26 ATS - Automatic Transfer Switch

Hier möchte ich erklären, wie ich mit Hilfe eines ATS, also eines automatischen Umschalters, von einer PV-Anlage je nach Bedarf zwischen zwei unterschiedlichen Wechselrichtern hin- und herschalte.

Und zwar habe ich ganz praktisch das Problem, dass das System in der Garage aus vier Hauptkomponenten besteht

• PV-Module
• MPPT Solar-Laderegler (EPever Tracer)
• 18650 Powerwall
• Batterie-Wechselrichter (SoyoSource GTN1200W)

Der MPPT lädt die Powerwall und sobald eine Last anliegt (das E-Auto wird über die Wallbox geladen) dann nehmen sich die beiden SoyoSource Wechselrichter Strom aus der Powerwall und speisen in die Wallbox ein.

Soweit so gut.

Problem:

Wenn die Akkus der Powerwall voll geladen sind und die Sonne weiter scheint, dann kann keine weitere Energie mehr aufgenommen werden und die Sonnenenergie verpufft.

Besser wäre, wenn die überschüssige Energie ins Hausnetz eingespeist werden würde, um dort die Grundlast zu decken. Doch das können die Soyo Source Wechselrichter nicht. Das können nur sog. Hybrid Wechselrichter und der günstigste, mir bekannte Hybrid, der das netzparallel kann ist der MPP Solar MPI 5.5k bzw. das baugleiche Modell von Infinisolar der E 5.5k -> s. auch Akkus - 19 Wechselrichter, Inverter

Beide Varianten kosten rund 1.000€ und das ist eine ganze Ecke teurer als mein Setup hier in der Garage.

Lösung:

Ein zweiter Einspeisewechselrichter, ein automatischer Umschalter sowie eine Spannungswächter

Der Plan:

Sobald die Powerwall voll ist soll die PV-Anlage umgeschaltet werden auf den zweiten Wechselrichter, der dann ins Netz einspeist.

26.1 Der Wechselrichter

Als zusätzlichen Wechselrichter zum Einspeisen des PV-Überschusses habe ich mich für einen SUN GTIL2 2000W entschieden.

Mit runden 300€ inkl. Versand aus Deutschland (eBay) war das die günstigste Alternative mit einer PV-Eingangsspannung bis 90V. Billigere Wechselrichter schaffen meist nur 65V und das ist für mein System zu wenig, da ich je zwei PV-Module in Reihe geschaltet habe und daher eine Arbeitsspannung von um 80V.

Mehr Infos zu dem SUN GTIL2 sowie Handbuch und CE-Zertifikat als Download im Menü unter -> Akkus - 19 Wechselrichter, Inverter

26.2 ATS - Automatic Transfer Switch

Zum Umschalten habe ich diesen ATS bestellt.

• Aliexpress
• Amazon
• eBay

Hier gibt es unzählige Varianten, die im Grunde alle gleich funktionieren:  ein Servomotor in der Mitte schaltet die seitlichen Sicherungsautomaten um.

Ursprünglich gedacht sind solche ATS, um das komplette Hausnetz umzuschalten zwischen Netzbezug und Notstrom, also Akkubetrieb.

Achtung:

Qualität und auch technische Umsetzung sind eher schlecht und ich würde auf keinen Fall empfehlen, solch ein ATS aus China zum Umschalten von 230V und großen Lasten zu benutzen.

Daniel vom Youtube-Kanal "DIY Tech & Repair" hat hierzu ein gutes Video gemacht, in welchem er so einen ATS mal zerlegt und auf die Gefahren hinweist

zum Umschalten haben die ATS alle oberhalb ein kleines Terminal. Dort bekommt der Motor 230V.

• 1x Eingang = Phase für Schalterstellung links
• 1x Eingang = zweite Phase für Schalterstellung rechts
• 2x N (Nullleiter) = gleich für beide Schalterstellungen

Es gibt zwei Varianten von ATS.

Variante 1 hat ein Terminal mit vier Eingängen so wie oberhalb beschrieben

Variante 2 hat ein Terminal mit sechs Eingängen so wie bei mir hier:

in diesem Fall ist die Belegung so:

D.h. es müssen je zwei Terminaleingänge mit jeweils einer Phase belegt werden. Dazu kann man auch eine kleine Drahtbrücke verwenden.

Die beiden N-Eingänge kann man auch mittels Drahtbrücke miteinander verbinden.

Ideal ist ein ATS mit 4P und 63A

• Aliexpress
• Amazon
• eBay

Ich habe bereits zwei PV-Anlagen mit einem ATS ausgestattet und dazu zwei unterschiedliche ATS-Modelle entsprechend umgebaut.

hier findest Du die beiden Anlagen mit ATS:

• 2021 - KW19 - Sonnenterrasse auffüllen 2 & DIY 18650 Powerwall ATS
• 2021 - KW26 - Heidi-PV ATS, Vorgartenpflege, Hochbeete1

Den Umbau findest Du direkt unterhalb als Anleitung genauer beschrieben,

Anleitung zum Umbau eines AT

1. Wieso und weshalb umbauen?
2. ATS öffnen
3. 230V Kabel abtrennen
4. 230V Kabel neu verbinden
5. ATS wieder zusammenbauen

1. Wieso und weshalb umbauen?

Achtung Lebensgefahr:

wie im oberen Video von DIY Tech & Repair gezeigt und auch in dem Bild unterhalb zu sehen gehen je zwei Kabel von der Steuerelektronik zu den Schraubterminals. Auf diesen beiden Kabeln liegen 230V an.

Das hat zur Folge, dass 230V von der Steuerspannung her auf den Schraubterminals anliegen wo die PV-Leitungen dran sollen.

Wenn man also nicht 230V umschaltet sondern z.B. so wie ich die PV-Spannung muss man unbedingt diese Kabel von den Schraubterminals abtrennen.

Am Beispiel eines ATS von Jotta (recht gängig, auf ALiexpress und auch eBay zu haben, in Varianten als 2er / 3er und 4er Umschalter) möchte ich erläutern, was man wo umbauen muss um ein ATS gefahrlos als Umschalterfür PV zu benutzen.

Die Vorgehensweise ist übertragbar auch auf alle anderen ATS Modelle da die Funktionsweise dieselbe ist, ich habe nur das ATS von "Jotta" gewählt, da ich hier beim Umbau recht viele Bilder gemacht habe und es so gut erklären kann.

2. ATS öffnen

Zum Öffnen des ATS auf der Rückseite 2 - 4 Schrauben lösen und dann den Mittelteil soweit möglich abnehmen.

Die seitlichen Abdeckungen die über die Sicherungsschalter gehen braucht man nicht entfernen, das geht meist so.

Wir müssen nur an den Mittelteil ran wo alle Kabel zusammenlaufen und das Relais sitzt. Die Platine kann man mit etwas Wackeln ein Stück weit rausziehen.

Ich hab hier auch mal die Belegung notiert:

*Links  = Draufsicht Anschlussplatine = Frontansicht Drehregler = "Bat" = "N Normal power"
Rechts = Draufsicht Anschlussplatine = Frontansicht Drehregler = "WR 2" = "R Backup Power"

hier noch die Rückseite der Platine

das Relais schaltet den Motor des Umschalters

3. 230V Kabel abtrennen

Im Beispielbild oben ganz zu Anfang geht das "Abtrennen" sehr einfach da die Kabel gesteckt sind, das ist ein ATS von "Apneu"

Anders sieht es aus beim ATS von "Taixi TXQ5" bei dem es anstatt einer Platine mit Steckern unzählige Einzelstrippen gibt, die man zum Großteil alle einzeln durchmessen muss, da auch die Farbmarkierungen völlig konfus sind und permanent wechseln

Achtung:  wenn man diese 230V Leitungen von den seitlichen Schraubterminals einfach nur abtrennt dann funktioniert der ATS nicht mehr.

Gehen wir wieder zurück zum ATS von Jotta.

Hier habe ich die beiden L und N Leitungen von den seitlichen Schraubterminals einfach abgerupft, die waren nur recht locker aufgelötet

Die beiden N Kabel brauchen wir nicht mehr, die einfach gut abisolieren.

Nun, da die 230V Kabel von den Schraubterminals entfernt sind geht es weiter mit dem nächsten Schritt.

4. 230V Kabel neu verbinden

Die beiden L Kabel müssen neu verbunden werden, und zwar müssen die an die vordere Stromversorgung mit dazu.

Hier das Bild ist die Rückseite der vorderen Stromversorgung

• der abgetrennte L vom Sicherungsblock links muss nun an die Stromversorgung links (hier L1), und
• der abgetrennte L vom Sicherungsblock rechts muss nun an die Stromversorgung rechts (hier L2)

Beim ATS ohne Platine und mit den vielen Kabelstrippen geht das recht einfach (wenn man mal rausgefunden hat, welches Kabel wohin geht), hier beim Jotta ATS muss man an der Stromversorgung ein Stückchen Kabel anlöten da man ansonsten nicht gescheit ran kommt.

Das ist eng und bissel fummelig aber es geht, man kann das Plastikgehäuse auch etwas auseinander biegen dann hat man Platz zum Arbeiten

nun kann man das abgetrennte Kabel links mit der STromversorgung links verlöten, Schrumpfschlauch drüber, fertig.

Dasselbe mit der rechten Seite

5. ATS wieder zusammenbauen

Vor dem Zusammenbau bitte überprüfen, ob auch wirklich alle 230V Kabel richtig isoliert sind und keine blanken Kabelstellen mehr da sind.

Dann den ATS wieder zusammenbauen und das war's.

Wenn man die Gefahr der Verbindung zwischen Steuerspannung und Schraubterminals gebannt hat ist das Anschließen des ATS sehr simpel.

Anschluss für Umschalten

Das Umschalten funktioniert immer von unten nach oben oder von oben nach unten, das ist egal, man muss sich nur entscheiden. Hier in Anschlussschema wird von unten (= Eingang) nach oben umgeschaltet

Dazu müssen die beiden Eingangsseiten jeweils miteinander verbunden werden, also Klemme L1 links auf Klemme L1 rechts, L2 links auf L2 rechts und so weiter.

Oben geht dann je nach Schalterstellung der Strom wieder raus.

Achtung:

Bissel verwirrend ist, dass bei Stellung des Drehschalters nach links dann der Ausgang rechts durchgeschaltet wird und umgekehrt.

Bei mir habe ich das dann einfach entsprechend mit Edding beschriftet

Anschluss für Steuerung

Wie oben beschrieben braucht man eigentlich nur einen Nullleiter für den Motor sowie zwei Phasen, je eine pro Schalterstellung. Böse:  ich habe hier den gelb-grünen PE = Erdungsleiter genommen als zweite Phase. Das sollte man eigentlich wirklich nicht tun!! Also mach es bitte besser als ich und benutze ein 5-adriges Kabel, bei dem dann zwei korrekt farblich markierte Adern für die beiden Phasen genutzt werden können (Braun, Schwarz, Grau)

Es dürfen nie beide Phasen gleichzeitig Spannung haben, deswegen steuert man das ATS am besten mittels Relais an, weswegen wir gleich übergehen zum nächsten Punkt, dem Spannungswächter.

26.3 Spannungswächter

Als dritte Komponente diesen Spannungswächter / Batteriewächter

Intern sieht der dann so aus

Bei Aliexpress kostet der etwa 10€ inkl. Versand-> diesen Spannungswächter / Batteriewächter

und der funktioniert folgendermaßen:

• am Terminal-Eingang oben rechts sowie oben Mitte kommt die Stromversorgung für das Gerät dran, damit es überhaupt arbeiten kann
• am Terminal-Eingang oben links sowie oben Mitte wird die Spannung der Powerwall gemessen
• Im Menü (Handbuch s. weiter unten um Download) stellt man nun eine obere Grenzspannung sowie eine untere Grenzspannung ein
• am Terminal-Eingang unten Mitte kommt der Eingang für das verbaute Relais dran, also in meinem Fall eine 230V Phase
• je nachdem, ob die obere oder die untere Grenzspannung erreicht ist schaltet das Relais auf den Terminal-Ausgang unten links oder unten rechts.

zwei Versionen & Menü Funktionen erklärt

Von dem Controller gibt es zwei Versionen @ Aliexpress

• A30-U1
• A30-U3

Bautechnisch / von der verwendeten Hardware und den technischen Leistungsdaten sind beide identisch.

Unterschied:

Der "U1" hat nur einen Modus, nämlich genau wie oberhalb beschrieben

Der "U3" hat zusätzlich noch folgende Optionen:

1. Spannung Korrektur
2. Display Ausschaltverzögerung  in Minuten (0 = immer an)
3. Schaltzustand: Umschaltung der Relais-Stellung möglich, also Relaisstellung 1 als Nullstellung oder aber Stellung 2 als Nullstellung
4. Timer Relais bevor erneut geschaltet werden kann (long press “ENTER” for 3 seconds to reset values)

Da das Menü nicht selbsterklärend ist hier die Erklärungen zu den insgesamt 6 Menüpunkten des "U3" Modells:

1. Obere Grenzspannung

2. untere Grenzspannung

3. Spannung Korrektur

4. Display Ausschaltverzögerung  in Minuten (0 = immer an)

5. Schaltzustand        

• "ON H" = Relais schließt bei Überschreitung der oberen (high) Grenzspannung
• “ON L" = Relais schließt bei Unterschreitung der unteren (low) Grenzspannung

6.    Timer Relais bevor erneut geschaltet werden kann (long press “ENTER” for 3 seconds to reset values)

Downloads

Funktionsweise des gesamten Systems in meinem Fall:

• die Powerwall ist voll geladen bei 65,0V also habe ich die obere Grenzspannung auf 65,0V eingestellt und den dazugehörigen Ausgang so an den ATS geklemmt, dass der Motor umschaltet auf Umschaltstellung nach rechts und somit die PV-Module auf den SUN 2000W Wechselrichter geschaltet werden, der dann ins Netz lädt
• stecke ich das E-Auto an die Powerwall an dann speisen die beiden SoyoSource Wechselrichter aus der Batterie in das Netz ein, dabei fällt die Spannung in der Powerwall ab und bei Unterschreiten der unteren Grenzspannung (auf 63,0V eingestellt) schaltet das Relais des Spannungswächer auf die andere Position und schaltet so die Phase zum ATS auf die andere Klemme durch, so dass dieser auf Umschaltstellung nach links dreht, also auf den MPPT Laderegler, der dann wieder die Powerwall lädt
  

Hier ein kurzes Video, wie das Ganze im Betrieb nun funktioniert

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