Kennzahlen einer Solarbatterie: technische & praktische Bezugsgrößen. Speicherkapazität / Batteriekapazität (Nennkapazität)

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1 Kennzahlen einer Solarbatterie Was zeichnet eine gute Solarbatterie aus? Auf welche technischen Daten kommt es bei einer Solarbatterie an? Da Batteriespeicher noch relativ neu auf dem Markt sind, haben sich bislang noch keine einheitlichen Richtlinien (z.b. für Datenblätter) durchgesetzt, was die Einzelbewertung und den Vergleich verschiedener Speicher erschwert. Die Photovoltaik Fachzeitschriften "Photon" (Ausgabe 08/2011) und "Photovoltaik" (10/2012) haben als erste Publikationen überhaupt Marktübersichten zu Batteriespeichern erarbeitet, aus denen wir im folgenden die grundlegenden technischen Daten / Kennzahlen für Batteriespeicher zusammentragen wollen. Kennzahlen einer Solarbatterie: technische & praktische Bezugsgrößen Die Beschäftigung mit technischen Daten einer Solarbatterie beginnt ganz grundsätzlich bereits mit der Frage, was für Strom eine Solarbatterie überhaupt speichert: Gleichstrom oder Wechselstrom? Wissen Sie es? Es ist Gleichstrom. Und dies ist nur die einfachste in einer Reihe von vielen weiteren Grundlagen die man braucht, um Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen verstehen und bewerten zu können. Bis dato haben sich folgende Daten und Größen herauskristallisiert, um das Leistungsvermögen und Leistungsverhalten einer Solarbatterie zu beschreiben: Batterietechnologie Batteriespeicher arbeiten entweder auf Blei-Basis (Blei-Säure, Blei-Gel) oder mit Lithium-Ionen. Blei-Akkus sind wirtschaftlich erprobt und länger im Einsatz als Lithium-Ionen-Speicher. Der Wirkungsgrad von Lithium-Ionen-Akkus ist jedoch höher als bei Blei-Akkus. Speicherkapazität / Batteriekapazität (Nennkapazität) Die Speicherkapazität einer Solarbatterie gibt an, wie viel Strom sie mit einer vollen Aufladung speichern kann. Die Speicherkapazität ist eine technische Angabe des Herstellers und wird in Kilowattstunden angegeben (kwh). Die Nennkapazität sollte mit einem Herstellerhinweis versehen sein, für welche PV-Leistung die Solarbatterie empfohlen wird. Entladetiefe (DoD) Eine Solarbatterie kann nicht zu 100% entladen werden. Diese sog. Tiefenentladung schädigt die Batterie. Deshalb kann eine Solarbatterie nur bis zur Entladetiefe entladen werden. Diese variiert je nach Hersteller. Zwischen 50% und mehr als 90% der gespeicherten Strommenge kann bei einem Entladevorgang deshalb (nur) entnommen werden.

2 Nutzbare Speicherkapazität / Batteriekapazität Die technische Speicherkapazität einer Solarbatterie ist nur theoretischer Natur, da die Entladetiefe berücksichtigt werden muss. Die wirkliche praktische Kapazität einer Solarbatterie gibt deshalb erst die nutzbare Speicherkapazität an. Beispiel: hat eine Solarbatterie eine Speicherkapazität von 9 kwh und eine Entladetiefe von 80%, so kann die Batterie praktisch "nur" 7,2 kwh speichern (80% von 9 kwh). Vollzyklus Eine Solarbatterie einmal bis zur Entladetiefe zu entladen und anschließend vollständig wieder aufzuladen ist ein Vollzyklus. Dieser Gebrauch wird theoretisch einer Solarbatterie zugrunde gelegt. Kleinstzyklus Eine Solarbatterie wird nur geringfügig entladen und anschließend wieder aufgeladen. Welche Auswirkung dies auf die Alterung einer Solarbatterie hat ist bislang nicht ausreichend erforscht. Maximale Lade / Entladeleistung & C-Rate Waschmaschinen oder andere größere technische Geräte benötigen kurzzeitig viel Strom und erzeugen damit so genannte Lastspitzen. Ob diese Lastspitzen mit dem Batteriespeicher vollständig abgedeckt werden können, lässt sich an der maximalen Entladeleistung (in kw) ablesen. Wie schnell die Solarbatterie dabei entladen wird im Verhältnis zur Speicherkapazität, gibt die C-Rate an. Entlädt sich ein Batteriespeicher binnen einer Stunde völlig, so liegt der Wert bei 1C. Wie schnell der Batteriespeicher anschließend wieder aufgeladen werden kann, gibt im Umkehrschluss die maximale Ladeleistung an. Zyklen Lebensdauer / Anzahl der Vollzyklen Technische Angabe des Herstellers, für wie viele Vollzyklen die Solarbatterie ausgelegt ist. Heutige LiFePO4 Batteriespeicher haben eine Zyklen Lebensdauer bis zu Vollzyklen. Bei Erreichen der Zyklen Lebensdauer hat die Solarbatterie eine Kapazität von 80% ihrer ursprünglichen Nennkapazität und kann theoretisch noch weiter benutzt werden.

3 Kalendarische Lebensdauer Die kalendarische Lebensdauer ist ebenfalls eine theoretische Angabe des Herstellers. Wird der Batteriespeicher weder entladen noch geladen, so besitzt die Solarbatterie nach Ablauf der kalendarischen Lebenszeit noch 80% ihrer ursprünglichen Nennleistung. Einige Hersteller tauschen z.b. bei einer geringen kalendarischen Lebensdauer die Solarbatterie einmal kostenfrei aus. *Unsere Batterien haben ein Lebensdauer von >15 Jahren bei Zyklen. Gebrauchsdauer Die Gebrauchsdauer ist ähnlich wie die nutzbare Speicherkapazität eine praktische Größe. Bei der Gebrauchsdauer wird zunächst angenommen, wie viele Vollzyklen ein Batteriespeicher pro Jahr praktisch machen wird. Die Photon hat hier z.b. angenommen, dass ein Batteriespeicher jährlich rund 200 mal vollständig entladen und geladen wird. Bei Vollzyklen hätte die Solarbatterie eine Gebrauchsdauer von 35 Jahren (7.000/200=35). Systemwirkungsgrad Batteriespeicher sind elektrochemische Speicher und werden über elektronische Komponenten (Laderegler / Batteriewechselrichter) gesteuert. Aus diesem Grund ergeben sich wie bei allen technischen Anlagen Leistungsverluste von einigen Prozentpunkten. Die Herstellerangaben zum Systemwirkunsgrad einer Solarbatterie sind bis dato noch uneinheitlich. Entscheidend ist, dass sowohl der Zyklenwirkunsgrad des Akkus (Blei ca. 75%; Lithium-Ionen >90%) als auch die Teilwirkungsgrade der verschiedenen elektronischen Komponenten zum Systemwirkungsgrad hinzugezählt werden. AC / DC gekoppelt Batteriespeicher können elektrisch entweder "nach" dem Wechselrichter der PV- Anlage im Wechselstromkreis des Hauses eingebunden werden (ACgekoppelt/bestehende Anlage) oder "vor" dem Wechselrichter im zwischengeschalteten Gleichstromkreis (DC-gekoppelt/neue Anlagen). Da eine Solarbatterie grundsätzlich Gleichstrom lädt, sind AC-gekoppelte Systeme zusätzlich mit einem Konverter (Batteriewechselrichter) ausgestattet, der den Wechselstrom zum Laden der Solarbatterie in Gleichstrom wandelt. Zum Entladen wird der Batterie-Gleichstrom wieder in Wechselstrom gewandelt. DC-gekoppelte Systeme benötigen diesen Konverter nicht, da sie direkt den erzeugten Gleichstrom der PV-Anlage laden. Hierdurch ergibt sich ein leicht höherer Wirkungsgrad, jedoch muss bei einer nachträglichen Installation der Wechselrichter der PV-Anlage getauscht werden, was bei AC-gekoppelten Systemen nicht der Fall ist und die Nachrüstung mit einem Batteriespeicher flexibler gestaltet.

4 1-phasig / 3-phasig Batteriespeicher speisen den geladenen Solarstrom entweder auf einer oder drei Phasen ins Hausnetz / öffentliche Stromnetz ein. 1-phasige Batteriespeicher können Elektrogeräte mit 3-phasigem Anschluss nicht versorgen, so dass z.b. der Herd in der Küche im Fall eines Stromausfalls nicht funktionieren würde. Ebenso müssen PV-Anlagen 3-phasig ins Stromnetz einspeisen (Ausnahmen gelten für Anlagen bis 4,6 kwp). Der Anschluss eines 1-phasigen Batteriespeicher sollte deshalb mit dem Netzbetreiber abgeklärt werden. Volleinspeiser Volleinspeiser sind Batteriespeicher, die gespeicherten Solarstrom (Batteriestrom) direkt ins Netz einspeisen dürfen. AC-gekoppelte Batteriespeicher benötigen hierfür einen zusätzlichen Zähler um zu verhindern, dass Strom aus dem Netz geladen und als Solarstrom eingespeist wird. Notstromoption Eine Notstromoption ermöglicht es, dass bei einem Stromausfall die Solarbatterie im Bruchteil einer Sekunde die Stromversorgung des Hauses übernimmt und zusammen mit der PV-Anlage das Haus im Inselbetrieb versorgt. Hierbei kommt es u.a. darauf an, ob die Solarbatterie 1-phasig oder 3-phasig einspeist, damit auch sämtliche Elektrogeräte im Haus (3-phasige) funktionieren. Kennzahlen, die im Alltag entscheidend sind Die zuvor genannten Daten beschreiben im Kern die technische Leistungsfähigkeit der Solarbatterie selbst. Wie gut die Solarbatterie im praktischen Betrieb abschneidet, um in Kombination mit einer PV-Anlage einen Haushalt möglichst weitgehend mit Strom zu versorgen, darüber geben die folgenden drei Größen Auskunft. Eigenverbrauchsanteil Der Eigenverbrauchsanteil steht in Bezug zur erzeugten Strommenge der Photovoltaikanlage und sagt aus, wieviel Solarstrom aus der PV-Anlage selbst verbraucht werden kann im Haushalt durch den Einsatz der Solarbatterie. Ein möglichst hoher Eigenverbrauchsanteil hängt dabei von einer fachgerechten Planung und Auslegung beider Systeme ab.

5 Autarkiegrad Der Autarkiegrad steht in Bezug zum gesamten Stromverbrauch des Haushalts und sagt im Unterschied zum Eigenverbrauchsanteil aus, wie viel des tatsächlichen Strombedarfs durch die Photovoltaik Solarbatterie Kombination gedeckt werden kann. Kosten pro gespeicherter Kilowattstunde Wie wirtschaftlich ein Batteriespeicher ist lässt sich daran festmachen, was eine gespeicherte Kilowattstunde umgerechnet kostet (in Cent). Diese lassen sich für einen Batteriespeicher wie folgt berechnen: 1. Nutzkapazität 7,2 kwh x Vollzyklen 10% Verlust = 19,440 kwh Speichermenge 2. Nach diesen Zyklen hat die Batterie aber noch 70% (Garantie) der Anfangskapazität. Ist also nicht kaputt ,440 kwh Speichermenge x 70% = 13,580 kwh 4. Speichermenge = 32, ,820 Endkundenpreis 30% Förderung = 11,074 geteilt durch 32,980 kwh =,33 Cent pro gespeicherte kwh für die 20 Jahre.

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