Batteriesysteme und deren technische Unterschiede

Batteriesysteme und deren technische Unterschiede

Batteriesysteme und deren technische Unterschiede

Batteriespeichersystemen, die in Ein- und kleineren Mehrfamilienhäusern und kleineren Gewerbebetrieben eingesetzt werden können, sind meist als Komplettsysteme „von der Stange“ erhältlich. Das PV-Magazin hat von rund 40 Anbietern Informationen zu über 300 Systemen abgefragt (Stand Juni 2016). Die Angaben enthalten Details unter anderem zum Aufbau und zur Batterie.

Wie orientieren Sie sich am besten?

Die Systeme lassen sich in drei Klassen enteilen:

1. DC-Systeme: die Batterie ist im Zwischenkreis des Wechselrichters angeschlossen. Das hat den Vorteil, dass der Strom, der von der Solaranlage über die Batterie zu den Verbrauchern fließt, nur einmal eine Gleichstrom-Wechselstrom-Wandlung durchläuft. Im Prinzip ist dadurch der Wirkungsgrad höher als bei AC-Systemen. In der Praxis ist das aber nicht immer der Fall.

2. AC-Systeme: die Batterie ist am Wechselstrom-Hausnetz angeschlossen. Mit diesen Systemen kann man eine Anlage leichter mit einem speicher nachrüsten, da an der Photovoltaikanlae nichts verändert wird.

3. DC-Gen-Systeme (DC-Generatorseite): das Speichersystem ist in den DC-Stromkreis zwischen Solargenerator und Wechselrichter geschaltet werden. Ein Vorteil gegenüber den DC-Systemen ist, dass diese Systeme auch dann nachgerüstet werden können, wenn der Wechselrichter das nicht vorsieht. Ein Vorteil gegenüber AC-Systemen ist, dass sie weniger Wandlerstufen benötigen. Ein Nachteil der DC-Gen-Systeme ist, dass ihre Entladeleistung durch die maximale Leistung und eventuell auch durch die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters begrenzt sind.

4. DC/AC-Systeme: Seit 2014 kamen zunehmend DC-gekoppelte Systeme auf den Markt, die die Batterie nicht nur über die DC-Seite laden können, sondern auch über die AC Seite. Sie sind damit flexibler einsetzbar als AC-Systeme, können aber im Prinzip bei entsprechender Verschaltung auch die Vorteile der DC-Systeme bieten.

Bei allen Systemtypen sind die
nutzbare Batteriekapazität und die maximale Entladeleistung sehr wichtige Auswahlgrößen. Bei den DC-Systemen zusätzlich die Leistung des integrierten Solarwechselrichters.

Glossar

 

Schlüsselgrößen: Die Leistungen des Solarwechselrichters, die maximale Entladeleistung des Batteriekonverters und die nutzbare Batteriekapazität sind besonders charakteristische Größen, die ein Speichersystem beschreiben.

Solarwechselrichter AC-Nennleistung: Bei DC-Systemen ist diese direkt an das Batteriesystem gekoppelt. Bei AC-Systemen wird sie eventuell durch die Maximalleistung von Umschalt- komponenten beschränkt, ist ansonsten aber frei wählbar.

Batteriewechselrichter – max. Ladeleistung: Die maximale Ladeleistung bestimmt, wie schnell die Batterie aufgeladen werden kann, vorausgesetzt, die Solaranlage ist groß genug und die Sonne scheint.

Batteriewechselrichter – max. Entladeleistung: Sie bestimmt, welche Lasten im Haushalt mit dem Gerät versorgt werden können. Die Lade und Entladeleistung wird zum einen von der Leistungselektronik und den Batteriecharakteristika bestimmt, zum anderen von der Regelung. Die C-Rate gibt an, wie schnell eine Batterie im Verhältnis zu ihrer Kapazität entladen wird. 1C bedeutet also, dass eine Batterie mit einer Kilowattstunde Kapazität innerhalb einer Stunde vollständig entladen wird. Von der C-Rate hängt auch die entnehmbare Energiemenge der Batterie ab.

Nenn-Batteriekapazität: Bei Systemen, die mit unterschiedlichen Kapazitäten geliefert werden, gilt die angegebene Von- bis-Spanne. Bei etlichen Systemen werden die Geräte mit einer fixen Batteriegröße geliefert, die aber meist aufstockbar ist.

Nutzbare Batteriekapazität: Je nachdem, wie die Regelelektronik programmiert ist, unterscheidet sich die nutzbare von der Nenn-Batteriekapazität. Das Verhältnis bestimmt die Lebensdauer der Batterien mit. Die angegebene Zyklenzahl bezieht sich auf die nutzbare Kapazität. Sie ist die entscheidende bei der Planung eines Systems.

Phasen: Das Stromnetz hat drei spannungsführende Phasen, zusätzlich zum Nullleiter. Viele Speichersysteme speisen nur in eine Phase ein – wie auch viele kleine Photovoltaikanlagen.

Batterieregelung: Das Batteriesystem ist zum Beispiel auf Phase 1 angeschlossen, eine Herdplatte auf Phase 2. Regelt das Batteriesystem nach dem Strom auf einer Phase, lässt sich diese Herdplatte so nicht mit dem Batteriesystem betreiben. Regelt das Batteriesystem aber nach dem Summenstrom über alle Phasen, speist es auf Phase 1 ein, was die Herdplatte auf Phase 2 verbraucht. Das zählt als Eigenverbrauch.

KFW-Förderung/Wetterprognosen: Wer die Speicherförderung in Anspruch nimmt, darf nur noch maximal 60 Prozent der Photovoltaiknennleistung in das Netz einspeisen. Ohne Fäörderung liegt die Grenze bei 70 Prozent oder man muss den Netzbetreiber spontan abregeln lassen. Damit das System die durch die Abegelung vorhandene überschüssige Energie speichern kann, muss Platz im Speicher sein.

Wirkungsgrade: Es ist nicht möglich, die Effizienz eines Speichersystems mit einer Zahl zu beschreiben, da das Verbraucherverhalten eine große Rolle spielt. Einen Anhaltspunkt gibt, wieviel von einer Kilowattstunde erzeugten Solarstroms am Ende beim Verbraucher ankommt. Diese Zahl lässt sich anhand der Angaben für DC-Systeme ausrechnen, für AC-Systeme muss zusätzlich die Effizienz eines Solarwechselrichters angenommen werden. Manche Hersteller geben auch Systemwirkungsgrade an. Diese Wirkungsgrade geben einen Anhaltspunkt, sind aber nicht allein entscheidend für die Frage, wie viel Solarstrom innerhalb eines Jahres zu Verbrauchern fließt. Mit entscheidend sind die Funktionalität des Energiemanagements und die Teillastwirkungsgrade.

Teillastwirkungsgrad, Leerlauf- und Standby-Verbrauch: Ein Batteriespeicher wird oft nur mit einigen Hundert Watt Entladeleistung genutzt (Zum Beispiel wenn abends nur ein Fernseher und einige Lampen eingeschaltet sind). Daher ist wichtig, dass in diesem Lastbereich wenig Verluste auftreten. Ein Grund für Verluste ist ein hoher Leerlaufverbrauch. Er ist definiert als der Strombedarf, den der Speicher hat, wenn er nichts tut außer darauf zu warten, entweder zu laden oder zu entladen. Ein Leerlaufverbracuh von 50 Watt kann den jährlichen Strombverbrauch durchaus fünf bis zehn Prozent erhöhen. Der Leerlaufverbrauch schlägt umso weniger zu Buche, je öfter ein System in den Standby-Verbrauch schaltet und umso niedriger dann die Leistungsaufnahme ist.

Lebensdauer Zyklenzahl: Zyklenzahl, nach der die Kapazität der Batterie auf 80 Prozent der Nennkapazität abgesunken ist (manche Hersteller geben als End of Life Kriterium auch 70 % an). Diese Zahl hängt davon ab, wie stark die Batterie aufgeladen und entladen wird. Dieser Wert wird als DOD – Depth of Discharge – angegeben. Oft wird er als 80 % DOD gemessen, was bedeutet, dass die Kapazität in jedem Zyklus zu 80 Prozent ausgenutzt wird.

Minimale und maximale Ladezustände: Diese Systemeinstellung bestimmt den DOD-Wert und beeinflusst die Batterielebensdauer. Lebensdauer kalendarisch: Lebensdauer, wenn keine Zyklenbelastung vorliegt und die Kapazität der Batterie vermutlich auf 80 Prozent der Nennkapazität abgesunken ist.

Batteriespannungen: Diese müssen den Nutzer nicht unbedingt interessieren, jedoch unter Umständen den Installateur, der eventuell hohe Gleichstpannungen anschließen muss. Es gibt zwei Batteriekategorien: Niedervolt und Hochvoltbatterien.

Vielen Dank an PV-Magazin für das zusammentragen dieser relevanten Daten!

Sonnige Grüße von Wolf Probst

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