Die Herausforderung der Inselanlage in den Alpen
Eine Berghütte stellt das anspruchsvollste Solarplanungsszenario in der Schweiz dar. Anders als ein netzgekoppeltes Wohnhaus, das bei bedecktem Himmel auf den Netzstrom zurückgreifen kann, muss eine Inselanlage vollständig autark sein – für Tage oder sogar Wochen während Winterstürmen auf grossen Höhen.
Die wichtigsten Herausforderungen sind:
- Kurze Wintertage: Auf 2'000 Metern mit einem südseitigen Dach bietet Mitte Dezember nur 4–5 Stunden nutzbarer Solarstrahlung pro Tag
- Hoher Winterstrombedarf: Beleuchtung, Heizungsunterstützung, Wasserförderung und Kommunikationsgeräte laufen im Winter stärker
- Temperaturextreme: Die Batterieleistung sinkt bei Kälte stark ab; Aussenakkupacks benötigen ein thermisches Management
- Kein Netz als Rückfall: Jeder Lastausfall ist ein Versagensmodus; das System muss für den schlechtesten erwarteten Zeitraum ausgelegt sein, nicht für den Durchschnitt
Lastanalyse: Was wird mit Strom versorgt?
Der erste Schritt bei jeder Inselsystemplanung ist ein präzises Lastverzeichnis. Für eine typische Schweizer Berghütte, die ganzjährig genutzt wird:
| Last | Leistung (W) | Stunden/Tag | Tägliche kWh |
|---|---|---|---|
| LED-Beleuchtung (8 Leuchten) | 80 | 5 | 0,40 |
| Kühlschrank/Gefrierschrank | 150 | 8 | 1,20 |
| Wasserpumpe | 500 | 0,5 | 0,25 |
| Satelliten-/Funkkommunikation | 30 | 4 | 0,12 |
| Laptop/Geräte | 100 | 3 | 0,30 |
| Gelegentliche Elektrowerkzeuge | 1'200 | 0,5 | 0,60 |
| Täglicher Gesamtbedarf | ~2,87 kWh |
Dies ist ein bescheidener Strombedarf – er muss jedoch zuverlässig über eine Schlechtwetterwoche im Winter mit minimaler Solarenergie gedeckt werden.
Dimensionierung des Batteriespeichers
Der Standardansatz für alpine Inselsysteme besteht darin, den Batteriespeicher für 5–7 Tage Autonomie bei Volllast zu dimensionieren, wobei die Entladetiefe (DoD) auf 80 % für Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) bzw. 50 % für AGM-Batterien/Gelbatterien auf Blei-Säure-Basis begrenzt wird.
Beispielrechnung
- Täglicher Bedarf: 2,87 kWh
- Autonomieziel: 6 Tage
- Erforderliche Gesamtenergie: 2,87 × 6 = 17,2 kWh
- Bei 80 % DoD (LFP): 21,5 kWh Nennkapazität
- Bei 50 % DoD (AGM-Batterie): 34,4 kWh Nennkapazität – deutlich grösser und schwerer
Lithium-Eisenphosphat (LFP)-Batterien sind die klare Wahl für alpine Anwendungen: leichter (entscheidend für den Helikoptertransport), grösserer Betriebstemperaturbereich und längere Zyklenlebensdauer (3'000–6'000 Zyklen gegenüber 500–1'200 bei AGM-Batterien).
Bevorzugte Marken für Schweizer alpine Inselanlagen: BYD-Batteriemodule, Pylontech LFP sowie Victron Energy-Akkupacks in Kombination mit dem Victron MultiPlus Wechselrichter-Lader.
Dimensionierung der Solaranlage für den Off-Grid-Winter
Die Solaranlage muss in der Lage sein, den Batteriespeicher während der schlechtesten vertretbaren Erzeugungsperiode wieder aufzuladen – typischerweise eine Februarwoche mit vollständiger Schneebedeckung und begrenzter Sonne.
Konservativer Ansatz für die Schweizer Alpen (2'000 m, Südausrichtung, 45° Neigung)
- Durchschnittliche Einstrahlung im schlechtesten Monat: ~2,5 Sonnenspitzenstunden/Tag
- Batteriewiederaufladeerfordernis: ~17 kWh in 5 Tagen = 3,4 kWh/Tag
- Zuzüglich Tagesbedarf: 2,87 kWh/Tag
- Erforderliche Gesamterzeugung: ~6,3 kWh/Tag
- Bei 2,5 Sonnenspitzenstunden und 80 % Systemeffizienz: 6,3 ÷ 2,5 ÷ 0,80 = 3,15 kWp
Für diese Hütte bietet eine 4 kWp-Anlage eine komfortable Reserve.
Panelauswahl
Für alpine Inselanlagen werden bifaziale Halbzellen-Monokristallin-Module empfohlen:
- Bessere Leistung bei schwachem Licht und diffuser Strahlung
- Rückseitenerzeugung durch Schneealbedo im Winter
- Niedrigerer Temperaturkoeffizient für kalte Morgen
Wechselrichter-Lader und Laderegler
Für Inselanlagen wird ein hybrider Wechselrichter-Lader gegenüber separaten Komponenten bevorzugt. Der Victron MultiPlus-II ist das in Schweizer alpinen Installationen am häufigsten spezifizierte Gerät:
- Kombiniert Wechselrichter, Batterielader und Transferschalter
- Unterstützt Notstromaggregat-Einspeisung für die Sicherung bei längerem Bewölkungszeitraum
- Umfassendes Monitoring über Victron Cerbo GX und VRM-Portal
- Betriebstemperaturbereich: -20 °C bis +50 °C
- Erhältlich in 3 kVA, 5 kVA und 8 kVA
Für das MPPT-Solarladen integriert sich Victrons SmartSolar MPPT-Regler nativ in das Victron-Ökosystem.
Integration des Notstromaggregats
Für die Winterresilienz umfassen die meisten ernsthaften alpinen Inselanlagen ein kleines Diesel- oder Benzin-Notstromaggregat (1–3 kVA) zum Notladen bei längerem Bewölkungszeitraum oder bei Ereignissen mit hohem Strombedarf. Der Victron MultiPlus startet und stoppt das Notstromaggregat automatisch basierend auf dem Batterieladezustand.