Prinzipiell sind mit dem Begriff zwei technische Kopplungen gemeint:

1. Koppelung von Photovoltaik und Solarthermie
2. Koppelung der Direktverwertung von PV-Strom, seiner Einspeisung in eine Batterie, dem Bezug aus der Batterie und dem Bezug aus dem öffentlichen Netz

Koppelung von Photovoltaik und Solarthermie

Die Koppelung von Photovoltaik und Solarthermie spart Platz auf dem Dach, weil die Module mit Solarzellen bestückt sind und durch sie gleichzeitig das Wärme-Kühl-Mittel für die Solarthermie fließt. Die Konstruktion hat noch einen weiteren Vorteil: Das Wärme-Kühl-Mittel kühlt bei seiner Erwärmung die Solarzellen, die dadurch an Tagen mit sehr viel Sonneneinstrahlung nicht überhitzen und daher mehr Ertrag liefern. Die höchste Leistung bringen sie bei ~25 °C. Ohne das Durchfließen mit dem Wärme-Kühl-Mittel für die Solarthermie heizen sich PV-Module im Sommer aber schnell auf 60 – 70 °C (und darüber) auf, was ihren Ertrag sinken lässt. Die hybride Anlage liefert damit sehr effizient Solarstrom und Warmwasser aus ihren Hybridkollektoren. Die Kombination von Photovoltaik und Solarthermie schöpft die Energie des Sonnenlichts praktisch voll aus. Die Konstruktion ist natürlich etwas teurer als reine PV-Module oder nur eine solarthermische Anlage, aber deutlich preisgünstiger als die Summe beider Anlagen. Darüber hinaus spart sie Platz.

Hybrid-Solaranlage für Strom aus mehreren Quellen

In der Kommunikation des Jahres 2022 ist mit einer Hybrid-Solaranlage sehr oft die #2 Koppelung der Direktverwertung von PV-Strom, seiner Einspeisung in eine Batterie, dem Bezug aus der Batterie und dem Bezug aus dem öffentlichen Netz gemeint. Für diese Anwendung muss die Solaranlage Netz-parallel geschaltet sein. Dann kann sie den Haushalt mit

• unmittelbar selbst erzeugtem PV-Strom,
• Strom aus dem eigenen PV-Speicher (nachts, bei schlechtem Wetter) sowie
• Strom aus dem öffentlichen Netz

versorgen. Bei entsprechender Dimensionierung erzeugen die PV-Module gelegentlich zu viel Strom, der dann in den eigenen Batteriespeicher fließen soll. Eine Einspeisung ins öffentliche Netz für die EEG-Vergütung könnte erfolgen, ist aber eigentlich nicht vorgesehen. Die Hybrid-Solaranlage dieser Konstruktion zielt eher auf Autarkie. Natürlich könnte sie auch mit der #1 Solarthermie gekoppelt werden.

Der Nutzen einer Hybrid-Solaranlage mit mehreren Stromquellen

Die beschriebene Hybrid-Solaranlage mit Strom aus verschiedenen Quellen schafft Versorgungssicherheit überwiegend bis ausschließlich mit Solarstrom, wobei sie die genannten drei Quellen in sinnvoller Reihenfolge anzapft: Tagsüber bei ausreichender Produktion aus den eigenen PV-Modulen versorgen diese das Hausnetz. Eine Überproduktion speisen sie in die Solarbatterie ein. Nachts versorgt diese das Haus. Sollte der Solarstrom nicht genügen, liefert das öffentliche Netz den Reststrom. Das wird bei ausreichender Dimension von Solaranlage und Batteriespeichern nur selten nötig sein und spart damit Kosten für den öffentlichen Strom.

Grundsätzlich entsteht durch die Hybrid-Solaranlage ein inselfähiges Netz, mit dem sich je nach Kapazität auch ein Blackout zwischen zwei und zehn Tagen locker überbrücken ließe. Es sind noch weitere Funktionen möglich, so etwa das Ansteuern einer Wärmepumpe, wenn die Solaranlage einen Stromüberschuss produziert. Ein spezieller „Inselausgang“ kann diejenigen Verbraucher versorgen, die ausschließlich mit Solarstrom betrieben werden sollen. Das könnte zum Beispiel die Waschmaschine sein. Sollte der Solarstrom aktuell nicht genügen, verzichten die Bewohner auf deren Betrieb, um dafür nicht teuren öffentlichen Strom zu verbrauchen.

Hinweis: PV-Anlagen, die eine Verbindung zum öffentlichen Stromnetz herstellen, sind anzumelden. Sollte ihre Leistung 600 Watt überschreiten, muss sie ein Elektriker abnehmen.

Was leisten Hybrid-Solaranlagen?

Übliche Pakete können beispielsweise 10 bis 13 kWp leisten (übliche Leistung auf einem Eigenheimdach) und als dreiphasiges Komplettset mit einem Lithiumspeicher für 7,68 kWh ausgeliefert werden. So eine Anlage kann bei günstiger Lage pro Jahr über 18.000 kWh selbst erzeugen. Es gehört dazu ein dreiphasiger Wechselrichter mit einem Smart Meter, das die Produktion genau überwacht. Moderne Solarmodule sind häufig als Schindelmodule ausgeführt. Zum Lieferumfang einer solchen Hybrid-Solaranlage können demzufolge gehören (praktisches Beispiel eines Anbieters):

• 26 Stück 415 Watt Schindelsolarmodule mit je 415 Watt kWp
• 1 Wechselrichter
• 1 dreiphasiges Smart Meter inklusive Kommunikationskabel (5 m)
• 1 WiFi-Modul zur Onlineüberwachung
• 2 Paar Solarstringkabel zum Wechselrichter (15 m Länge, 6 mm²)
• 1 Batteriemanagementsystem inklusive Kabelsatz
• 3 Stück Lithiumspeicherbatterien mit 2,56 kWh Leistungsaufnahme, 48 V, inklusive Kabelsatz und Untergestell

Mit einer Hybrid-Solaranlage dieser Art ist es möglich, bei täglich durchschnittlich fünf Sonnenstunden pro Jahr über 18.000 kWh Solarstrom wahlweise in das eigene Hausnetz oder in die Solarbatterie einzuspeisen. Die Schindelsolarmodule produzieren auch bei Teilverschattung oder diffusem Licht noch ausreichend viel Strom. Das Basisset lässt sich per Plug&Play aufbauen, sodass es geschickte Heimwerker sogar selbst installieren könnten – sie müssen es nur dem Netzbetreiber melden und durch einen Elektriker abnehmen lassen. Die Solaranlage lässt sich auch aufrüsten. Im beschriebenen Fall könnten die Anwender zum Beispiel 10 statt 3 Batterien kaufen und damit auf 25,6 kWh Speicherkapazität kommen.

Der verwendete Hybrid-Wechselrichter arbeitet On-Grid. Das bedeutet: Er funktioniert netzparallel. Dadurch ist die Hybrid-Solaranlage anmeldepflichtig. Der Vorteil besteht darin, dass bei zu geringem Stromfluss aus der PV-Anlage oder der Batterie automatisch Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen wird. Jedoch ist die Anlage zusätzlich mit einem Off-Grid-Anschluss (EPS-Ausgang) ausgestattet. Dieser ermöglicht es, bei einem Ausfall des öffentlichen Stromnetzes aus der PV-Anlage oder den Batterien Strom im einphasigen Betrieb zu beziehen. Der Wechselrichter verfügt über zwei MPPT-Eingänge, die sich ideal für die Ost-West-Ausrichtung der Schindelmodule eignen.

Meldung an den Netzbetreiber

Nachdem der Elektriker die Anlage abgenommen hat, kann sie an den Netzbetreiber gemeldet werden. In der Regel übernehmen die Fachfirmen diese Meldung, die auch die Abnahme vornehmen. Sie erfolgt gemäß VDE-AR-N4105:2018. Die gesetzlich vorgeschriebene ENS (Freischalteinrichtung ENS nach VDE-AR-N4105) enthält der Wechselrichter bereits.

Vorteile der Schindelsolarmodule

Die sogenannten Schindelsolarmodule werden overlapping (wie Dachschindeln) verlegt. Sie basieren auf einer hocheffizienten Technologie wahlweise mit mono- oder polykristallinen Solarzellen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarmodulen verfügen sie über keine Hauptleiterbahnen (sogenannte Busbars), weil deren Funktion die Solarzellen selbst übernehmen. Dafür unterteilt das System ein Schindelmodul in einzelne, kleinere Zellen, die überlappend gelegt werden. Die Bauweise hat viele Vorteile. So steigt der Ertrag, weil auf jede einzelne Solarzelle mehr Sonnenlicht trifft. Das Leistungsplus wirkt sich bei schwachem Licht und bei Verschattung aus: Selbst bei einer Teilverschattung bringen die in der Sonne liegenden Zellen noch ihre volle Leistung. Dies behebt das Problem, eine Dachfläche zu finden, die durchgängig Sonnenlicht erhält. Vielfach wandert tagsüber etwas Schatten über das Dach, der bei Schindelsolarmodulen kein großes Problem darstellt.

Nicht zuletzt liefern diese Solarmodule auf kleinerer Fläche mehr Leistung, weil zwischen den einzelnen Zellen geringere Abstände herrschen. Der Verzicht auf die Busbars hat noch einen weiteren Vorteil: An heißen Tagen, an denen normalerweise die Leistung einer PV-Anlage etwas sinkt (siehe oben), leisten Schindelsolarmodule mehr, weil keine Busbars mit ihrem elektrischen Widerstand Wärme produzieren. Die Module bleiben also etwas kühler. Die Schindelmodule sind auch sehr robust.

Verwendeter Hybrid-Wechselrichter

Moderne Hybrid-Solaranlagen arbeiten mit einem multitaskingfähigen Hybrid-Wechselrichter. Das bedeutet: Neben seiner Funktion als PV-Wechselrichter verfügt er auch über eine integrierte Batteriespeicherfunktion. Das ist für die Hybrid-Solaranlage maßgebend, denn schließlich geht es darum, den Strom automatisch wahlweise für den aktuellen Verbrauch zu nutzen oder in die eigenen Speicher einzuspeisen, damit die Anlage ihre volle Effizienz erreicht. Es ist zu empfehlen, die Speicherkapazität nicht zu niedrig zu dimensionieren, also ruhig über ein Basisset hinaus noch einige Speicher anzuschaffen. An vielen sonnigen Tagen hintereinander sind zu wenige Speicher nämlich trotz Eigenverbrauchs schnell voll. Dann würde Strom verpuffen (die Anlage regelt automatisch ab), wenn er nicht ins öffentliche Netz eingespeist wird, was ja viele Betreiber gar nicht mehr wünschen. Möglich wäre dies natürlich, doch es würde noch einen gesonderten Zähler voraussetzen, der eingespeiste Strom muss auch sauber abgerechnet und versteuert werden.

Da es sich meistens nur um sehr wenig Strom handelt, finden viele Eigenheimbesitzer diesen Aufwand nicht mehr lohnenswert. Die Einspeisevergütung sinkt schließlich Jahr für Jahr ab. Der Hybrid-Wechselrichter lässt sich natürlich auch ohne Solarbatterien betreiben, das ist aber ausdrücklich nicht zu empfehlen! In dieser Hinsicht hat das Jahr 2022 neue Tatsachen geschaffen. Seit dem Ausbruch der Energiekrise infolge des Ukraine-Krieges droht uns das ernsthafte Szenario eines Blackouts (flächendeckender, unerwarteter Stromausfall) oder zumindest des Brownouts (gezielte, angekündigte und nur stundenweise regionale Stromabschaltungen). Wer nun über eine Solaranlage mit ausreichend viel Speicherkapazität verfügt, kann sich beruhigt zurücklehnen.

Selbst das Basisset mit seinen drei Batterien zu 2,56 kWh überbrückt rund einen Tag und eine Nacht, selbst wenn die PV-Module an diesem Tag wegen schlechten Wetters nur sehr wenig Strom liefern. Hinzu kommen die gestiegenen Strompreise. Ob diese jemals wieder sinken, weiß niemand. Daher schätzen sich Besitzer einer autarken Solarstromversorgung derzeit sehr glücklich. Dazu gehören aber ausreichend viele Batterien.

Welche Aufgabe übernimmt der Smart Meter?

Hierbei handelt es sich um ein Messgerät, das diese Bereiche überwacht:

• Solarstromproduktion
• aktueller Stromverbrauch im Haus
• Entnahme direkt vom Wechselrichter
• Entnahme aus den Batterien
• Einspeisung in die Batterien
• Entnahme aus dem öffentlichen Netz
• gegebenenfalls Abgabe ins öffentliche Netz

In der Regel kommen bei den modernen Hybrid-Solaranlagen Multifunktions-LCD-Drehstromzähler zum Einsatz, die sich für DIN-Hutschienen mit einer S0-Modbus-Schnittstelle eignen. Die Bedienung funktioniert intuitiv mit touchsensitiven Tasten.