Akkumulatoren für Solarmodule: ein Überblick über geeignete Batterietypen und ihre Besonderheiten

Alternative Energiesysteme werden immer häufiger zur Stromversorgung von Wohnhäusern eingesetzt. Da sich die Erzeugungs- und Verbrauchszeiten unterscheiden, muss die Energie für die spätere Abgabe gespeichert werden. Sind Sie einverstanden?

Um die Energie zu der vom Hausbesitzer benötigten Zeit nutzen zu können, werden Akkumulatoren für Solarmodule in den Kreislauf eingebaut. Wir zeigen Ihnen, wie Sie Geräte richtig auswählen, die für Lade- und Entladezyklen ausgelegt sind. Unsere Empfehlungen helfen Ihnen, das optimale Modell zu wählen.

Akkumulatoren im Haushalts-Solarsystem

Das Verständnis der Methoden und Nuancen bei der Verwendung von Akkumulatoren zur Stromversorgung eines Objekts durch Solarpaneele ermöglicht die richtige Auswahl der Geräte und gewährleistet den maximalen Wirkungsgrad des Systems.

Um eine fundierte Kaufentscheidung zu treffen, müssen Sie sich eingehend mit den Methoden zur Erstellung eines Akku-Arrays (Blocks) und den Regeln zur Berechnung der wichtigsten Kenngrößen vertraut machen.

Methode zur Zusammenführung von Geräten zu einem einzigen Block

Wohn- und Industriegebäude verbrauchen eine elektrische Last, die die Kapazität einer einzelnen Batterie übersteigt. Falls die Solarstromanlage für eine große Anzahl elektrischer Geräte ausgelegt ist, muss ein Batterie-Array erstellt werden, ähnlich der Zusammenstellung von Solarmodulen.

Die Verbindung von Batterien zu einem einzigen Speicherarray kann parallel, in Reihe oder gemischt erfolgen. Die Wahl hängt von den benötigten Ausgangswerten für Leistung und Spannung ab.

Je nachdem, wie Sie die Akkus untereinander verbinden, lassen sich verschiedene Ausgangsspannungen erzielen. Sie sollten jedoch keine allzu komplexen Schaltungen aufbauen, um Ausgleichsströme zwischen den Geräten im Array zu vermeiden.

Stellen Sie die Batterien in einem Haus oder einem anderen Gebäude auf, um eine Umgebungstemperatur von +10 bis +25 °C zu gewährleisten und das Eindringen von Wasser zu verhindern. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer der Geräte erheblich und die Energieverluste werden reduziert.

Moderne Fertigungstechnologien für Akkumulatoren, die für den Einbau in Wohngebäuden vorgesehen sind, sehen erhöhte Maßnahmen zur Umweltsicherheit vor. Daher sind keine speziellen Maßnahmen zur intensiven Belüftung des Raums erforderlich. Dennoch sollten Sie die Batterien nicht in Wohnräumen aufstellen.

Da Akkumulatoren ein erhebliches Gewicht haben (ein Gerät mit 12 Volt und 200 Ah wiegt etwa 70 kg), müssen Sie sie auf dem Boden oder auf stabilen, fest verankerten Regalen aufstellen.

Es muss verhindert werden, dass Batterien aus großer Höhe fallen, da sie in diesem Fall ausfallen und Systeme mit flüssigem Elektrolyt bei einer Leckage zudem gefährlich für die menschliche Gesundheit sind.

Mit zunehmender Länge des Stromkabels steigt der elektrische Widerstand, was zu einer Verringerung der Systemeffizienz führt. Daher werden die Batterien dicht aneinander platziert, um die Gesamtlänge der Kabel zu minimieren.

Ein Regal für Batterien muss ein hohes Gewicht tragen können. So wiegt ein Block aus acht 200-Ah-Batterien mehr als eine halbe Tonne.

Besonderheiten der Systemfunktion

Bei Parallel- und kombinierter Serien-Parallelschaltung von Batterien zu einer einzigen Anordnung kann es zu einer Unwucht der Geräte bezüglich des Ladezustands kommen. Dies führt dazu, dass das Gerät nicht im vollständigen Zyklus arbeitet, wodurch seine Lebensdauer schneller erschöpft wird.

Ein System zur Gewinnung von elektrischer Energie aus der Sonne ist immer mit einem Laderegler ausgestattet, der den Ladevorgang der Batterie steuert. Bei der Erstellung eines Batterie-Arrays ist zusätzlich die Installation von Ladungsausgleichsbrücken erforderlich.

Um Probleme durch ungleichmäßiges Laden und Entladen von zu einer Anordnung zusammengeschlossenen Batterien zu vermeiden, müssen Geräte desselben Modells, besser noch derselben Charge, verwendet werden. Diese Regel gilt nicht nur für Solarstromsysteme.

Heutzutage kann fast jeder Wohnraum mit Geräten ausgestattet werden, die an einem 12- oder 24-Volt-Netz betrieben werden, darunter Kühlschränke, Fernseher usw. Eine Verkabelung mit einer solchen Spannung im ganzen Haus ist jedoch nicht sinnvoll, da die Stromstärke sehr hoch wäre.

Daher ist bei der Umsetzung einer solchen Idee ein teures Kabel mit großem Leiterquerschnitt erforderlich, und die Verluste durch den elektrischen Widerstand werden groß sein.

Für fast alle Haushaltsgeräte gibt es Modelle, die an einem 12-Volt-Gleichstromnetz betrieben werden. Wenn die Verkabelung nicht zu lang ist, kann ein Niederspannungssystem verwendet werden.

Daher wird in unmittelbarer Nähe der Batterien ein Wechselrichter installiert – ein Gerät zur Umwandlung der elektrischen Spannung.

Außerdem kann die tatsächliche Ausgangsspannung des Batterieblocks geringfügig von der angegebenen abweichen. So liefern vollständig geladene, in Solaranlagen häufig verwendete Gel-Batterien eine Spannung von 13–13,5 Volt, weshalb der Wechselrichter auch als Stabilisator fungiert.

Berechnung der erforderlichen Batteriekapazität

Die Kapazität der Batterien wird auf der Grundlage des voraussichtlichen Zeitraums des autonomen Betriebs ohne Nachladung und der Gesamtleistungsaufnahme der Elektrogeräte berechnet.

Die durchschnittliche Leistung eines Elektrogeräts über ein Zeitintervall kann wie folgt berechnet werden:

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Wobei:

• P₁ – Nennleistung des Geräts;
• T₁ – Betriebszeit des Geräts;
• T₂ – gesamte Berechnungszeit.

In fast ganz Russland gibt es längere Zeiträume, in denen die Solarmodule aufgrund schlechten Wetters nicht arbeiten.

Es ist unwirtschaftlich, große Akkublöcke zu installieren, die nur wenige Male im Jahr voll ausgelastet sind. Daher müssen Sie die Wahl des Zeitintervalls, in dem die Geräte nur entladen werden, auf der Grundlage des Durchschnittswerts treffen.

Die von den Solarmodulen erzeugte Energiemenge hängt von der Wolkendichte ab. Wenn bewölktes Wetter in der Region keine Seltenheit ist, müssen Sie den Mangel an Eingangsleistung bei der Berechnung der Akkublockgröße berücksichtigen.

Wenn die gespeicherte Energie über den Tag hinweg genutzt werden soll, beispielsweise in einer Solarheizung, ist es besser, einen etwas größeren Zeitraum wie 30 Stunden als Berechnungsgrundlage zu nehmen.

Im Falle eines längeren Zeitraums, in dem Sie keine Sonnenkollektoren nutzen können, müssen Sie ein anderes System zur Stromerzeugung verwenden, das z. B. auf einem Diesel- oder Gasgenerator basiert.

Ein zu 100 % geladener Akkumulator kann bis zu seiner vollständigen Entladung eine Leistung liefern, die nach folgender Formel berechnet werden kann:

P = U x I

Wobei:

• U – Spannung;
• I – Stromstärke.

So kann ein Akkumulator mit den Parametern 12 Volt Spannung und 200 Ampere Stromstärke 2400 Watt (2,4 kW) erzeugen. Zur Berechnung der Gesamtleistung mehrerer Akkumulatoren müssen Sie die für jeden einzelnen ermittelten Werte addieren.

Es gibt Akkumulatoren mit einer hohen Leistungsangabe im Handel, aber sie sind teuer. Manchmal ist es viel günstiger, mehrere gewöhnliche Geräte zusammen mit Verbindungskabeln zu kaufen.

Das erhaltene Ergebnis müssen Sie mit mehreren Abminderungsfaktoren multiplizieren:

• Wirkungsgrad des Wechselrichters. Bei richtiger Anpassung von Spannung und Leistung am Eingang des Wechselrichters wird ein Maximalwert von 0,92 bis 0,96 erreicht.
• Wirkungsgrad der Stromkabel. Die Minimierung der Länge der Kabel, die die Akkumulatoren verbinden, und des Abstands zum Wechselrichter ist erforderlich, um den elektrischen Widerstand zu verringern. In der Praxis liegt der Wert des Faktors zwischen 0,98 und 0,99.
• Minimal zulässige Entladung der Batterien. Für jeden Akkumulator gibt es eine untere Ladegrenze, bei deren Unterschreitung die Lebensdauer des Geräts erheblich abnimmt. Normalerweise stellen die Regler den Mindestladewert auf 15 % ein, daher beträgt der Faktor etwa 0,85.
• Maximal zulässiger Kapazitätsverlust vor dem Austausch der Akkus. Im Laufe der Zeit altern die Geräte, ihr Innenwiderstand steigt, was zu einer irreversiblen Abnahme ihrer Kapazität führt. Die Verwendung von Geräten, deren Restkapazität weniger als 70 % beträgt, ist unrentabel, daher sollte der Wert des Indikators auf 0,7 gesetzt werden.

Entgegen der verbreiteten Meinung sollte der Wirkungsgrad des Akkus – das Verhältnis von aufgenommener zu abgegebener elektrischer Energie – nicht in die Berechnung einbezogen werden. Der in der technischen Dokumentation angegebene Kapazitätswert des Akkus berücksichtigt die mögliche Abgabemenge.

Letztendlich wird der Wert des integralen Koeffizienten bei der Berechnung der erforderlichen Kapazität für neue Akkus ungefähr 0,8 betragen, und für alte, vor ihrer Stilllegung – 0,55.

Für die Stromversorgung des Hauses bei einer Lade-Entlade-Zyklusdauer von 1 Tag werden 12 Akkus benötigt. Wenn ein Block von 6 Geräten entlädt, wird der zweite Block geladen.

Maximal zulässige Ströme

Für jeden Akku ist in der technischen Dokumentation der maximal zulässige Ladestrom angegeben. Eine Überschreitung dieses Wertes führt zu einer Überhitzung des Geräts und einer abrupten und irreversiblen Verschlechterung seiner Leistungswerte.

Daher muss bei der Auswahl von Batterien für Systeme mit Batteriespeicher sichergestellt werden, dass sie den Verbrauch des von den Solarmodulen erzeugten Stroms decken können.

Ein weiterer wichtiger Indikator ist der zulässige Entladestrom:

• Der normale Entladestrom, für den der Akku für den Betrieb bei diesem Wert (oder einem niedrigeren Wert) ausgelegt ist. Der Betrieb aller an das System angeschlossenen elektrischen Geräte muss durch diesen Indikator gewährleistet sein.
• Der maximale Entladestrom, den das Gerät kurzzeitig bei Spitzenlasten liefern kann. Solche Lasten können beim Einschalten bestimmter Geräte auftreten, z. B. von Geräten mit Kompressoren von Kühlschränken oder Klimaanlagen.

Eine dauerhafte Überschreitung des ersten Werts oder eine kurzfristige Überschreitung des zweiten führt zu vorzeitigem Verschleiß des Akkus. Bei der Alterung der Geräte verringern sich diese Werte um 20–30 %, was ebenfalls zu berücksichtigen ist.

Geräteaufbau und Hauptparameter

Autobatterien sind nicht für den Betrieb mit einer großen Anzahl von Lade- und Entladezyklen ausgelegt. Für die alternative und Notstromversorgung werden Geräte eines anderen Typs verwendet. Da ihre Kosten hoch sind, müssen vor dem Kauf alle Parameter sorgfältig geprüft werden.

Die Betriebsarten eines Akkus im Auto und in einem System der alternativen Energieversorgung unterscheiden sich so sehr, dass seine Zweckbestimmung sogar auf dem Gerät selbst angegeben wird.

Verwendete Typen für die alternative Energiegewinnung

Praktisch alle Batterien, die in der alternativen Energietechnik eingesetzt und in Gebäuden installiert werden, sind wartungsfrei. Sie haben keine Möglichkeit, physische Eingriffe vorzunehmen, die ihre Struktur beeinträchtigen.

Dies dient dazu, das Risiko einer physischen oder chemischen Einwirkung der Batterien auf Menschen, Luft und umgebende Gegenstände zu minimieren. Daher ist keine detaillierte Untersuchung der Struktur und der physikalisch-chemischen Nuancen der Arbeitsweise verschiedener Batterietypen erforderlich. Mehr Aufmerksamkeit sollte den Unterschieden in den grundlegenden technischen Merkmalen der Geräte gewidmet werden.

OPzS-Batterien sind ähnlich wie einfache Blei-Säure-Geräte aufgebaut. Die Änderung der Form der positiven Platte ermöglicht eine deutlich höhere Anzahl von Lade- und Entladezyklen im Vergleich zu Autobatterien.

Ein Nachteil ist das Vorhandensein von flüssigem Elektrolyt, was bei einer Druckentlastung gefährlich sein kann. Mittlere Preisklasse.

Alkali-Batterien (Nickel-Batterien) werden selten eingesetzt, da sie gegenüber geringen Ladeströmen unempfindlich sind und einen vollständigen Zyklus vom geladenen bis zum entladenen Zustand durchlaufen müssen. Andernfalls kommt es zu einer Verringerung der Batteriekapazität.

Außerdem haben diese Geräte ein höheres Gewicht und größere Abmessungen im Vergleich zu Konkurrenzprodukten derselben Kapazität. Bei Druckentlastung sind sie gefährlich. Niedrige Preisklasse.

Eine Druckentlastung der Batterie kann durch einen inneren Defekt, übermäßige Ladestromstärke, Herunterfallen oder Betrieb unter ungeeigneten Bedingungen auftreten. Die größten Probleme verursachen dabei Geräte, die gefährliche, verdampfende Flüssigkeiten enthalten.

Bei AGM-Batterien befindet sich der Elektrolyt in einem gebundenen Zustand in einer Glasfasermatte. Sie können mit geringen Strömen geladen werden. Sie sind praktisch sicher und nehmen eine mittlere Preisklasse im Vergleich zu Konkurrenten ein.

Bei GE-Batterien (Gel-Batterien) wird dem Elektrolyt Siliziumoxid zugesetzt, sodass er in einem gelartigen Zustand vorliegt. Die Geräte weisen ein hohes Sicherheitsniveau und gute Eigenschaften auf. Hohe Preisklasse.

Batterien für alternative Energien werden nicht in Autohäusern verkauft. Sie können sie in Geschäften für Solarmodule, Windkraftanlagen oder online erwerben.

Lithiumbasierte Batterien (z. B. Lithium-Eisenphosphat-Modelle) haben sehr gute Eigenschaften, sind kompakt, haben ein deutlich geringeres Gewicht und sind praktisch sicher. Ihre Kosten sind jedoch deutlich höher als bei konkurrierenden Gerätetypen, selbst bei Gel-Batterien.

Aus Sicht des Preis-Leistungs-Verhältnisses sind Gel- und Lithium-Akkus am attraktivsten. Die anfänglichen Investitionen in diese sind jedoch sehr hoch, daher sind auch Geräte anderer Typen auf dem Markt für Batterien für alternative Energien weit verbreitet.

Auf dem heimischen Markt sind Akkus folgender Marken stark gefragt:

Die vorgestellten Akkus zeichnen sich durch hervorragende Betriebseigenschaften und einen erschwinglichen Preis aus.

Auswahl des Akkumodells

Die wichtigsten Parameter von Akkumulatoren für die Solarenergie, auf die beim Kauf zu achten ist, sind die folgenden:

• Spannung und Kapazität, die die Leistung des Akkus bestimmen;
• die Tiefe der maximalen sicheren Entladung, bei deren Einhaltung der Akku über die vom Hersteller angegebenen Zeiträume funktionsfähig bleibt;
• die garantierte Anzahl von Lade- und Entladezyklen unter Einhaltung aller technischen Bedingungen;
• die Selbstentladungsrate, die die Intensität des Energieverlusts in einer geladenen Batterie im Leerlauf charakterisiert;
• der maximale Ladestrom, der die Energiemenge pro Zeiteinheit definiert, die eine Batterie ohne Beeinträchtigung ihrer weiteren Funktion aufnehmen kann;
• der normale Entladestrom, der die Energiemenge pro Zeiteinheit definiert, die eine Batterie dauerhaft ohne Beeinträchtigung ihrer weiteren Funktion abgeben kann;
• der maximale Entladestrom, der die Energiemenge pro Zeiteinheit definiert, die eine Batterie kurzzeitig ohne Beeinträchtigung ihrer weiteren Funktion abgeben kann;
• die optimale Betriebstemperatur des Geräts;
• die Größe und das Gewicht der Batterie, deren Kenntnis für die Wahl des Aufstellorts und der Installationsmethode erforderlich ist.

All diese Parameter sind in der technischen Dokumentation beschrieben, die in elektronischer Form auf den Websites aller großen Hersteller bereitgestellt wird.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Überblick über die Funktionsnuancen verschiedener Batterietypen für Solarsysteme:

Vergleich verschiedener Typen von Starterbatterien. Vor- und Nachteile für die alternative Energieerzeugung:

Erfahrungen mit Lithiumbatterien (LiFePo4). Ein realer Block aus Fahrzeuggeräten, Nuancen seines Betriebs:

Die richtige Wahl der Batterien nach ihren Parametern gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb des alternativen Energiesystems. Sparen Sie nicht übermäßig am Energiespeicherblock – die anfänglichen Investitionen werden sich durch den unterbrechungsfreien Betrieb des Systems über mehrere Jahre amortisieren.

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