Eine autarke Photovoltaikanlage richtig zu dimensionieren bedeutet, drei unterschiedliche Anforderungen aufeinander abzustimmen: den täglichen Energieverbrauch, die gleichzeitig benötigte Leistung und die gewünschte Autonomie bei unzureichender Sonneneinstrahlung. Ein überdimensioniertes Einzelbauteil gleicht die übrigen Komponenten nicht automatisch aus. Module, Laderegler, Batterie, Wechselrichter, Kabel und Schutzgeräte müssen als Gesamtsystem geprüft werden.
Diese Anleitung zeigt eine praktische Vorgehensweise am Beispiel eines Wohnmobils oder einer kleinen Hütte. Die Zahlen dienen zum Verständnis des Rechenwegs; sie sind keine allgemeingültige Stückliste und ersetzen weder Datenblätter noch die abschließende Elektroplanung.
Funktionsschema einer Photovoltaik-Inselanlage
| 1. Photovoltaikmodule | → | 2. DC-Trennung und Schutz | → | 3. MPPT-Laderegler |
| Erzeugen Gleichstrom | Sicherungen, Schalter und geeignete Schutzgeräte | Optimiert das PV-Feld und lädt die Batterie | ||
| 6. DC-Verbraucher 12/24/48 V | ← | 4. Batterie und Hauptsicherung | → | 5. Reiner Sinus-Wechselrichter → 230-V-AC-Verbraucher |
| Licht, Pumpen und kompatible Elektronik | Speichert Energie und stellt Autonomie bereit | Versorgt Haushaltsgeräte und Steckdosen |
Grundregel: Der Laderegler sitzt zwischen PV-Modulen und Batterie. Ein leistungsstarker Wechselrichter wird über eigene Schutzgeräte direkt an die Batterie angeschlossen, nicht an den LOAD-Ausgang eines kleinen Solarladereglers.
1. Energie in Wh berechnen, nicht nur Leistung in Watt
Die Leistung zeigt, wie viel ein Gerät in einem bestimmten Moment aufnimmt. Für die tägliche Energie zählt zusätzlich die Betriebsdauer:
Tagesenergie in Wh = Leistung in W × Betriebsstunden pro Tag
Beispielverbraucher in einem Wohnmobil:
| Verbraucher | Leistung | Tägliche Nutzung | Energie | Art |
| 2 LED-Leuchten | 30 W gesamt | 2 h | 60 Wh | DC |
| Wasserpumpe | 60 W | 15 min | 15 Wh | DC |
| 12-V-Kühlschrank | 48 W während des Betriebs | 8 äquivalente h | 384 Wh | DC |
| Fernseher | 50 W | 2 h | 100 Wh | AC |
| Mikrowelle | 900 W Aufnahmeleistung | 15 min | 225 Wh | AC |
Die DC-Verbraucher ergeben 459 Wh/Tag. Die AC-Verbraucher ergeben 325 Wh/Tag, zusätzlich sind jedoch die Wechselrichterverluste zu berücksichtigen. Bei angenommenen 90% Wirkungsgrad werden rund 361 Wh aus der Batterie benötigt. Insgesamt ergeben sich etwa 820 Wh/Tag. Mit Standby-Verbrauch, Toleranzen und kleinen nicht erfassten Lasten ist es sinnvoll, das Beispiel auf 900 Wh pro Tag auszulegen.
Bei Kühlschränken, Pumpen und Kompressoren darf die Nennleistung nicht automatisch mit 24 Stunden multipliziert werden. Verwende den realen Einschaltzyklus oder die Herstellerangabe zum Energieverbrauch. Bei einer Mikrowelle zählt die elektrische Aufnahmeleistung auf dem Typenschild, die höher sein kann als die beworbene Garleistung.
2. Das PV-Feld mit Standortdaten auslegen, nicht mit pauschal „5 Sonnenstunden“
Der Ertrag hängt von Standort, Monat, Neigung, Ausrichtung, Temperatur und Verschattung ab. Bei einer Inselanlage muss insbesondere der ungünstigste Zeitraum geprüft werden, in dem die Versorgung noch funktionieren soll.
Das offizielle PVGIS-Werkzeug der Europäischen Kommission kann PV-Erzeugung, Verbrauch und Batteriezustand stündlich auf Grundlage mehrjähriger Strahlungsdaten simulieren. Gib Standort, PV-Leistung, Batteriekapazität, Entladegrenze und Tagesverbrauch im Bereich für autonome PV-Systeme ein.
PVGIS öffnen und den Bereich AUTONOME PV auswählen
Für eine erste Handrechnung:
PV-Leistung in Wp = Tagesenergie / (äquivalente Sonnenstunden × Gesamtwirkungsgrad)
Im Beispiel verwenden wir 900 Wh/Tag und einen konservativen Gesamtfaktor von 75%. Dieser fasst Verluste durch Temperatur, Kabel, Regelung, Batterie, Verschmutzung und Mismatch zusammen. Der reale Faktor muss für die tatsächliche Anlage geprüft werden.
| Äquivalente Sonnenstunden im Auslegungsmonat | Berechnete Mindestleistung des PV-Felds |
| 2,5 h | 480 Wp |
| 3 h | 400 Wp |
| 4 h | 300 Wp |
| 5 h | 240 Wp |
Bietet der kritische Monat etwa 3 äquivalente Sonnenstunden, liegt der Ausgangspunkt bei ungefähr 400 Wp. Ein gutes Sommerergebnis garantiert keinen Winterbetrieb. Prüfe die endgültige Auswahl mit PVGIS und berücksichtige, ob ein Generator oder eine andere Reservequelle vorhanden ist.
3. Systemspannung wählen: 12, 24 oder 48 V
Bei gleicher Leistung sinkt mit steigender Spannung der Strom. Dadurch können Kabelquerschnitt und Spannungsabfall reduziert werden. Batterie, Laderegler, Wechselrichter und DC-Verbraucher müssen jedoch vollständig zur gewählten Spannung passen.
| Wechselrichterlast 1200 W | Idealer DC-Strom vor Verlusten |
| 12-V-System | Etwa 100 A |
| 24-V-System | Etwa 50 A |
| 48-V-System | Etwa 25 A |
In unserem Beispiel ist bei einem Wechselrichter über 1 kW ein 24-V-System häufig sinnvoller als 12 V. Die Spannung darf nicht mitten in der Planung gewechselt werden: Reihenschaltung, BMS, Laderegler, Wechselrichter und DC-Geräte müssen zusammenpassen.
4. Batterie zuerst in Wh dimensionieren und danach in Ah umrechnen
Die notwendige Nennkapazität hängt von Tagesverbrauch, Autonomietagen, nutzbarer Entladetiefe und Batteriewirkungsgrad ab:
Nennkapazität der Batterie in Wh = Tagesverbrauch × Autonomietage / (nutzbare DoD × Batteriewirkungsgrad)
Für 900 Wh/Tag und 3 Tage Autonomie zeigen die folgenden Werte zwei Rechenbeispiele. DoD und Wirkungsgrad sind konservative Annahmen; maßgeblich sind immer die Daten des Batterieherstellers.
| Batteriebeispiel | Angenommene DoD | Angenommener Wirkungsgrad | Nennkapazität | Bei 12 V | Bei 24 V |
| Blei AGM/GEL | 50% | 90% | Etwa 6,0 kWh | Etwa 500 Ah | Etwa 250 Ah |
| LiFePO4 | 80% | 95% | Etwa 3,55 kWh | Etwa 296 Ah | Etwa 148 Ah |
Neben den Ah sind Mindesttemperatur, Alterungsreserve, Dauerstrom, Spitzenstrom, BMS-Auslegung, Zyklenzahl und vollständige Wiederaufladung zu prüfen. Eine sehr große Batterie mit zu wenig PV-Leistung bleibt dauerhaft unterladen. Eine zu kleine Batterie wird tief zyklisiert und kann Wechselrichterspitzen möglicherweise nicht liefern.
5. Den Laderegler auswählen
Bei einem MPPT-Laderegler müssen mindestens zwei unabhängige Grenzen geprüft werden:
- Maximaler Ladestrom zur Batterie: für eine grobe Abschätzung PV-Leistung durch Batteriespannung teilen.
- Maximale PV-Eingangsspannung: Die Summe der Voc-Werte der in Reihe geschalteten Module, korrigiert auf die niedrigste erwartete Temperatur, muss unter der Reglergrenze bleiben.
Bei 400 Wp beträgt der theoretische Strom vor realen Ladebedingungen etwa 33 A an 12 V und 17 A an 24 V. In einem 24-V-System kann ein Regler mit 20-30 A passend sein, die endgültige Auswahl hängt jedoch von Ladespannung, Modellgrenzen und der vom Hersteller erlaubten PV-Überdimensionierung ab. Bei PWM-Reglern müssen zusätzlich der Kurzschlussstrom der Strings und die Spannungsverträglichkeit zwischen Modulen und Batterie geprüft werden.
6. Den Wechselrichter dimensionieren
Der Wechselrichter muss sowohl die gleichzeitige Dauerleistung als auch den Anlaufstrom von Kompressoren, Pumpen und Motoren liefern. Im Beispiel benötigen Mikrowelle und Fernseher zusammen etwa 950 W. Ein reiner Sinus-Wechselrichter mit 1200-1500 W bietet einen sinnvollen Spielraum, sofern seine Spitzenleistung zu den tatsächlichen Geräten passt.
Wirkungsgrad und Leerlaufverbrauch gehören ebenfalls in die Energiebilanz. Ein stark überdimensionierter Wechselrichter kann bei langen Phasen mit kleiner Last unnötig Energie verbrauchen. Für moderne Elektronik, Motoren, Kühlschränke und Netzteile ist reiner Sinus die sichere Wahl.
7. Kabel, Sicherungen und Schutzgeräte gehören zur Auslegung
- Passende Sicherung möglichst nahe am Pluspol der Batterie.
- DC-Trenn- und Schutzgeräte für tatsächliche Spannung und Stromstärke.
- Kabelquerschnitt nach Strom, Länge, Temperatur und zulässigem Spannungsabfall.
- Steckverbinder und Klemmen passend zum gewählten Querschnitt.
- Überspannungsschutz und Erdung, sofern Planung und geltende Regeln dies erfordern.
- Saubere Trennung zwischen DC-Stromkreisen und 230-V-AC-Ausgang.
Niederspannungssysteme können sehr hohe Ströme führen. Eine 1200-W-Last an 12 V überschreitet unter Berücksichtigung der Verluste 100 A. Ein zu dünnes Kabel verursacht nicht nur Verluste, sondern kann überhitzen.
Zusammenfassung des Rechenbeispiels
| Position | Ungefährer Auslegungswert |
| Tagesverbrauch | Etwa 900 Wh |
| PV-Feld | Etwa 400 Wp bei 3 äquivalenten Sonnenstunden und 75% Gesamtfaktor |
| Systemspannung | 24 V sinnvoll, um den Wechselrichterstrom zu reduzieren |
| Bleibatterie, 3 Tage | Etwa 24 V 250 Ah bei 50% DoD |
| LiFePO4-Batterie, 3 Tage | Etwa 24 V 150 Ah bei 80% DoD |
| MPPT-Laderegler | Richtwert 20-30 A, nach Prüfung von Voc und MPPT-Bereich |
| Wechselrichter | 1200-1500 W reiner Sinus mit ausreichender Spitzenleistung |
Diese Zusammenfassung ist ein Rechenbeispiel und keine allgemeingültige Einkaufsliste. Standort, Jahreszeit, Verschattung, zeitlicher Verbrauchsverlauf und Gerätespezifikationen können das Ergebnis deutlich verändern.
Häufige Fehler bei der Dimensionierung
- Wattwerte addieren, ohne die Betriebsstunden zu berücksichtigen.
- Für jeden Ort und jede Jahreszeit dieselben „5 Sonnenstunden“ annehmen.
- Batteriekapazität in Ah ohne Angabe der Spannung nennen.
- Modul-Voc bei niedrigen Temperaturen ignorieren.
- Einen leistungsstarken Wechselrichter am LOAD-Ausgang des Reglers anschließen.
- Anlaufleistung, Eigenverbrauch und Umwandlungsverluste vergessen.
- Batterien unterschiedlichen Alters, unterschiedlicher Kapazität oder Chemie mischen.
- Sicherungen, Trennschalter und Kabelspannungsabfall vernachlässigen.
Von der Berechnung zum abgestimmten System
Wer lieber mit bereits aufeinander abgestimmten Komponenten beginnt, kann die Off-Grid-Photovoltaik-Kits von MR WATT vergleichen. Auch bei einem Kit müssen realer Verbrauch, lokaler Solarertrag und gewünschte Autonomie geprüft werden.
Häufig gestellte Fragen
Wie viel PV-Leistung benötige ich für 1 kWh Verbrauch pro Tag?
Das hängt von Auslegungsmonat und Standort ab. Bei 75% Gesamtwirkungsgrad sind mit 5 äquivalenten Sonnenstunden etwa 270 Wp erforderlich, mit 2,5 Stunden ungefähr 535 Wp. Für ganzjährigen Betrieb zählt der kritische Monat in PVGIS, nicht der Sommermittelwert.
Ist ein 12-V- oder 24-V-System besser?
Für kleine DC-Verbraucher kann 12 V einfach sein. Nähert sich die Wechselrichterleistung 1 kW oder liegt darüber, reduziert 24 V den Strom deutlich: 1200 W entsprechen ideal etwa 100 A an 12 V und 50 A an 24 V, jeweils vor Verlusten.
Wie viele Tage Batterieautonomie sollte ich vorsehen?
Das hängt von der geforderten Versorgungssicherheit, dem lokalen Klima und einer vorhandenen Reservequelle ab. Setze die tatsächlich benötigten Tage in die Formel ein und prüfe anschließend mit PVGIS, wie häufig die Batterie im ungünstigsten Monat leer werden könnte.
Woran erkenne ich, ob der MPPT-Laderegler groß genug ist?
Prüfe maximalen Ladestrom, zulässige PV-Leistung bei der gewählten Batteriespannung, MPPT-Arbeitsbereich und die auf Kälte korrigierte maximale String-Voc. Keine dieser Grenzen darf überschritten werden.
Kann eine Inselanlage eine Mikrowelle betreiben?
Ja, wenn Wechselrichter, Batterie, BMS, Kabel und Sicherungen Dauerleistung und Spitzenstrom liefern können. Maßgeblich ist die elektrische Aufnahmeleistung auf dem Typenschild, nicht nur die angegebene Garleistung.
Sicherheitshinweis: Diese Anleitung dient der Schulung. Eine reale Anlage muss von fachkundigem Personal geprüft und installiert werden; dabei sind die Komponentenhandbücher und geltenden Elektrovorschriften einzuhalten.