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. Ein Fachbetrieb für Solarspeicher kann Sie zu diesem Thema kostenlos beraten. 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, wieviel 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.

    • 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. 

    • Zyklenlebensdauer / Anzahl der Vollzyklen

      Technische Angabe des Herstellers, für wie viele Vollzyklen die Solarbatterie ausgelegt ist. Heutige Batteriespeicher haben eine Zyklenlebensdauer bis zu 7.000 Vollzyklen. Bei Erreichen der Zyklenlebensdauer hat die Solarbatterie eine Kapazität von 80% ihrer ursprünglichen Nennkapazität (und kann theoretisch noch weiter benutzt werden).

 

    • 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. 

    • 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 7.000 Vollzyklen hätte die Solarbatterie eine Gebrauchsdauer von 35 Jahren.

 

  • 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 (AC-gekoppelt) oder "vor" dem Wechselrichter im zwischengeschalteten Gleichstromkreis (DC-gekoppelt). 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.

 

    • 1-phasig / 3-phasig

      Batteriespeicher speisen den geladenen Solarstrom entweder auf einer oder drei Phasen ins Hausnetz / öffentliche Stromnetz ein. 1-phasige Batteriespeicher können im Fall eines Stromausfalls Elektrogeräte mit 3-phasigem Anschluss nicht versorgen, so dass z.B. der Herd in der Küche 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.

  • Autarkiegrad

    Der Autarkiegrad steht in Bezug zum gesamten Stromverbrauch des Haushalts und sagt im Unterschied zum Eigenverbrauchsanteil aus, wieviel 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. Nennkapazität x Anzahl der Vollzyklen = theoretisch speicherbare Energiemenge
    2. theoretisch speicherbare Energiemenge in praktisch speicherbare Energiemenge umrechnen, indem die Entladungstiefe und der Systemwirkungsgrad prozentual abgezogen werden
    3. Investitionskosten / Endkundenpreis (für die gleiche technische Ausstattung) durch die praktisch speicherbare Energiemenge teilen ergibt den Preis pro gespeicherter Kilowattstunde Strom

    Beispielrechnung für eine Solarbatterie:

    1. Nennkapazität 8,1 kWh x 5.000 Vollzyklen = 40.500 kWh theroretische Speichermenge
    2. 40.500 kWh im Verhältnis zu 70% Entladungstiefe und 90% Systemwirkungsgrad ergibt 25.515 kWh nutzbare Speichermenge
    3. 13.900€ Endkundenpreis geteilt durch 25.515 kWh = 54 Cent pro gespeicherte kWh 

Diese Daten sollten Ihnen helfen, Batteriespeicher grundlegend verstehen und bewerten zu können. Für den Kauf einer Solarbatterie und die Auslegung mit einer Photovoltaikanlage wenden Sie sich in jedem Fall an einen Solarteur. Weitere Hilfestellung bei der Entscheidung für oder auch gegen einen Batteriespeicher finden Sie in unserem Leitfaden.

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Autor: Christian Märtel