Photovoltaik-Insellösung: Komponenten, Berechnung, Kosten

Eine Photovoltaik-Insellösung bietet die Möglichkeit, Strom genau dort zu erzeugen, wo kein Anschluss an das öffentliche Netz vorhanden ist oder wo man sich bewusst ein Stück Unabhängigkeit bewahren möchte. Solche Systeme sind besonders interessant für Camping und Freizeitfahrzeuge, Tiny Houses, Wochenend- oder Gartenhäuser sowie für Kleinstanlagen im Garten. Auch für einzelne Geräte oder kleinere Versorgungslösungen wie Pumpen, Beleuchtung oder Werkzeuge, können Inselsysteme eine praktikable Alternative sein. Damit diese Technik zuverlässig funktioniert, ist eine sorgfältige Abstimmung aller Komponenten wichtig. Von den Solarmodulen über den Speicher bis hin zum Wechselrichter muss das System passend dimensioniert sein, damit es den gewünschten Bedarf decken kann.

Alles auf einen Blick:

• Eine Photovoltaik-Insellösung arbeitet unabhängig und ist nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen. Daher gelten hier auch andere Regeln als für Balkonkraftwerke. 
• Die zentrale Technik umfasst Solarmodule, Speicher, Laderegler und Inselwechselrichter.
• Dimensionierung und Auslegung richten sich nach Stromverbrauch, Standort und gewünschter Autarkie.
• Offgrid-Anlagen sind genehmigungsfrei, dafür aber nicht EEG-vergütungsfähig und nicht immer von der Mehrwertsteuerbefreiung erfasst. 
• Die praktischen kleinen Systeme gibt es in verschiedenen Ausführungen, sie können auch bis zu mehreren tausend Euro kosten.

Was ist eine Photovoltaik-Insellösung? 

Bei einer Photovoltaik-Insellösung, die auch als Inselsystem bezeichnet wird, handelt es sich um eine eigenständige Stromversorgungsanlage, die nicht mit dem öffentlichen Netz verbunden ist. Sie erzeugt ihren Strom ausschließlich aus Sonnenlicht, speichert ihn in Batterien und stellt ihn genau dann wieder zur Verfügung, wenn Sie ihn benötigen. Diese Form der Energieversorgung wird auch als „Off-Grid-System“ bezeichnet. Anders als bei einer klassischen netzgekoppelten PV-Anlage gibt es keine Möglichkeit, überschüssigen Strom einzuspeisen. Stattdessen muss die Solar-Inselanlage so ausgelegt sein, dass sie den Strombedarf zuverlässig decken kann, auch bei längeren Schlechtwetterphasen.

PV-Inselanlagen sind werden vor allem in Weltregionen mit schwachem oder gänzlich fehlendem Stromnetz verwendet. Sie sind vor allem in südlichen Ländern verbreitet, wo es viel Sonnenlicht, aber nicht selten keine gute Strom-Infrastruktur gibt.

Typische Einsatzgebiete von PV-Insellösungen

• Ferienhäuser
• Gärten und Kleingartenanlagen
• Berghütten
• Hausboote
• Wohnmobile
• landwirtschaftliche Flächen
• Notstromversorgung von Kühlanlagen, medizinischen Geräten oder IT-Systemen

Ist eine PV-Inselanlage wirtschaftlich?

In Deutschland lässt sich der Einsatz einer privaten PV-Inselanlage in den meisten Fällen weder wirtschaftlich noch ökologisch rechtfertigen. Der Grund dafür ist, dass hierzulande ein stabiles und flächendeckendes Stromnetz verfügbar ist, sodass Inselsysteme mit eigenen Batteriepuffern unnötig teuer und ressourcenintensiv sind. Die Anschaffungskosten sind hoch, die Speichermedien haben begrenzte Lebensdauern und die ökologischen Vorteile werden durch den Materialaufwand oft wieder relativiert. Wer allerdings auch hier bis zu einem gewissen Grad unabhängig sein möchte vom Stromnetz und findet, dass ein tragbare Solar-Charger in Kombination mit Powerbanks zu wenig ist, der ist mit einer solchen Insellösung trotzdem gut bedient.

Worin unterscheidet sich Inselbetrieb von netzgekoppelten PV-Systemen?

Solar: Wie funktioniert eine PV-Insellösung?

Eine Insellösung ist im Prinzip ebenfalls eine klassische Solaranlage. Sie wandelt Sonnenlicht zunächst über Solarmodule in Gleichstrom um. Dieser wird durch den Laderegler geführt, der die Batterie vor Überladung oder Tiefentladung schützt. Der gespeicherte Gleichstrom wird anschließend über den Wechselrichter in haushaltsüblichen Wechselstrom mit 230 Volt umgewandelt, um Ihre Geräte zu betreiben oder zu laden. Ein Last- oder Energiemanagement wird nicht zwingend gebraucht. 

Was ist der Unterschied zwischen einem Last- und einem Energiemanagement? 

Die Insellösung ist komplett vom öffentlichen Stromnetz getrennt. Das bedeutet, dass alle Komponenten wie Solarmodule, Batterien, Wechselrichter und Verbraucher gut koordiniert werden müssen, um die Stromversorgung zuverlässig sicherzustellen. Lastmanagement bedeutet in diesem Zusammenhang, den Stromverbrauch so zu steuern, dass keine Überlastung der Batterie oder der verfügbaren Solarleistung entsteht. Zum Beispiel werden Verbraucher nur dann aktiviert, wenn genug Solarstrom oder Speicherenergie vorhanden ist. Es geht also darum, Lastspitzen zu vermeiden und die verfügbare Strommenge optimal auf die angeschlossenen Geräte zu verteilen. Energiemanagement bei einer Solar-Inselanlage geht noch einen Schritt weiter. Es begleitet die komplette Überwachung und Steuerung des Energieflusses und sorgt für eine optimale Nutzung von selbst erzeugtem Solarstrom, steuert die Batterieladung und -entladung, synchronisiert Erzeugung und Verbrauch und sorgt für Versorgungssicherheit auch während sonnenarmer Zeiten. Darüber hinaus hilft es, die Lebensdauer der Speicher zu optimieren und mögliche Notstromlösungen zu integrieren.

Warum brauche ich für eine Photovoltaik-Insellösung ein Batteriemanagement? 

Eine Inselanlage hat kein öffentliches Netz als „Puffer“. Alles, was erzeugt und gespeichert wird, muss die Batterie selbst regeln können. Ohne Schutzmechanismen würde sie daher sehr schnell Schaden nehmen. Das Batteriemanagementsystem (BMS) übernimmt dabei folgende Aufgaben:

• Schutz vor Tiefentladung: Wird eine Batterie zu stark entladen, nimmt ihre Kapazität dauerhaft ab. Das BMS trennt die Batterie automatisch von den Verbrauchern, bevor sie kritisch leer ist.
  
• Schutz vor Überladung: Wenn die Sonne kräftig scheint, stoppt das BMS die Ladung rechtzeitig.
  
• Zellüberwachung (bei Lithium): Lithiumbatterien bestehen aus vielen Zellen. Das BMS achtet darauf, dass alle Zellen gleichmäßig geladen und entladen werden (Balancing), das verhindert Überhitzung.

Was passiert, wenn der Speicher voll oder leer ist?

Ist der Speicher voll, wird überschüssiger Strom ungenutzt abgeregelt. Das bedeutet, dass Ihre Photovoltaikanlage ihre Stromproduktion aktiv reduziert oder ganz stoppt, da es keine Speichermöglichkeit gibt. Auf diesem Wege verhindert die Anlage eine Überlastung. Ist er leer, steht kein Strom mehr zur Verfügung. Das bedeutet, dass Ihre Stromversorgung unterbrochen wird und die angeschlossenen Geräte nicht mehr laufen. Um eine Versorgungslücke zu verhindern, ist es empfehlenswert, eine weitere Energiequelle, wie zum Beispiel einen Generator, in der Hinterhand zu haben.

Worauf sollte ich bei Modulen, Speicher und Wechselrichtern achten?

• Module: Monokristalline Module bieten einen höheren Wirkungsgrad und benötigen weniger Fläche, sind aber teurer. Polykristalline Module sind günstiger, benötigen jedoch mehr Platz für den gleichen Ertrag.
  
• Speicher: Lithium-Ionen-Speicher überzeugen durch eine hohe Zyklenfestigkeit und lange Lebensdauer, sind aber kostspielig in der Anschaffung. Blei-Gel-Batterien sind preisgünstiger, dafür schwerer und weniger langlebig.
  
• Wechselrichter: Der Wechselrichter muss zur Anlagengröße, zur Spannung des Speichersystems und zum maximalen Strombedarf der Verbraucher passen. Bei reinen Inselanlagen sind Inselwechselrichter notwendig, bei Hybridanlagen entsprechend Hybridgeräte.
  
• Laderegler: Moderne MPPT-Regler (Maximum Power Point Tracking) sind effizienter als klassische PWM-Regler (Pulse Width Modulation), da sie die Leistung der Solarmodule optimal ausschöpfen, besonders bei wechselnden Wetterbedingungen.

Welche Vor- und Nachteile hat eine PV-Insellösung?

Welche Arten von Inselsystemen gibt es?

• reine Inselanlagen: vollständig autark, mit großem Stromspeicher, oft für abgelegene Standorte
• Hybridsysteme: kombinieren Photovoltaik mit weiteren Energiequellen wie Dieselgeneratoren oder Windkraft
• netzparallele Systeme mit Inselmodus: laufen am Netz, können aber bei Netzausfall autark arbeiten

Was ist der Unterschied zwischen „Insel“, „Hybrid“ und „Netzparallel“?

Wie kann ich den Eigenverbrauch optimieren?

• große Verbraucher gezielt tagsüber einsetzen: Nutzen Sie stromintensive Geräte möglichst dann, wenn die Sonne scheint und die Solar-Inselanlage direkt Strom produziert.
  
• Zwischenspeicherung intelligent nutzen: Überschüssigen Strom in den Abendstunden nutzen. Wer zusätzlich Warmwasser über Strom erzeugt, kann thermische Speicher als Puffersystem einbinden.
  
• Hybridsysteme oder Backup-Quellen integrieren: Durch die Kombination mit einem Generator oder sogar einem Netzanschluss kann der Strombedarf bei Engpässen gedeckt werden. Das reduziert Stillstandszeiten und verbessert die Nutzbarkeit der erzeugten Energie insgesamt.
  
• effiziente Geräte einsetzen: Moderne Haushaltsgeräte mit Energieeffizienzklasse A oder besser verbrauchen deutlich weniger Strom. Auch LED-Beleuchtung, sparsames Kochen und Standby-Vermeidung helfen, den Strombedarf zu senken und die Autarkie zu erhöhen.
  
• Eigenverbrauch visualisieren und analysieren: Viele Wechselrichter bieten Monitoring-Tools. Durch die Analyse der Verbrauchsmuster lassen sich gezielt Schwachstellen im Energiefluss identifizieren und beheben.
  
• Fachmann beauftragen: Ein Profi rund um Solaranlagen kann Sie gut beraten und alles nach Ihren Wünschen umsetzen. Er wird bei seiner Beratung jedes relevante Detail mit einbeziehen. 

Wie funktioniert der Betrieb einer Photovoltaik-Insellösung im Winter oder bei Schlechtwetter?

Im Winter und bei schlechtem Wetter sinkt die Sonneneinstrahlung deutlich, sodass weniger Strom und manchmal auch gar kein Strom erzeugt wird. Folgendes kann helfen: 

• Einplanung größerer Modulflächen
• Erhöhung der Speicherreserven 
• intelligente Lastverschiebung
• Kombination von Hybridlösungen mit Netzanschluss oder einem Generator
• Zusammenspiel der Photovoltaikkomponenten

Welche Komponenten braucht eine PV-Insellösung?

PV-Inselanlage in 2 Schritten dimensionieren – darauf müssen Sie achten

1. Dimensionierung planen

• Strombedarf berechnen und Tages- sowie Jahresverbrauch ermitteln
• Größe des Stromspeichers bestimmen und dabei Tage ohne Sonne berücksichtigen
• Modulfläche wählen und den Ertrag in Kilowattstunden je Quadratmeter Standort berücksichtigen
• Wechselrichter abstimmen und die Leistung am Maximalbedarf orientieren

2. Strombedarf ermitteln (täglicher Verbrauch in Kilowattstunden)

• Standortbedingungen analysieren (Sonnenscheindauer, Jahreszeiten)
• Modulfläche und Leistung für den Anschluss berechnen
• Speichergröße festlegen
• Sicherheitsreserven einkalkulieren

Welche Rechenfaktoren sind wichtig? 

• Jahresenergiebedarf in Kilowattstunden
• durchschnittliche Sonneneinstrahlung pro Tag
• Wirkungsgrad der Module 
• Sicherheitszuschlag für Schlechtwetterperioden
• Speicherverluste
• Wirkungsgrad des Wechselrichters

Was ist bei Planung und Betrieb einer Photovoltaik-Insellösung zu beachten?

Grundsätzlich gilt, dass zu kleine Anlagen zu Versorgungsengpässen führen und zu groß dimensionierte Anlagen zu unnötig hohen Investitionen. Auch Ausrichtung und Verschattung spielen eine zentrale Rolle für den Ertrag. Bei Standorten mit vielen Bäumen oder Gebäuden in der Nähe ist eine präzise Planung erforderlich. Auch Schneelasten im Winter und Belüftung im Sommer müssen beachtet werden, um Überhitzung oder Ertragsverluste zu vermeiden. Das gilt natürlich nur, wenn Sie die PV-Insellösung an einem bestimmten Standort installieren. Übrigens:Ein klarer Wartungsplan erhöht die Lebensdauer der Anlage. Dazu gehören regelmäßige Sichtprüfungen der Module, das Nachziehen von Kontakten sowie die Überprüfung der Batterieparameter. Besonders Lithium-Speicher benötigen eine abgestimmte Lade- und Entladestrategie.

Muss eine Photovoltaik-Insellösung beim Netzbetreiber gemeldet werden? 

Da Inselsysteme keinen Strom ins Netz einspeisen, müssen Sie sie nicht beim Netzbetreiber oder der Bundesnetzagentur anmelden. Eine Ausnahme besteht nur dann, wenn eine Inselanlage zusätzlich mit einer Netzumschaltung oder einer Notstromfunktion kombiniert wird. Bei späterer Umrüstung auf netzgekoppelte Nutzung oder bei Erweiterung der Anlage kann allerdings die Melde- oder Genehmigungspflicht nachträglich greifen.

Gilt das EEG oder die Mehrwertsteuerbefreiung auch für Off-Grid-Anlagen? 

Die Einspeisevergütung nach dem EEG entfällt bei autarken Insellösungen. Dafür können Sie allerdings von der Mehrwertsteuerbefreiung beim Kauf von Solarmodulen und Speichern profitieren, wenn sie die technischen Voraussetzungen erfüllen. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Solaranlage zum Eigenverbrauch oder zur temporären Einspeisung genutzt wird. Für Off-Grid-Anlagen gelten damit dieselben steuerlichen Vorteile wie für netzgekoppelte Anlagen, solange die Installation die folgenden Voraussetzungen erfüllt: 

• Die Mehrwertsteuerbefreiung gilt nur, wenn der Käufer auch Betreiber der Photovoltaikanlage ist. Allerdings ist das seit dem Jahressteuergesetz 2022 so geregelt, dass bei Lieferung und Montage durch Fachfirmen die Mehrwertsteuer automatisch auf 0 Prozent gesetzt wird, sofern die Voraussetzungen erfüllt sind.
• Die PV-Anlage muss auf oder in der Nähe von Wohngebäuden, Wohnungen oder öffentlichen Gebäuden, die dem Gemeinwohl dienen, installiert sein. „In der Nähe“ bedeutet auf demselben Grundstück, zum Beispiel auf dem Dach, auf der Garage oder im Garten.
• Die installierte Bruttoleistung der PV-Anlage darf 30 Kilowatt Peak (kWp)nicht überschreiten. Bei Mehrfamilienhäusern gilt die Grenze pro Wohneinheit.
• Der Strom muss vorrangig für die private Nutzung bestimmt sein. 
• Solarmodule, Batteriespeicher, Wechselrichter, Montagesysteme, Kabel und Installationsleistungen können mehrwertsteuerbefreit sein. 
• Ausgeschlossen sind reine mobile, zum Beispiel klappbare Anlagen, die man fürs Camping nutzen kann.

Was kostet eine Photovoltaik-Insellösung?

Einfache Anlagen sind bereits ab etwa 500 Euro erhältlich, während komplexere Varianten bis zu 20.000 Euro und mehr kosten können. Während kleine Systeme schon sehr günstig sind und sich für punktuelle Anwendungen eignen, steigen die Kosten mit wachsendem Strombedarf und Komfort stark an. Entscheidend ist daher vorab zu klären, welche Verbraucher dauerhaft betrieben werden sollen und wie hoch der gewünschte Autarkiegrad ist.

Welche einmaligen Kosten fallen für Module, Speicher und Komponenten der Photovoltaik-Insellösung an?

Grob geschätzt kann man sagen: Die Solarmodule machen etwa 20 bis 30 Prozent der Gesamtkosten aus, der Speicher rund 40 bis 50 Prozent. Der Rest entfällt auf Installation, Verkabelung und Zubehör. 

Welche laufenden Kosten entstehen für Wartung oder Ersatzteile der PV-Inselanlage?

Die Wartung ist zwar nicht gesetzlich vorgeschrieben, allerdings ist es empfehlenswert, die Anlage alle 2 bis 3 Jahre zu prüfen. Diese Maßnahme kostet zwischen 100 und 300 Euro. Zu den Verschleißteilen gehören Batterie, Wechselrichter und Laderegler. Weiterhin kann es gut sein, eine Photovoltaik-Versicherung abschließen, um gegen Schäden durch Hagel, Sturm oder gar Diebstahl geschützt zu sein. Solche Spezialversicherungen kosten zwischen 50 und 200 Euro pro Jahr. Sollten Sie keine regelmäßigen Wartungen vornehmen, und es kommt zu einem Schadensfall, kann nicht nur die Versicherung Ihre Leistungen, sondern auch der Hersteller seine Garantieleistung verweigern.

PV-Inselanlage: Welche Faktoren beeinflussen den Preis?

• Größe der Anlage
• Stromverbrauch
• Art des Speichers (Lithium oder Blei)
• Standortbedingungen (Dach, Wand oder Freifläche)
• Aufwand für Installation und Verkabelung
• Qualität des Wechselrichters

In der Regel sind PV-Inselanlagen kleine Anlagen mit 1 bis 3 Modulen. Sie können aber natürlich auch, wenn Sie unabhängig vom Stromnetz sein wollen, eine komplett autarke Insellösung als Gesamtstromlösung für ein Gebäude verwenden. Preislich liegen Sie dann ähnlich wie bei einer normalen Photovoltaikanlage. Die Kosten für die PV-Anlage kommen auch dann auf 15.000 bis 30.000 Euro im Durchschnitt. Entscheidender Unterschied: Sie haben kein Anrecht auf Förderung, da Sie keinen Strom ins Netz einspeisen. [1] 

Beispielrechnung: kleine Inselanlage für ein Gartenhaus

Anmerkung: Zwei Batterien mit Blei-Gel-Technik und normalem Tagesverbrauch bieten Reserven für mehrere sonnenschwache Tage und sichern die Lebensdauer. Wer dauerhaft wenig Strom verbraucht, kann auch mit einer passenden Einzelbatterie auskommen, sollte aber die reale nutzbare Speicherkapazität genau berechnen.

Wie ökologisch ist eine Insel-Solaranlage? 

Aus ökologischer Sicht ist zu berücksichtigen, dass für die Herstellung von Solarmodulen, Batteriespeichern und weiteren Komponenten zunächst selbst Energie aufgewendet werden muss. Eine netzgebundene Photovoltaikanlage auf dem Hausdach gleicht diesen sogenannten „Energy Payback“ in Mitteleuropa je nach Standort und Ausrichtung meist innerhalb von 1 bis 2 Jahren aus. Bei einer autarken Inselanlage ist dieser Wert jedoch kaum zu erreichen, denn sie produziert Strom nur dann, wenn gleichzeitig auch ein Verbrauch stattfindet, womit eine ganzjährige, effiziente Auslastung wie im Netzbetrieb nicht gegeben ist. Hinzu kommt, dass typische Einsatzorte wie Ferienhäuser, Gartenhütten oder Camper im Durchschnitt an weit weniger Tagen genutzt werden als ein reguläres Wohnhaus. Dadurch sinkt die effektive Nutzung der erzeugten Energie nochmals erheblich. In der Folge kann die ökologische Gesamtbilanz einer PV-Inselanlage im Vergleich zu einer klassischen Dachanlage oft sogar negativ ausfallen.