Inselnetz: eigener Strom ohne öffentliches Netz

Wofür dieser Artikel gedacht ist

Der Artikel erklärt, wie ein kleines, eigenständiges Stromnetz aufgebaut ist und wie du es sparsam betreibst. Er enthält bewusst keine Anleitung, ein solches Netz mit der Hausinstallation oder dem öffentlichen Netz zu verbinden – keine Umschaltung, keine Einspeisung über Steckdosen, keine Klemmen- oder Erdungspläne. Das ist Arbeit für eine Elektrofachkraft in Abstimmung mit dem Netzbetreiber, und warum das so ist, steht weiter unten.

Was ein Inselnetz ist – und was nicht

Ein Inselnetz im Sinne dieses Artikels ist ein kleines Stromnetz, das für sich allein steht. Ein Erzeuger liefert Energie, ein Speicher puffert sie, und daran hängen die wenigen Geräte, die wirklich laufen müssen. Die feste Hausinstallation mit ihren Steckdosen, Leitungen in der Wand und dem Sicherungskasten gehört nicht dazu, das öffentliche Netz erst recht nicht.

Die kleinste Form kennst du vielleicht schon: eine Powerstation mit einem Faltpanel. Was eine solche fertige Insel im Haushalt trägt, beschreibt der Artikel „Powerstation und Solar“. Dort steht auch, warum ein Balkonkraftwerk bei Stromausfall nichts liefert – es ist für den Betrieb am Netz gebaut, nicht für die Insel.

Dieser Artikel geht einen Schritt weiter: Er beschreibt eine selbst zusammengestellte Insel aus einzelnen Bausteinen, etwa für eine Hütte oder einen Haushalt, der über Wochen ohne Netz auskommen muss. Der Grundsatz bleibt: Die wenigen wichtigen Geräte hängen direkt an der Insel, statt das ganze Haus versorgen zu wollen.

Die Bausteine und wie sie zusammenspielen

Jede Insel besteht aus vier Teilen. Der Erzeuger wandelt Sonne, Wind, Wasser oder Brennstoff in Strom. Der Laderegler sorgt dafür, dass der Speicher nur so geladen wird, wie es sein Typ verträgt. Der Speicher – eine Bleibatterie oder ein Lithium-Akku mit eigener Schutzschaltung – gleicht aus, dass Erzeugung und Verbrauch fast nie gleichzeitig stattfinden. Die Verbraucher hängen abgesichert und möglichst ohne Umweg am Speicher.

Beim Erzeuger unterscheiden sich die Quellen stark. Ein Solarmodul liefert ohne bewegte Teile, aber nur bei Licht. Wind- und Wasserräder liefern zunächst eine Drehbewegung, die ein Generator erst in Strom wandelt; wie solche Räder arbeiten, zeigt der Artikel „Wind- und Wassermühle“. Ein Stromerzeuger mit Verbrennungsmotor liefert viel Leistung auf Abruf, braucht aber Brennstoff und läuft ausschließlich im Freien.

Für Stromerzeuger nennt die Richtlinie der Netzbetreiber für Notstromaggregate einen Grundsatz, der zur Insel passt: An bestimmte mobile Aggregate sollten Verbrauchsgeräte nur direkt angeschlossen werden. Das Gerät hängt mit seinem eigenen Kabel am Erzeuger – nicht an einer Steckdose der Hausinstallation.

Kleinspannung: warum 12 oder 24 Volt

Die meisten Inseln arbeiten mit 12 oder 24 Volt Gleichspannung, weil Batterien, Laderegler, Leuchten und Radios dafür gebaut sind. Dazu kommt ein Sicherheitsgrund. Die DGUV Regel 103-011 zum Arbeiten unter Spannung gilt nicht für Anlagen bis 50 Volt Wechselspannung oder 120 Volt Gleichspannung, die Kleinspannungsbereiche SELV und PELV. Eine 12- oder 24-Volt-Insel liegt weit darunter.

Der Haken: Bei niedriger Spannung braucht dieselbe Leistung mehr Strom, denn Leistung ist Spannung mal Stromstärke. Ein Gerät, das bei 12 Volt einen bestimmten Strom zieht, braucht bei 24 Volt für dieselbe Leistung nur die Hälfte. Hohe Ströme erwärmen Leitungen – deshalb gehören kurze Wege und ausreichend dicke Kabel zur Kleinspannung. Die Grundlagen dazu erklärt „Strom verstehen“.

Kleinspannung heißt nicht harmlos. Eine Batterie liefert im Kurzschluss einen enormen Strom, Metall glüht, Leitungen brennen. Wie du eine Batterie mit einer Sicherung nah am Pluspol schützt und sicher lädst, beschreibt der Artikel „Die 12-Volt-Welt“.

Sobald ein Wechselrichter im Spiel ist, verlässt du die Kleinspannung: Er erzeugt Netzspannung, und die ist an der Insel genauso gefährlich wie in der Wand. Nutze ihn nur für die Geräte, die nichts anderes kennen, und schalte ihn ab, wenn nichts daran hängt.

Energiebilanz: den Bedarf in Wattstunden abschätzen

Eine Insel ist so gut wie ihre Rechnung. Die Grundformel ist einfach: Leistung in Watt mal Betriebsstunden ergibt Wattstunden. Das rechnest du für jedes Gerät, das am Tag laufen soll, und addierst. Die Summe ist dein Tagesbedarf – der Speicher muss ihn über die Nacht und über trübe Tage tragen, der Erzeuger muss ihn im Mittel wieder hereinholen.

Die Watt-Zahl steht auf dem Typenschild; genauer ist es, sie zu messen, solange das noch geht. Die Tabelle zeigt den Rechenweg mit angenommenen Werten – ein Beispiel, kein Richtwert für deine Geräte.

Beim Erzeuger zählt vor allem die Jahreszeit. Der Deutsche Wetterdienst nennt als mittlere Monatssumme der Globalstrahlung für Deutschland im Zeitraum 1991 bis 2020 für den Dezember unter 20 kWh/m², für Juni und Juli über 160 kWh/m². Im Winter kommt also weniger als ein Achtel der Sommerenergie an. Eine Solarinsel, die im Juli locker reicht, reicht im Dezember nicht – plane sie für den dunkelsten Monat oder nimm im Winter einen zweiten Erzeuger dazu.

Jede Wandlung kostet zusätzlich Energie, vor allem der Umweg über den Wechselrichter, und eine Batterie gibt nicht alles zurück, was hineingeladen wurde. Rechne deshalb mit Reserve.

Priorisieren: was zuerst abgeschaltet wird

In einer Insel gibt es keinen Nachschub von außen. Wenn der Speicher sinkt, entscheidest du, was weiterläuft – besser vorher in Ruhe als nachts bei fast leerer Batterie. Die folgende Einteilung ist eine Einschätzung der Redaktion, keine Norm.

Wärme mit Strom zu erzeugen, ist in einer kleinen Insel fast immer die teuerste Lösung: Heizlüfter, Wasserkocher und Herdplatte leeren einen Speicher, der Licht und Radio tagelang trägt, in kurzer Zeit. Ist jemand auf ein strombetriebenes medizinisches Gerät angewiesen, steht es an erster Stelle, und der Bedarf wird mit Arzt und Hersteller geklärt, solange das möglich ist.

• Stufe 1, läuft immer: lebenswichtige Geräte, etwas Licht, ein Radio für Informationen.
• Stufe 2, läuft bei guter Ladung: Kühlung, Laden von Handy und Lampen, eine Wasserpumpe.
• Stufe 3, läuft nur bei Überschuss: Werkzeug, Unterhaltung, alles mit Wechselrichter.
• Bei sinkender Ladung zuerst Stufe 3 abschalten, dann Stufe 2 – nie umgekehrt.
• Große Verbraucher dann einschalten, wenn der Erzeuger gerade liefert, etwa mittags bei Sonne.

Warum die Insel nie ans Hausnetz darf

Der naheliegende Gedanke ist, die Insel über eine Steckdose ins Haus zu führen. Genau das darf nicht passieren. Eine Steckdose ist mit der ganzen Hausinstallation verbunden, und die hängt am öffentlichen Netz. Wer dort einspeist, legt Spannung auf Leitungen, die andere für stromlos halten.

Die Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse (BG ETEM) beschreibt, wie an elektrischen Anlagen gearbeitet wird: allseitig freischalten, gegen Wiedereinschalten sichern, Spannungsfreiheit feststellen. Mit dem Feststellen der Spannungsfreiheit wird auch ausgeschlossen, dass durch Ersatzstromversorgungsanlagen, Rücktransformation oder Hilfseinspeisung noch Spannung anliegt. Schwere Unfälle entstehen laut BG ETEM immer wieder, wenn jemand eine freigeschaltete Anlage irrtümlich wieder einschaltet und sie unerwartet unter Spannung steht. Ein Erzeuger an der Steckdose wirkt nach unserer Einschätzung genauso: als unerwartete Quelle.

Die Richtlinie der Netzbetreiber für Notstromaggregate (Ausgabe 2004) verlangt eine einwandfreie Trennung zwischen der vom Aggregat versorgten Installation und dem Netz; Möglichkeiten der Rückspeisung sind auszuschließen. Kommt das Netz zurück, während eine Insel am Hausnetz hängt, treffen zwei Quellen aufeinander – nach unserer Einschätzung mit Schäden an Erzeuger und Installation und mit Gefahr für jeden, der gerade daran arbeitet. Wiederkehr und Reparatur sind also genau die Momente, in denen Rückspeisung am gefährlichsten ist.

Auch das Recht ist eindeutig. Nach § 13 der Niederspannungsanschlussverordnung (NAV) sind unzulässige Rückwirkungen der Anlage auszuschließen; errichten, erweitern oder ändern dürfen die Hausinstallation außer dem Netzbetreiber nur Installationsunternehmen, die in ein Installateurverzeichnis eines Netzbetreibers eingetragen sind. Nach § 19 NAV ist eine Eigenanlage vorher dem Netzbetreiber mitzuteilen und ihr Anschluss mit ihm abzustimmen. Wie ein Notstromaggregat sicher betrieben wird, steht in „Notstrom sicher betreiben“.

Die Gefahren auf einen Blick

Auch eine getrennte Insel hat ihre Gefahren. Die DGUV Information 205-019 für Einsatzkräfte geht bei Photovoltaikanlagen grundsätzlich von bis zu 1.000 Volt Gleichspannung aus. Leitungen und Bauteile führen bei Tageslicht ständig Spannung, und das Abdecken der Module ist laut DGUV keine geeignete Maßnahme, sie spannungsfrei zu machen. Wer im Gleichstrombereich anders als am dafür vorgesehenen Freischalter trennt, riskiert laut DGUV einen Lichtbogen.

In Reihe geschaltete Module addieren ihre Spannungen – eine größere Anlage liegt schnell über der Kleinspannungsgrenze von 120 Volt Gleichspannung. Bleib bei kleinen Anlagen, deren Spannung du kennst, und lass größere von einer Elektrofachkraft mit Photovoltaik-Kenntnissen errichten.

Speicher bringen Kurzschluss- und Brandgefahr mit. Warum Lithium-Akkus thermisch durchgehen können und wie du sie lagerst und lädst, erklärt der Artikel „Lithium-Akkus aus Altgeräten“. Für Stromerzeuger mit Verbrennungsmotor kommt Kohlenmonoxid dazu: Sie laufen ausschließlich im Freien, nie in Keller, Garage oder Schuppen.