Solarbatterie: Energiespeicherlösungen

Warum sich mit einer Solarbatterie ausstatten?

Es gibt eine Reihe von Gründen, warum Sie Ihrem System eine Solarbatterie hinzufügen möchten. Ob an einem isolierten Standort, Hybrid- oder Gewerbe- und Industrieszenario, wir haben eine Batterie, die an Ihre Bedürfnisse angepasst, profitabel und langlebig ist, von 2 bis zu mehreren hundert kWh.

Maximieren Sie die Nutzung der Energie aus Sonnenkollektoren  : Mit Batterien können Sie Sonnenenergie speichern und abends und nachts nutzen. Durch die Installation einer Solarbatterie importieren Sie weniger Energie von EDF und sparen Ihre Stromrechnung. Daher können wir hier über die Optimierung des Eigenverbrauchs (Hybrid) in Verbindung mit Ihren Solarmodulen sprechen.

Machen Sie HP/HC-Arbitrage: Wenn Sie keine Solarbatterie haben, könnten die Nutzungsdauertarife Ihre Stromrechnungen erheblich erhöhen. Aber eine Batterie mit einem „Vorrat“ an Energie (Kapazität) in kWh und ausreichend Solarpaneelen kann Sie in diesen Spitzenzeiten, wenn die Strompreise höher sind, mit Strom versorgen.

Einige Batteriesysteme (z. B. SIGENERGIE) sind in der Lage, diese Art der intelligenten Arbitrage durchzuführen und außerhalb der Spitzenzeiten dann Strom aus dem Netz aufzuladen, wenn es sinnvoll ist. Zum Beispiel, wenn es den Anschein hat, dass es am nächsten Tag nicht mehr genug Sonne geben wird, um die Batterien über die Panels wieder aufzuladen, indem eine Wettervorhersage gekoppelt wird.

Solare Autarkie dank Batterien (Backup): Alle von uns angebotenen Batteriesortimente sind für den isolierten Betrieb geeignet, d. h. ohne die Anwesenheit von EDF. Somit können Sie von einer teilweisen oder vollständigen sogenannten „Notfall“-Funktion (=Backup) zur Absicherung Ihrer Ladung im Haushalt profitieren. Wenn es tagsüber zu einem EDF-Ausfall kommt, können Sie über Ihre Module weiterhin von der Solarenergie profitieren.

Welche verschiedenen Arten von Solarbatterien gibt es?

Die Entwicklung der Solarbatterien: der Niedergang der GEL- und Bleibatterien:

Solarbatterien haben eine bedeutende Entwicklung durchlaufen, die durch den Niedergang alter Technologien wie GEL- und Bleibatterien (Marke Hoppecke, Victron, Enersys usw.) gekennzeichnet ist. Einst beliebt waren GEL-Batterien mit ihrem Elektrolyten in Gelform und AGM-Batterien (Absorbed Glass Mat), die zwar wenig Wartung erfordern und eine relativ lange Lebensdauer bieten, heute jedoch veraltet sind. Ihre Leistung und Lebensdauer, die im Allgemeinen zwischen 800 und 900 Zyklen für GEL und bis zu 10 Jahren für AGM liegt, verblassen im Vergleich zu den Fortschritten bei Lithiumbatterien. Ebenso erfordern offene Bleibatterien trotz ihrer wirtschaftlichen Kosten einen erheblichen Wartungsaufwand und sind durch ihre nicht wasserdichte Konstruktion eingeschränkt. Heute werden sie immer noch in Solarbausätzen der Einstiegsklasse verkauft, wobei AGM-Batterien aufgrund ihres sehr niedrigen Preises eine kostengünstige Installation, insbesondere für Wohnmobile, ermöglichen.

Die technische Überlegenheit von Lithium-Ionen-Solarbatterien:

Lithium-Ionen-Solarbatterien haben sich aufgrund ihrer Kompaktheit und langen Lebensdauer schnell als Technologie der Wahl für die Speicherung von Solarenergie etabliert. Sie bieten eine höhere Energieeffizienz und eine deutlich längere Lebensdauer als GEL- und Bleibatterien und markieren einen Wendepunkt in der Solarenergiespeicherung. Lithiumbatterien sind mit einem elektronischen internen Managementsystem, einem BMS, ausgestattet, das die Entladung und Aufladung entsprechend den Spannungen der Solarmodule und des verwendeten Wechselrichter-Ladegeräts optimiert. Die Kapazitäten variieren je nach Batteriemarke zwischen 2 und 10 kWh pro Element. Die Entladeleistung kann bei einigen Modellen bis zu 5000 W betragen. Die Qualität des BMS beeinflusst auch die Lebensdauer der Lithiumbatterie sowie ihre Entladekapazität und damit die zurückgegebene Energie.

Sogenannte „alternative“ Batterietechnologien: Nickel-Eisen, Lithiumtitanat und Natriumionen:

Gleichzeitig werden andere neue Technologien wie Nickel-Eisen-, Lithiumtitanat- und Natrium-Ionen-Batterien entwickelt. Nickel-Eisen-Batterien, die für ihre Robustheit und Langlebigkeit bekannt sind, zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, tiefe Lade- und Entladezyklen ohne nennenswerte Leistungseinbußen zu überstehen und bei Bedarf eine schnelle Entladung zu gewährleisten. Sie sind ideal für netzunabhängige Solarsysteme. Sie können bis zu 8000 Zyklen durchführen und ihr Elektrolyt kann erneuert werden. Sie können gefahrlos auf 0 % entladen werden. Der Preis liegt bei etwa 600 € pro kWh.

Die Lithium-Titanat-Solarbatterietechnologie hingegen ermöglicht ein extrem schnelles Laden und eine längere Lebensdauer, selbst bei extremen Wetterbedingungen. Obwohl sie teuer sind, haben Lithiumtitanat-Solarbatterien die beste Garantie auf dem Markt (20 Jahre für Zenaji) oder das Zehnfache einer Hoppecke- oder Victron-AGM-Bleibatterie! Der Preis hingegen ist etwa dreimal so hoch wie bei einer herkömmlichen Lithiumbatterie.

Schließlich erweisen sich Natrium-Ionen-Batterien als vielversprechende Alternative und bieten eine erschwinglichere und umweltfreundlichere Lösung. Obwohl sich diese Batterien noch in der Entwicklungsphase befinden, werden sie aufgrund ihrer geringen Produktionskosten und ihres hohen Natriumgehalts für großtechnische Anwendungen in Betracht gezogen. Ihre Energiekapazität ist aufgrund einer Energiedichte von etwa 130 Wh/kg etwas geringer als bei Lithium-Solarbatterien, verglichen mit 160 bei LiFePO-Batterien.

Der Übergang zu fortschrittlicheren Batterietechnologien, darunter Lithium-Ionen, Nickel-Eisen, Lithiumtitanat und Natrium-Ionen, spiegelt die anhaltenden Fortschritte bei der Speicherung von Solarenergie wider. Diese Entwicklung verspricht höhere Effizienz, bessere Nachhaltigkeit und einen geringeren ökologischen Fußabdruck und ebnet den Weg für ein neues und nachhaltigeres Zeitalter der Solarenergie.

Warum sind Lithium-Solarbatterien Bleibatterien (AGM, OPZ) überlegen?

Der auffälligste Unterschied zwischen der Lithium-Technologie (zum Beispiel LIFEPO) und AGM/GEL-Batterien wie Hoppecke oder Enersys liegt in der Lade-/Entladekapazität. Das folgende Diagramm zeigt die Kapazität als Prozentsatz der Nennkapazität gegenüber der Entladerate (oder -geschwindigkeit) (in Leistung). Bei sehr hohen Batterieentladeraten beträgt die Kapazität einer AGM/GEL-Bleibatterie nur 60 % ihrer Nennkapazität:

Daher hat in Solaranlagen, in denen die Batterie stark belastet wird oder es regelmäßig zu Entladespitzen kommt, eine Lithiumbatterie mit geringerer Kapazität eine größere NUTZBARE Kapazität als eine Bleibatterie mit ähnlicher Kapazität. Mit anderen Worten: Bei ähnlicher Kapazität wird die Lithium-Batterie sicherlich mehr kosten, aber Sie können eine geringere Kapazität verwenden, da eine Überdimensionierung zur Aufnahme von Entladespitzen nicht erforderlich ist.

Der weitere Vorteil der LIFEPO-Lithiumbatterien im Vergleich zu AGM/GEL-Bleibatterien liegt in der Zyklenkapazität (Lebensdauer). Die LIFEPO-Technologie verfügt im Vergleich zu den besten OPZ-Batterien über eine etwa zehnmal höhere Zyklenkapazität. Dadurch sind die Kosten für gespeicherte kWh viel niedriger als für Blei, was bedeutet, dass die Lithiumbatterie während der Lebensdauer der Solaranlage nicht ausgetauscht werden muss:

Wie funktioniert eine Solarbatterie?

Eine Solarbatterie kann man sich als eine Art elektrochemisches „Sandwich“ vorstellen, das zur Speicherung von Energie dient. Auf der einen Seite befindet sich die Anode und auf der anderen Seite die Kathode. Zwischen beiden gibt es eine ionisch leitende Grenzfläche, den sogenannten Elektrolyten, und einen Separator.

An der Anode konzentrieren sich negativ geladene Elektronen aus der Batterie. Da sich Gegensätze anziehen, wollen sie sich auf die elektrisch positiv geladene Kathode in der Batterie zubewegen. Der Elektrolyt fungiert als Puffer und verhindert, dass Elektronen den kürzesten Weg von der Batterie nehmen (was zu einem Kurzschluss führen würde!).

Durch die Verbindung von Anode und Kathode über ein externes Kabel können die Elektronen in der Batterie fließen. Diesen Elektronenfluss nennen wir Elektrizität.

Prinzipdiagramm (Quelle: www.solarquotes.com)

Bei wiederaufladbaren Solarbatterien (im Fachjargon „Sekundärbatterien“ genannt, im Gegensatz zu Einwegbatterien) wird eine externe Energiequelle verwendet, um den Stromfluss umzukehren (z. B. über Solarmodule). Auf diese Weise wird Energie gespeichert (wir sprechen von kWh) zur späteren Verwendung oder zum Aufladen über das Solarpanel.

Es gibt viele Möglichkeiten, die Kathoden-, Anoden- und Separatorblätter in einer modernen Lithium-Ionen-Solarbatterie anzuordnen.

Sie sind normalerweise wie eine Walze in Metallzylindern, sogenannten Zellen, aufgebaut. Ein Energiespeichersystem für Privathaushalte kann Tausende dieser zylindrischen Batteriezellen enthalten. Wir können auch eine rechteckige Konstruktion finden, die als prismatisch bezeichnet wird. Schließlich gibt es noch die „Pouch-Cell“-Broschürendesigns, die insbesondere bei Pylontech zu finden sind:

Batterieleistung UND Energie! um nicht verwirrt zu sein …

In unserem Leitfaden zur Solarautonomie Wir haben die Unterscheidung zwischen Leistung und Energiedichte (oder Kapazität) erklärt. Hier ist das Diagramm der Badewanne, das leicht zu verstehen ist:

Wenn es um Batterien geht, ist es eine nützliche Analogie, dass Wasser durch ein Rohr in einen Behälter fließt, mit der Ausnahme, dass das Wasser Elektrizität wäre und die Leistung die Durchflussrate wäre:

• Leistung (kW) oder „Leistung“ auf Englisch, ist die Geschwindigkeit, mit der Wasser durch das Rohr fließt, in oder aus dem Behälter.
• Energie (kWh) oder Kapazität ist die Wassermenge, die der Behälter aufnehmen kann.

Die meisten Lithium-Ionen-Solarbatterien haben eine maximale Dauerleistung zwischen 3 und 5 kW. Ein Pylontech US5000 hat beispielsweise eine Dauerleistung von 2.4 kW und eine Spitzenleistung von bis zu 5 kW. Wenn ich jemals 10 kW Leistung aus meinem Batteriesystem abrufen möchte, muss ich eine zweite Batterie hinzufügen.

Nickel-Eisen, NIFE, Lithium LFP, NMC, Natrium? Was auszusuchen ?

Als wir vor ein paar Jahren über Batteriespeicher sprachen, konnte man mit Sicherheit davon ausgehen, dass man sich an einem isolierten Standort (netzunabhängig) befand. Und das aus gutem Grund: Insbesondere der Preis für Lithium-Ionen-Batterien war vier- bis sechsmal höher als heute:

Die dominierende Technologie war vor rund zehn Jahren noch Bleisäure (OPZs insbesondere der Marke Victron, Hoppecke). Es gab auch AGM- oder GEL-Batterien, immer in Bleitechnologie. Die Blei-Säure-Technologie hatte Nachteile (unhandliche Größe, begrenzte Lebensdauer, Gasfreisetzung, Unverträglichkeit gegenüber Tiefenzyklen usw.) und erforderte eine regelmäßige Wartung, die aufwändig war. Darüber hinaus musste trotz ihres auf den ersten Blick relativ niedrigen Preises die geringe verfügbare Kapazität berücksichtigt werden, da die maximale Entladung auf 30 % begrenzt war, um eine korrekte Lebensdauer aufrechtzuerhalten!

Der Preis für Lithiumbatterien ist daher drastisch gesunken und liegt bei 139 USD pro kWh (Bloomberg-Artikel.) 

Die beiden wichtigsten Lithiumtechnologien sind Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) und Lithium-Eisenphosphat (LifePO). Der TESVOLT HV verwendet beispielsweise NMC-Samsung-SDI-Zellen, während Batterien für den Privatgebrauch wie Pylontech oder BYD ausschließlich LifePO verwenden.

Es ist zu beachten, dass jede Batterie ihre eigenen Besonderheiten hat, der LifePo jedoch in Bezug auf die Anzahl der Zyklen, die thermische Stabilität und die Lebensdauer vorherrscht.

LiFePO-Akku: unschlagbares Preis-Leistungs-Verhältnis:

Solarbatterien auf Basis der LFP-Chemie sind frei von Kobalt und strategischen Metallen und daher aus ökologischer und C2G-Sicht vorteilhafter („Cradle to Gate = Lebenszyklus der Batterie von der Gewinnung bis zum Recycling“).

Nickel-Eisen-Batterie: Priorität auf Haltbarkeit:

Es gibt andere Technologien, wie z Nickel-Eisen-Batterie das wir seit 2018 vertreiben und das Robustheit und unvergleichliche Widerstandsfähigkeit für „Nischen“-Anwendungen (insbesondere isolierte Standorte) vereint. Dabei handelt es sich um ganz besondere Batterien, die zwar sperrig und wartungsbedürftig sind, aber eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer haben. Sie benötigen außerdem kein BMS, was für diejenigen von Vorteil ist, die „Low-Tech“-Designs schätzen.

Es existiert auch Lithiumtitanat-Batterien (LTO), die wir nun schon seit 3 ​​Jahren über die australische Marke Zenaji anbieten. Eine Hochleistungstechnologie mit unglaublichen Zyklen (20000 Zyklen), aber zu einem unerschwinglichen Preis.

Natrium-Ionen-Batterien endlich auf den Markt kommen. Wir werden es im Jahr 2024 anbieten, insbesondere durch unsere Partnerschaft mit BIWATT und deren vollständig integrierte Lösung. Letztere haben einzigartige Vorteile in Bezug auf die Toleranz gegenüber extremen Temperaturen und den Verzicht auf den Einsatz hochkritischer Metalle (= in begrenzter Menge). Allerdings ist ihr Preis derzeit ähnlich oder sogar etwas höher als der der LIFEPO-Solarbatterien, und wir müssen die Verwendung im Auge behalten, um sicher zu sein, dass ihre Lebensdauer im Vergleich zu technisch ausgereiften Batterien interessant ist.

Überprüfen Sie sorgfältig die Garantiebedingungen für die Batterie!

Das Lesen von Batteriegarantieverträgen kann mühsam sein. Hier sind die wesentlichen Punkte, die Sie über jedes Energiespeichersystem, das Sie kaufen möchten, verstehen sollten.

Batteriedegradation („EOL“), ein Hauptkriterium zur Bewertung der Anzahl der verfügbaren Zyklen! 

Welche Kapazität hat die Solarbatterie am Ende der Garantie? 70 % nach 10 Jahren ist ein typischer Wert. Dies ist das berühmte „EOL“. Hersteller stellen Diagramme zur Verfügung, die die Anzahl der Zyklen ermitteln, die die Batterie erreichen kann, bevor ihre Restkapazität die berühmte „EOL“-Schwelle (=End of Life) überschreitet. Bei der TESVOLT-Solarbatterie sehen wir beispielsweise, dass die Batterien 6500 Jahre lang eine Garantie von 100 Zyklen bei 10 % Entladung haben. Mit anderen Worten: Sie können sie 6500 Jahre lang 100 Mal bei 10 % durchlaufen lassen und am Ende dieser Zyklen sollte die Restkapazität nicht unter 70 % sinken!

Eine andere Möglichkeit, es zu interpretieren, wäre zu sagen, dass im Standardgebrauch Eine Haushaltsbatterie wird etwa 280 Mal pro Jahr zyklisch zyklisch zyklisch (= 100 % DOD) ausgesetzt. Dies ist auf die Saisonalität zurückzuführen (tatsächlich wird die Batterie im Sommer weniger beansprucht als im Winter!). Mit einem von TESVOLT garantierten 6500 Zyklen können Sie also tatsächlich 6500/280 = extrahieren Ungefähr 23 Betriebsjahre bis zu größeren Schäden.

Die Gesundheit Ihrer Solarbatterie, des SOH!

Das andere wichtige Konzept, das es zu beachten gilt, ist das des SOH, was „Gesundheitszustand“ der Batterie bedeutet und ihre Restkapazität angibt. Ein SOH von 98 % zeigt an, dass das EOL erreicht ist

Es ist auch wichtig zu bedenken, dass die Herstellungsqualität einer Lithiumzelle ihre kalendarische Lebensdauer beeinflusst, d. h. ihre Lebensdauer ohne Abnutzung (unabhängig davon, ob sie verwendet wird oder nicht). Bei TESVOLT beispielsweise ist die extrapolierte Verschlechterung sehr gering, etwa 70 % nach 16 Jahren intensiver Nutzung bei 100 % DOD. Dies wird durch unsere Felderfahrung bestätigt, denn eine unserer Installationen an einem isolierten Standort über 4 Jahre hinweg mit einem TESVOLT weist immer noch einen intakten SOH („State of Health“) auf!

Gegenüber der Austausch des SOH bei einem unserer Autonome Systeme (Studer) Mit Batterien, 4 Jahre im Einsatz. Hierbei handelt es sich um einen TESVOLT TS48V-Akku mit Samsung SDI-Zellen. Die Kapazität ist immer 100%, was auf eine sehr lange Lebensdauer hinweist.

Ziemlich ermutigend nach 4 Dienstjahren an einem abgelegenen Standort!

Gegenüber der SOH einer Pylontech-Batterie, ebenfalls seit 4 Jahren im Einsatz. Wir sehen, dass der SOH viel niedriger ist und dass die Batterien 8 % ihrer Kapazität verloren haben. Die Verschlechterung ist daher viel größer.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es von entscheidender Bedeutung ist, die Probleme im Zusammenhang mit der technischen Wahl, die Sie für Ihre Solarbatterie treffen, vollständig zu verstehen. Dies hat Auswirkungen auf die Sicherheit, aber auch langfristig auf die Rentabilität und den reibungslosen Ablauf Ihres Projekts. Nicht alle Batterien sind gleich!