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SSG-Speicherlösungen im Eigenbau, Stand Frühjahr 2024

Wer für sein Balkonkraftwerk einen rentablen Stromspeicher haben will, kam bis 2024 um einen Eigenbau nicht herum, allein schon wegen der Batteriepreise. Außerdem muss man sich technisch gut auskennen und einige Arbeit investieren, um eine effiziente Regelung hinzubekommen. In diesem Abschnitt einige Hinweise und Beispiele, wie es gelingen kann und wie es (nicht) wirklich effizient wird.

Implementierung der Speicher-Regelung

Wie im Abschnitt über Regelungsstrategien erklärt, ist die wesentliche Eingangsgröße der Regelung eines Speichers der Gesamt-Leistungssaldo am externen Netzanschluss des Haushalts. Er lässt sich mit digitalem Zugang an einem modernen Stromzähler oder mit einem Zusatzgerät im Unterverteiler messen, wie im Abschnitt Gesamt-Strommessung beschrieben.

Über das Leistungssaldo sollte ein am Speicher angeschlossener dynamisch drosselbarer Netzwechselrichter so geregelt werden, dass durch Entladung des Speichers zumindest ein Teil der Haushalts-Last kompensiert wird, aber nicht durch zu starke Entladung Energie aus dem Speicher ins externe Netz eingespeist und damit verschenkt wird.

Wenn der Wechselrichter, der zur Entladung des Speicherbatterie verwendet wird, mehrere Eingänge hat, kann man an die übrigen Eingänge auch noch direkt PV-Module anschließen, deren Ertrag dann nicht über die Batterie gepuffert wird.

Für die Ladung des Speichers ist es eine grundsätzliche Entscheidung, ob diese DC- oder AC-gekoppelt geschehen soll.

Die (Lade- und) Entladeregelung wird auf irgendeine Weise programmiert und muss ständig laufen, z.B. auf einen etwas stärkeren Einplatinen-Computer wie Raspberry Pi 4 oder nebenbei auf einem Home-Server. Meist erfolgt die Programmierung unter Zuhilfenahme einer Heimautomatisierungs-Software.

Home Assistant ist da am bekanntesten. Das bietet eine recht hübsche und flexible grafische Bedienungs-Oberfläche, sowie eine relativ einfache Anbindung von Hardware-Komponenten z.B. von Shelly, aber hat eine grauenhafte YAML -und Python-basierte Programmierumgebung mit nur teilweise hilfreicher Dokumentation und schlechter Debugging-Unterstützung.

Wesentlich angenehmer programmierbar ist wohl die Perl-basierte „Freundliche Hausautomation und Energie-Messung“ (FHEM).

Weitere Möglichkeiten sind der iobroker und das Projekt Solaranzeige.de für Raspberry Pi.

Betrieb eines Mikrowechselrichters an einer Batterie

Wie im Abschnitt zum Anschluss von PV-Modulen näher ausgefährt, muss unbedingt die maximale Wechselrichter-Eingangsspannung eingehalten werden, während der erlaubte Eingangsstrom weniger kritisch ist. Die Verwendung eines Solar-Mikrowechselrichters zur Ausspeisung der in einer Batterie gespeicherten Energie ist bei den meisten Modellen nicht vorgesehen. Das kann zu besonderen Effekten führen, nachdem eine Batterie deutlich höhere Ströme (meist über 100 A) liefern kann als PV-Module.

Beim Anschließen eines Wechselrichters werden eingangsseitig im Gerät relativ große Kondensatoren aufgeladen (bei Hoymiles mit 4 × 2,7 mF je Eingang). Bei direkter Verbindung an eine Batterie erreicht aufgrund ihres sehr geringen Innenwiderstands je nach Batterie, BMS, Verkabelung und Wechselrichter-Modell die Spitze des Einschaltstroms (engl. inrush current) innerhalb der ersten Millisekunde oft mehr als 250 A — und zwar auch deutlich über das hinaus, was BMS und ggf. eine zusätzliche Sicherung an (Dauerstrom-)Begrenzung geben. Das macht sich durch einen Einschaltfunken bemerkbar. Viele befürchten zumindest längerfristig ein gewisses Beschädigungsrisiko. Um das auszuschließen, kann man beim Anschließen des Wechselrichters den Eingang zum Sanftanlauf (engl. soft start) „vorladen“, wozu es relativ einfache Möglichkeiten gibt:

Wenn vorhanden, eine entsprechende Soft-Start-Funktion der Batterie nutzen.
Die Verbindung zunächst nur über einen Widerstand mit ca. 500 Ohm und 5 W Belastbarkeit herstellen, der nach ein paar Sekunden ersetzt oder zumindest überbrückt wird.
Bei DC-Kopplung den Wechselrichter-Eingang tagsüber erst mal über den Solarlader mit den PV-Modulen verbinden und dann erst die Batterie zuschalten.

Allerdings sind für Kondensatoren transiente Ströme — auch sehr große — nicht schädlich. Die Zuleitungen könnten bei extrem hohen Strömen Schaden nehmen, aber die Eingangs-Leiterbahnen von Solarwechselrichtern wie denen von Hoymiles sind sehr massiv. Am ehesten leiden die Kontakte, die beim Anschließen verbunden werden, aber das geschieht auch nicht sehr oft, und sie liegen ja außerhalb des Wechselrichters. Also kann man sich bei den üblichen Solarwechselrichtern einen Schutz vor hohem Anschluss-/Einschaltstrom einfach sparen.

Zu empfehlen ist aber, einen Leitungsschutzschalter (LSS) zwischen Batterie und Wechselrichter einzusetzen. Wie hier näher ausgeführt, mildert er den Einschaltimpuls etwas ab und erlaubt eine bequemere Schaltung als z.B. das Stecken von MC4−Verbindern. Sollte er wegen Einschalt-Überstrom auslösen, genügt es meistens, ihn gleich nochmals einzuschalten, weil sich die Eingangs-Kondensatoren im Wechselrichter zuvor schon größtenteils aufgeladen haben.

Ein anderes Risiko ist, dass die MPPT-Regelung eventuell nicht ausreichend bzw. nicht schnell genug auf ein überhöhtes Stromangebot reagiert, womit ihr Innenwiderstand zu lange zu niedrig bleibt, was z.B. Leistungstransistoren zerstören kann. Um das auszuschließen, kann eine generelle Strombegrenzung z.B. durch einen DC-DC-Wandler vorgeschaltet werden, was allerdings aufwendig ist und zu ständigen Leistungsverlusten führt.

Die üblichen Hoymiles-Geräte, z.B. HM-300, HM-800 und HM-1500, funktionieren zumindest an einer 24 V Batterie nach der Erfahrung vieler Nutzer auch ohne besondere Maßnahmen problemlos. Auch z.B. ein Deye Sun 600, wobei der nicht dynamisch regebar ist und dann konstant etwa 270 W je Eingang liefert. Ein Eingang meines billigen Mars Rock SG-700W hat den Test allerdings nicht bestanden und ist nun tot, nachdem sich das Gerät beim Hochfahren des MPPT nach ein paar Sekunden überlastet hat.

Auf jeden Fall ist v.A. zum Brandschutz bei möglichen Kurzschlüssen empfehlenswert, möglichst nahe am Ausgang der Batterie eine passend dimensionierte Sicherung bzw. Schutzschalter (mit z.B. 63 A) einzusetzen.

Bei Hoymiles-Wechselrichtern gibt es an 24 V Batterien allerdings ein weiteres Problem: Bei höheren Limit-Werten (also im oberen Leistungsbereich) kommt es zu groben Abweichungen vom Sollwert. Die Erklärung dafür ist, dass sie an jedem Eingang eine interne Strommessung haben, bei der ab 10 A Eingangsstrom allmählich eine Sättigung eintritt. Das entspricht (bedingt durch den Wirkungsgrad) bei 25,5 V Eingangsspannung etwa 240 W Ausgangsleistung je Eingang. Bei einem HM-300, der nur einen Eingang hat, entspricht das 70% Limitierung. Über diesem Wert steigt bis etwa 77% Limitierung die reale Ausgangsleistung überproportional an, während die über die DTU (data transfer unit) gemeldete Ausgangsleistung langsamer steigt, und zwar auf knapp 240 W. Jenseits der 77% stagniert die gemeldete Eingangs- und Ausgangsleistung, und die tatsächliche Ausgangsleistung verbleibt bei knapp 320 W.
Um Feedback über die tatsächliche aktuelle Ausgangsleistung des Hoymiles zu erhalten, sollte man da also nicht den über die DTU gelieferten Daten trauen, weil sie besonders bei höheren Werten stark von der Realität abweichen. Stattdessen kann man sehr gut z.B. einen Shelly Plus 1PM verwenden, welcher verlässliche Daten im Sekundentakt bietet.

Relativ einfache und günstige Lösung: OpenDTU-OnBattery

Inzwischen gibt es eine relativ einfache und kostengünstige Möglichkeit, mit wenig Arbeitsaufwand und ohne eigene Programmierung zu einer recht effizienten Speicherlösung für ein SSG/Balkonkraftwerk zu kommen, und zwar dank des Projekts OpenDTU-OnBattery. Dies ist eine Weiterentwicklung der OpenDTU, welche wie im Abschnitt zur Einspeisung aus einer Batterie beschrieben einen Mikrocontroller zur offenen Kommunikation per WLAN mit einem Hoymiles-Wechselrichter einrichtet.

Bild: OpenDTU-OnBattery.jpg

Der Clou dabei ist, den OpenDTU Mikrocontroller auch gleich zur PV-Leistungs- und lastbasierten Regelung der Einspeisung des Wechselrichters zu verwenden, statt irgendwo anders z.B. Home Assistant oder iobroker laufen lassen zu müssen.
Zudem wird natürlich ein dreiphasiges Leistungsmessgerät mit Dateninterface (Shelly (Pro) 3EM, Eastron SDM oder Stromzähler-Lesekopf mit Tasmota-Software) benötigt, um den aktuellen Leistungssaldo des Haushalts in Sekundenauflösung zu erhalten.
Die Ladung des Speichers erfolgt (meist) effizient mit DC-Kopplung, und zwar über einen Solar-Laderegler von Victron, dessen VE.Direct interface zur Regelung benötigt wird, weil sich damit die PV-Leistung abfragen lässt. Je nach der maximalen Gesamtspannung der hierbei meist in Reihe geschalteten PV-Module genügt teils schon ein BlueSolar 75/15 und ansonsten normalerweise ein 100/15 (der 100 V Eingangsspannung verträgt).
Der auf dem Bild dargestellte Victron SmartShunt dient der genauen Messung des Batterie-Ladezustandes usw., ist aber nicht nötigt. Die Batteriespannung muss für den (direkten) Anschluss des Wechselrichters mindestens 24 V betragen, was von allen Victron-Varianten unterstützt wird. Für eine Batteriespannung von 48 V eignet sich etwa der 100/20.
Die aktuelle Batteriespannung kann über ein BMS-Interface, den Laderegler und den Wechselrichter abgefragt werden, benötigt also kein Extra-Gerät.
Außerdem werden nur noch ein USB-Anschluss o.ä. zur Stromversorgung sowie ein paar Kabel zur Verbindung von Laderegler, Batterie und Wechselrichter gebraucht.
Bei Betrieb des Speichers z.B. auf dem Balkon empfiehlt sich eine Heizmatte mit Thermostat, um die Batterie auch bei Minustemperaturen laden zu können.

Hier die Übersicht der konfigurierbaren Regelungsparameter.
Der Regelungsalgorithmus, welcher in der C++-Quelldatei PowerLimiter.cpp implementiert ist, arbeitet im Wesentlichen wie folgt:
Berechne in einer Endlosschleife immer wieder einen neuen Zielwert (Limit) für die Wechselrichter-Ausgangsleistung, sende ihn an das Gerät und warte, bis positive Rückmeldung erfolgt, was beim Hoymiles meist 5-10 Sekunden dauert. Für den Zielwert, der im Wesentlichen aus der aktuellen Last durch den Hauhalt und der PV-Leistung bestimmt wird, gibt es verschiedene Fälle:

Batterie-Ladezustand	PV-Leistung	verwendeter Zielwert (Wechselrichter-Limit)	Auswirkung auf die Batterie
gering	< 20 W	0 (Wechselrichter aus)	ggf. Ladung mit PV-Leistung
gering	≥ 20 W	min(Last, PV−Leistung)	ggf. Ladung mit PV-Überschuss
nicht gering oder voll und Bypass nicht erlaubt		Last	Entladung wenn Last > PV−Leistung, sonst Ladung mit PV-Überschuss (außer wenn voll)
voll und Bypass erlaubt		max(Last, PV−Leistung)	Entladung wenn Last > PV−Leistung, keine Ladung

Die Regelung ist so flink wie möglich, aber berücksichtigt nicht die bei Betrieb an einer 24 V Batterie teils groben Abweichungen eines Hoymiles-Geräts von großen Limit-Sollwerten.

Geht man davon aus, dass ein SSG mit Hoymiles-Wechselrichter bereits vorhanden ist und angesichts dessen, dass für ein SSG eine Nenn-Speicherkapazität von 1,28 kWh ausreichend ist, ergeben sich (Stand März 2024) bei günstigem Einkauf in etwa folgende Kosten:

LiFePO4-Batterie 25,6 V 50 Ah mit BMS: 200€
Victron MPPT Laderegler: je nach Variante ca. 70€
Shelly 3EM: 80€
ESP32-Mikrocontroller plus passendes WLAN-Modul, fertig konfektioniert: 30€
Heizmatte mit Thermostat: 20€
Kleinteile wie Kabel und Stecker: 20€

Das ergibt in Summe 420€. Wie hier ausgeführt, lassen für ein Balkonkraftwerk in einem Durchschnittshaushalt mit effektiv 1 kWh Speicherkapazität etwa 200 kWh zusätzlicher Eigenverbrauch pro Jahr erzielen, was ungefähr 60€ entspricht. Damit amortisiert sich diese Speicherlösung in etwa 7 Jahren.

Weiteres Beispiel für DC-gekoppelten Speicher

Siehe hier im Abschnitt ‘Beispiele’.

Ladung des Stromspeichers

Wie im Abschnitt über Lade-Kopplung des Speichers erklärt, kann diese DC-seitig oder AC-seitig erfolgen.

Bei DC-Kopplung bietet es sich an, einen Solar-Laderegler zu verwenden, denn der kümmert sich automatisch um die Regelung der Batterieladung. Unabhängig davon, dass ein Wechselrichter angeschlossen und zeitweise mehr oder weniger aktiv ist, versucht der Laderegler immer, die Batterie voll zu machen. Je nachdem, wie viel Strom der Wechselrichter liefern soll, nimmt er dem Ausgang des Ladereglers bzw. der Batterie entsprechend Strom weg, so dass zum Laden der Batterie weniger oder gar nichts mehr übrig bleibt. Wenn der Wechselrichter sich mehr Strom nimmt als der Laderegler liefert, wird die Batterie entladen.
Für eine optimale lastabhängige Regelung muss also der Laderegler nicht von außen gesteuert werden, sondern es genügt, die Ausgangsleistung des Wechselrichters so anzupassen, dass der aktuelle Leistungssaldo am Einspeisepunkt der Haushalts (der sich aus Haushalts-Last abzüglich PV-Leistung und bisheriger Ausgangsleistung des Wechselrichters ergibt) möglichst Null ist, jedenfalls nicht negativ. Je nachdem, ob dabei die Differenz aus aktueller PV-Leistung und Abruf durch den Wechselrichter positiv oder negativ ausfällt, wird der Speicher mit dieser Differenz-Leistung geladen oder entladen.

Mit etwas Eigenarbeit lässt sich mit Hilfe von OpenDTU-OnBattery und einem Victron-Laderegler zur DC-Kopplung eine günstige und effiziente Lösung zusammenbauen. Wenn die Anlage außerhalb des Hauses steht, sollte man für den Betrieb im Winter den Speicher mit einer Heizung versehen und gegen Kälte isolieren. Dafür bietet sich Wärmematte mit Thermostat an, welche es auch schon für 15€ gibt. Die Heizmatte braucht nur dann aktiv sein, wenn bei unter 0°C die Sonne scheint.

Bei AC-Kopplung erfolgt die Speicher-Ladung unabhängig von der PV-Erzeugung und erfordert ein steuerbares 230 V-Ladegerät mit extra Regelung.

Für eine kleine Anlage kann man zur AC-Kopplung wie in diesem Video beschrieben ein regelbares Netzteil wie den MeanWell HLG-600H-30AB LED-Treiber verwenden und über einen Shelly Plus 0-10V Dimmer) und geeignete Software so steuern, dass PV-Überschuss in die Batterie geladen wird.

Bild: MeanWell_HLG-600H-36AB-im_Schaltkasten.jpg Die Steuerung kann auch über einen Mikrocontroller erfolgen, der ein PWM-Signal erzeugt, das dann in ein 0-10 V Analogsignal gewandelt wird, wie in diesem Vorgänger-Video erklärt.

Manche verwenden zu diesem Zweck ein Meanwell NPB Batterieladegerät, welches über sein CAN-Bus-Interface verfügt und über einen Trucki2MeanWell Gateway (T2MG) Stick gesteuert werden kann. Allerdings sind als Ladestrom offenbar nur 50-100% des Nennstroms einstellbar. Außerdem wird jede Änderung normalerweise ins interne EEPROM gespeichert, was bei sehr vielen Schreibzugriffen das Gerät beschädigen würde, weshalb man ihre Frequenz z.B. auf 30 Sekunden einschränken sollte — bzw. bei Modellen ab 2024 kann man diese Schreibfunktion wohl abschalten.

Wie im Abschnitt über Regelungsstrategien beschrieben, sollte die Aufladung der Batterie zu jeder Zeit nur in dem Maße erfolgen, wie der PV-Strom gerade nicht anderweitig direkt genutzt werden kann (Lastvorrang). Das optimiert die Speichernutzung in mehrfacher Hinsicht:

Eine Speicherung ist im Vergleich zur direkten Nutzung immer mit zusätzlichen Verlusten verbunden.
Je intensiver eine Batterie genutzt wird, desto schneller sinkt ihre Kapazität — daher sollte die Zahl der Lade-/Entladezyklen nicht unnötig groß sein.
Je voller der Strompuffer ist, desto größer die Wahrscheinlichkeit, dass er keine zusätzliche Ladung mehr aufnehmen kann und der Überschuss verloren geht.

Der Lastvorrang bringt für die Effizienz fast so viel wie eine optimale lastabhängige Entnahme aus der Batterie.

Konstanteinspeisung

In diesem und dem folgenden Abschnitt werden für die Entnahme von Energie aus einem Stromspeicher verschiedene Strategien und mögliche Umsetzungen mit einem Netzwechselrichter behandelt.

Die einfachsten Anlagen verwenden eine Konstanteinspeisung, wobei der Netzwechselrichter immer die gleiche Leistung abgibt. Eine zeitgesteuerte Variante wird Nachteinspeisung genannt.

Anlagen mit Konstanteinspeisung, bei der die PV-Erzeugung nur in den Speicher geleitet wird (also ohne Überschussableitung oder eine deutlich aufwendigere lastabhängige Batterie-Regelung), bringen selbst bei optimierter Wahl der Entnahmeleistung sehr wenig, weil bei voller Batterie relativ viel überschüssige Energie verloren geht. Eine höhere konstante Entnahmeleistung oder eine Überschussableitung verringert zwar den Komplettverlust des Überschusses, führt aber dazu, dass mehr Energie im Haushalt nicht genutzt und stattdessen ins externe Netz abgegeben wird.

Bei einer Konstanteinspeisung sollte man die Einspeiseleistung so einstellen, dass sie sicher unter der Minimallast bleibt und anderseits so hoch ist, dass man die gespeicherte Energie auch bis zum nächsten Laden verbraucht. Auch sollte man irgendwie dafür sorgen, dass maximal so viel geladen wird, wie gerade tatsächlich an PV-Überschuss vorliegt (also die aktuelle Erzeugung größer als der Verbrauch ist), aber auch nicht zu wenig geladen wird, so dass der Speicher am Ende des Tages möglichst voll ist. Je größer die Speicherkapazität im Vergleich zum Verbrauch und zur Erzeugung, desto schwieriger ist das ohne lastabhängige Regelung hinzubekommen.
Viele scheitern schon an der Bestimmung der Minimallast, den diese ist geringer als etwa die (leichter bestimmbare) Durchschnittslast in der Nacht. Wer die Konstanteinspeisung auf die nächtliche Durchschnittslast einstellt, verschenkt über die meiste Zeit, wo periodisch laufende Geräte wie Kühlschränke nicht laufen, mehr oder weniger teurer gespeicherten Strom.

Wenn die o.g. Balkonanlage mit 1 kWh Pufferspeicher nur eine Konstanteinspeisung verwendet (wobei hier eine Entladeleistung von nur 40 W optimal ist), ergibt sich mit der optimalen Ladestrategie eine Steigerung des Jahres-Eigenverbrauchs durch die Speichernutzung um immerhin 115 kWh auf 575 kWh. Das sind allerdings 65 kWh weniger als wenn auch die Entladung lastoptimiert wäre, weil 66 kWh nicht genutzt und ins externe Netz abgeführt werden.
Eine Erhöhung der nutzbaren Speicherkapazität auf 2 kWh brächte nur 10 kWh mehr.

Die hier aufgeführten Entnahme-Varianten geben keinen Lastvorrang, sondern führen den erzeugten Solarstrom vorzugsweise in die Batterie. Das ist natürlich am einfachsten, hat aber den großen Nachteil, dass zu den Zeiten, wo die Batterie voll ist, viel PV-Energie verloren geht — etwa an sonnenreichen Tagen am Nachmittag, wenn die Solarleistung relativ groß ist im Vergleich zur Batteriekapazität bzw. dem Verbrauch durch die Grundlast.

Wenn die Anlage eine Konstanteinspeisung hat und den PV-Strom nur auf diese Weise nutzt, ergibt sich Folgendes: Selbst bei optimierter Entnahmeleistung (in diesem Fall 180 W) bringt die Batteriepufferung fast nichts: der Eigenverbrauch steigt durch Speichernutzung gerade mal um 29 kWh auf 489 kWh. Das liegt hier vor Allem an einer Netzeinspeisung von 74 kWh und am Verlust durch Überlauf von 29 kWh, außerdem an Lade- und Speicherverlusten von 38 + 30 kWh bei 631 Vollzyklen.
Eine Erhöhung der nutzbaren Kapazität auf 2 kWh brächte immerhin einen Eigenverbrauch von 532 kWh bei einer dann optimalen Konstanteinspeisung von 125 W.

Man kann bei Konstanteinspeisung mit einer zusätzlichen Überschussableitung (Bypass) dafür sorgen, dass bei vollem Speicher der Solarstrom an der Batterie vorbei geleitet wird (und zwar möglichst in den Netzwechselrichter, der auch zur Ausspeisung aus der Batterie verwendet wird). In diesem Fall sind für die Konstanteinspeisung etwa 100 W Entnahme optimal, und der Eigenverbrauch steigt durch die Speichernutzung ein wenig mehr, nämlich um 54 kWh auf 514 kWh.
Eine Erhöhung der nutzbaren Kapazität auf 2 kWh brächte einen Eigenverbrauch von 539 kWh, wobei die optimale Leistung der Konstanteinspeisung hier bei 110 W liegt.

Das Signal für die Überschussableitung wird wohl am besten vom Laderegler kommen (z.B. optisch über die Ladekontrollleuchte). Es kann aber auch von der Batteriespannung abhängig gemacht werden, wobei dann auch (meist ohne Probleme) vorkommen kann, dass Laderegler und Wechselrichter gleichzeitig aktiv sind.

Wenn man schon einen Solar-Wechselrichter hat und diesen für eine ganz einfache Netzeinspeisung verwenden möchte, könnte es schon genügen, ihn (über eine Sicherung und wenn nötig eine gesonderte automatische Unterspannungsabschaltung) mit der Batterie zu verbinden und nach Bedarf über einen Schalter zu steuern — natürlich nur, wenn die Batteriespannung im Eingangsspannungsbereich des Wechselrichters liegt und es passt, ihn mit seiner vollen oder fest limitierten Leistung zu betreiben. Dazu kann man beispielsweise einen auf 300 W begrenzten PV-Eingang nutzen oder die Drosselung konfigurieren, wie man es z.B. beim Deye selbst machen oder vom Kundendienst (Mail an service@deye.com.cn) programmieren lassen kann.

Bild: Netzwechselrichter aus Batterie gespeist Etwas besser ist allerdings, die Einspeisung manuell regelbar zu gestalten. Dazu bietet sich ein Netzwechselrichter wie von Soyosource bzw. PMSUN an, der für die Verwendung an einer Batterie als Quelle ausgelegt ist und dessen Ausgangsleistung innerhalb gewisser Grenzen einstellbar ist.

Wer zudem bereits eine Powerstation hat, kann zwischen ihren Wechselstrom-Ausgang und den Netzwechselrichter ein regelbares Netzteil hängen, wie von Andreas Schmitz vorgeschlagen, was allerdings zu Zusatz-Verlusten durch Hin- und Her-Wandlung des Stroms führt.

Man kann auch einen normalen Solar-Wechselrichter verwenden und ihm einen günstigen Gleichspannungswandler mit regelbarer Strombegrenzung (engl. limiter) vorschalten. Allerdings passiert es dann leicht, dass sich die Regelungen der beiden Geräte ins Gehege kommen. Daher stellt man die Eingangsspannung für den Wechselrichter besser etwas unterhalb des MPPT-Regelungsbereichs ein, aber (zumindest anfangs) oberhalb seiner Anlaufspannung. Außerdem kann es sein, dass der Wechselrichter versucht, stets seine maximale Ausgangsleistung zu liefern, was bei eher geringer Eingangsspannung zu einem entsprechend hohen Eingangsstrom führt, der auch über der Stärke liegen kann, die das Gerät über längere Zeit verträgt. Daher und aus Effizienzgründen ist es zu empfehlen, einen Wechselrichter zu wählen, der direkt elektronisch regelbar ist, und das lastabhängig zu machen.

Auf jeden Fall muss für die Situation, dass die Batterieladung zur Neige geht (bei LiFePO4 spätestens bei 90% Entladung) eine automatische Abschaltung vorhanden sein, damit die Batterie nicht durch Tiefentladung geschädigt wird. Wenn für den Notfall stets eine gewisse Strommenge zur Verfügung bleiben soll, muss die Abschaltung schon entsprechend früher erfolgen.

Wenn der Solar-Laderegler einen Lastausgang mit einstellbarer Schutzabschaltung hat, wie z.B. der Victron BlueSolar, kann man ihn so verwenden, wie Tobias Volk (PV&E) in diesem schönen Video zeigt. Zudem kann dessen Straßenlichtfunktion für die zeitliche Steuerung genutzt werden.

Eine Konstanteinspeisung auch noch zeitlich z.B. auf 18 Uhr abends bis 6 Uhr morgens einzuschränken (also eine Nachteinspeisung) erweist sich aber als völlig kontraproduktiv, weil der Speicher dann sehr oft und schnell überläuft und damit massiv Energie verschwendet wird. Es ergibt sich für die o.g. Anlage selbst bei einer optimierten Entnahmeleistung von 80 W dann nur noch ein Eigenverbrauch von 269 kWh, also im Vergleich zur Basis-Anlage ohne Speicher eine Verringerung um 190 kWh!
Durch Erhöhung der nutzbaren Speicherkapazität auf 2 kWh lassen sich zwar immerhin 398 kWh Eigenverbrauch erreichen, aber auch dann bleibt der Ansatz kontraproduktiv.

Eine zusätzliche Überschussableitung bringt das Ergebnis zwar wieder ins Positive, so dass sich bei dann optimaler Entnahmeleistung von 75 W ein Gewinn an Eigenverbrauch von 33 kWh auf 493 kWh ergibt, aber lohnenswert ist das nicht, denn auch dann fällt der Gewinn immer nach geringer aus als ohne Einschränkung auf die Nachtstunden (wo der Gewinn 54 kWh beträgt).
Eine Erhöhung der nutzbaren Kapazität auf 2 kWh brächte beim Eigenverbrauch nur 10 kWh mehr.

Um die Einspeisung automatisch in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie ein- und auszuschalten, kann man auch einen recht simplen programmierbaren Batteriespannungswächter verwenden, wie im Video von Dimitri gezeigt.

Der Spannungswächter wird so eingestellt, dass er beim Erreichen einer Batteriespannung, die z.B. annähernd einer Vollladung entspricht, den Wechselrichter einschaltet und z.B. in der Nähe der Batterie-Entladeschlussspannung diesen wieder ausschaltet.

Wie oben ausgeführt haben allerdings Anlagen mit Konstanteinspeisung wie die gerade erwähnten Bastellösungen von Tobias Volk (PV&E) und von Dimitri selbst mit zusätzlicher Überschussableitung eine miserable Rentabilität.

Lastgeregelte Einspeisung

Deutlich effizienter als eine Konstanteinspeisung ist es, das Ausspeisen aus einer Speicherbatterie ins Wechselstromnetz lastabhängig zu machen und damit eine Nulleinspeisung zu realisieren.

Ein Netzwechselrichter mit eingebauter lastbasierter Strom-Begrenzungs-Regelung, engl. Grid Tie Inverter with Limiter (GTIL) wie der Sun GTIL von Y&H oder ein ähnliches Gerät von Soyosource ermöglicht eine einphasige Nulleinspeisung ohne Basteln und Programmieren. Man muss nur den Limiter-Sensor im Unterverteiler (Sicherungskasten) an der Phase anbringen, über die die Einspeisung laufen soll. Dann lässt sich der Wechselrichter so einstellen, dass er maximal so viel einspeist wie zum Ausgleich der aktuellen Last auf dieser Phase benötigt wird, wie von Dimitri vorgeführt. Für dreiphasige Anwendung ist gedacht, je Phase ein solches Gerät einzusetzen, was sich eher nur für größere Anlagen lohnt. Man kann sich aber auch einen 3-Phasen-Sensor für ein Gerät zusammenstricken, etwa wie hier beschrieben.

Am Elegantesten und Flexibelsten, aber deutlich aufwendiger ist es, einen per Software regelbaren Netzwechselrichter zu verwenden. Wenn in die Regelung ein elektronisch auslesbarer möglichst dreiphasiger Lastsensor eingebunden wird, lässt sich die Einspeisung abhängig vom aktuellen Stromverbrauch (mit einer gewissen Verzögerung) etwa über OpenDTU-OnBattery so regeln, dass eine Nulleinspeisung erreicht wird. Mehr zum Thema Automatisierungssoftware im Abschnitt zur Implementierung einer Speicher-Regelung.

Eine Möglichkeit wäre, vor einen Netzwechselrichter einen elektronisch regelbaren DC-DC-Wandler zu hängen, z.B. den Joy-IT DPM8616, wobei die Regelung den aktuellen Verbrauch über einen „Volkszähler“ mitgeteilt bekommt, wie in einem Video von Andreas Schmitz vorgeführt, aber das diente eigentlich nur Demonstration der Idee.

Inzwischen recht weit verbreitet ist, einen Hoymiles Wechselrichter zu verwenden und über sein DTU-Interface (Datenübertragungseinheit, engl. data transfer unit oder allgemein telemetry gateway) die nicht-permanente Limitierung seiner Ausgangsleistung zu regeln. Hierbei ist es wichtig, nicht die permanente Limitierung zu verwenden, weil das mit der Zeit den dafür intern verwendenten Flash-Speicher schädigen würde.

An einem Netzwechselrichter der Hoymiles HM-Serie und für manche TSUN-Geräte kann man statt der proprietären DTU von Hoymiles, welche relativ teuer ist und selbst in der eingeschränkten WLite-Variante mindestens 35€ kostet, die offene Bastel-Lösung OpenDTU bzw. AhoyDTU verwenden. Für beide Varianten gibt es schöne Anleitungen wie diese und hilfreiche Videos auf YouTube wie dieses. Wer nicht selbst die Elektronik zusammenlöten kann oder will, findet z.B. auf eBay-Kleinanzeigen auch betriebsfertige Geräte ab 30€, Bausätze ab 20€. Man kann sie sowohl zum Auslesen der PV-Ertrags- und Geräte- Daten als auch zum Steuern des Wechselrichters verwenden.

Leider ist die Reaktionszeit eines Hoymiles-Wechselrichters auf Änderungen des (relativen oder absoluten) Limits recht lang und auch noch sehr ungleichmäßig: er braucht meist etwa 5 bis 10, teils aber auch über 20 Sekunden, um den eingestellten Wert (hoffentlich) zu erreichen. Und wenn man zu schnell (z.B. nach 3 Sekunden) wieder neue Limit-Werte setzt, verhält er sich teils chaotisch. So ist durch seine Trägheit keine sehr flinke und exakte Regelung möglich.
Zudem kommt es an einer 24 V Batterie zu Problemen mit der Limitierung, die am Ende des Abschnitts zum Betrieb an einer Batterie beschrieben sind.

Eine alternative Lösung mit dreiphasiger Lastmessung ermöglicht der Soyosource 1200 in der Variante mit Limiter, wobei der mitgelieferte einphasige Lastsensor hier nicht verwendet wird. Stattdessen wird ein ESP8266 Mikrocontroller an einem RS485-Adapter zur Steuerung mit einer fertigen Software verwendet, wobei er die Lastinformation per WLAN von einem Shelly (Pro) 3EM erhält.