, Lastwachstum, Anlagenverluste und Reservemargen beeinflussen das Ergebnis.
Ein externer Generator macht ein System nicht „on-grid“. Es bleibt off-grid, solange es nicht mit dem öffentlichen Netz verbunden ist. Das IEA Photovoltaic Power Systems Programme dokumentiert Off-grid-Systeme, die PV, Batterien und Generatorsätze kombinieren, während SMA’s stand-alone system documentation ein konkretes Beispiel für einen Batteriewechselrichter liefert, der das lokale Netz bildet und Batterien, Generatoren und Lasten koordiniert. In diesem Kontext ist ein Generator eine weitere lokale Energiequelle, die häufig für Zeiten behalten wird, in denen erneuerbare Erzeugung und gespeicherte Energie nicht ausreichen.
„Hybrid“ beschreibt Fähigkeit, kein garantiertes Ergebnis
In diesem Vergleich bedeutet hybrid ein netzgekoppeltes Speichersystem, das mehr als einen Betriebsmodus unterstützen soll. Wenn das Netz verfügbar ist, kann es je nach Standortzielen und lokalen Regeln importieren, exportieren, laden und entladen. Wenn ein Ausfall erkannt wird, kann eine backupfähige Konfiguration geschützte Stromkreise isolieren und eine lokale Versorgung aufbauen. Die DOE’s resilience guidance beschreibt Solar-plus-Speicher-Systeme, die nach Verlust der Netzversorgung in einen Inselbetrieb wechseln und sich wieder verbinden, wenn der Dienst zurückkehrt.
Das Wort „hybrid“ wird jedoch uneinheitlich genutzt. Der IEA PVPS Bericht verwendet zum Beispiel ebenfalls „PV hybrid system“ für Off-grid-Kombinationen aus PV, Batterien und Dieselgeneratoren. In der Praxis bleiben durch das Etikett mehrere Fragen offen: Welche Stromkreise bleiben versorgt, wie schnell erfolgt die Umschaltung, und kann der Wechselrichter ohne öffentliches Netz eine Insel starten und unterstützen?
Diese Funktionen müssen auf Systemebene überprüft werden. Eine funktionierende Backup-Installation benötigt geeignete Leistungsumwandlung, Isolations- oder Umschalteinrichtungen, kompatible Batterien und Steuerungen sowie eine definierte Grenze der Backup-Lasten. Manche Systeme unterstützen nur einen dedizierten Ausgang für wichtige Lasten. Andere können für einen größeren Teil des Gebäudes ausgelegt werden. Die verfügbare Batterieenergie beeinflusst die Laufzeit, während Wechselrichterleistung und das Design der gesicherten Stromkreise bestimmen, welche Lasten gemeinsam betrieben werden können.
So betrachtet beschreiben die drei Kategorien Betriebsanordnungen und keine Produktklassen. Ein netzgekoppeltes System kann ausreichen, wenn die Netzversorgung zuverlässig ist und Versorgung bei Ausfällen nicht benötigt wird. Ein Standort ohne öffentliches Netz braucht ein eigenständiges Stromnetz. Ein Standort, der das Netz normalerweise nutzt und ausgewählte Lasten bei Ausfällen weiter versorgen soll, braucht eine verifizierte Multimode-Konfiguration. Deren Inselbetrieb, Umschaltung, Lastunterstützung und Steuerungsfähigkeit sind aussagekräftiger als die Kategorie, die auf dem Wechselrichter steht.
