Wie groß sollte der Photovoltaik-Speicher sein? Bedarf berechnen
Die Größe des Speichers ist entscheident über die Autarkie und geht auch einher mit der Photovoltaik Modul-Leistung. Wir spielen verschiedene Szenarien durch und schauen auch auf die Preise.
Gleich zu Beginn: Der Unterschied einer Einspeise-Anlage mit Speicher und einer reinen Insel-Anlage ist hoch. Da die meisten Inselanlagen Selbstbau sind, sollte Ladeleistung und Abgabeleistung beachtet werden. Ebenfalls ist der Eigenverbrauch der Anlage eine ernst zu nehmende Kenngröße, die individuell durch verwendete Bauteile mit eingerechnet werden.Stromverbrauch feststellen
Der erste Schritt ist die Feststellung des Stromverbrauchs. Du kannst dafür verschiedene Messgeräte nutzen und deinen Verbrauch notieren.
Stromverbrauch, EnergieStromverbrauch und Leistung auf einem Blick
Den gesamten Stromverbrauch kannst du aus den letzten Jahresendabrechnungen deines Energieversorgers entnehmen. Je nach Abdeckung mit einer Inselanlage können hier jedoch auch ein Teil der Verbraucher herausgenommen werden.
Um konkret einzelne Verbraucher mit der PV-Insel abzudecken, solltest du Energiemesssteckdosen/Energiemessgeräte nutzen. Lass dir beispielsweise einen 24 Stunden Verlauf aufzeichnen. Zuvor müssen wir schauen, wann die Batterie überhaupt entladen wird.
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Dann wird die Batterie benötigt:
- PV-Leistung liegt unterhalb der momentan genutzten Leistung der Verbraucher
- Wolken, Regen, Schnee, Nebel, Verschattung
- zwischen Sonnenuntergang und Sonnenaufgang
Die Batterie kann also durchaus kleiner ausfallen und muss nicht unbedingt 24h des Haushaltsverbrauchs abdecken. Die maximale Ladeleistung der Batterie darf hingegen nicht überschritten werden. Gleiches gilt auch für die entnehmbare Leistung.
Kapazität, Lebensdauer und Batterietyp
Jeder Batterietyp ist unterschiedlich von der entnehmbaren Kapazität, Lebenszeit, Ladeleistung, Abgabeleistung, Ladeeffizienz und Temperaturverhalten. Es gibt sogar noch mehr Einflussfaktoren.Da dies hier etwas weit führen würde, werden nur ein paar wichtige Daten genannt.
Entnehmbare Kapazität
Bleibatterien werden in kleinen Inselanlagen noch immer gern genutzt. Vorrangig sogenannte Solarbatterien, welche dickere Bleiplatten besitzen.Um die Lebensdauer deutlich zu erhöhen, denn die ist bei Bleibatterien wirklich nicht gut, entnimmt man nur einen kleinen Teil der tatsächlichen Kapazität. Beispielsweise maximal 50%.
Bei Lithium-Batterien ist das alles etwas anders. Hier ist ein übliches Maß 90% entnehmbarer Kapazität. Nahezu 100% sind ebenfalls möglich, ist aber abhängig von der tatsächlichen Kapazität der einzelnen Zellen. Ein kleiner Zelldrift veranlasst das BMS (Batterie-Management-System) zum Abschalten, sobald die erste Zelle den tiefsten Entladepunkt erreicht hat. Andere Zellen können hier noch ausreichend Kapazität aufweisen.
Die Lebensdauer für allgemein Lithium-Batterien ist mit 90% Entladung oft doppelt so hoch wie ein eine Bleibatterie mit nur 50% Entladetiefe. Lithium-Eisenphosphat (LiFePo4/LFP) haben im Schnitt 3000 bis sogar 10.000 Ladezyklen bei 80% Entladetiefe.
Die genaue Lebensdauer bei welcher Entladetiefe entnimmst du dem Datenblatt der jeweiligen Batterie (z.B. auf der Hersteller-Webseite). Datenblätter findest du auch, wenn du in der Suchmaschine deine Batteriebezeichnung + Datenblatt eingibst.
Der Standort des Speichers ist ebenfalls wichtig. Ein zu kalter Raum führt vor allem bei Bleibatterien zu einem großen Kapazitätsverlust. Bei Minus 10°C beträgt die durchschnittliche Kapazität nur noch ca. 70-75%. Entnimmst du dann 50%, bleibt eine Restkapazität von 20-25%, was zu einer deutlichen Reduzierung der Lebensdauer (Ladezyklen) beträgt. Und für 400 Zyklen ist ein Bleispeicher dann teurer und problematischer als seine Lithium-Nachfolger.
Entladestrom und die Peukert Gleichung
Die Peukert-Gleichung ist nach seinem Erfinder Wilhelm Peukert benannt. Er hat herausgefunden, dass bei Bleibatterien die Kapazität geringer wird, wenn der Entladestrom steigt.Die Peukert-Gleichung ist nicht auf Lithium-Batterien anwendbar, da unabhängig vom Entladestrom am Ende immer die gleiche Kapazität erreicht wird.
Jedoch gilt bei hohem Entladestrom (und Ladestrom) eine Erhitzung im inneren der Batterie. Bei warmer Umgebungstemperatur + hoher Strom kann das zu einem erhöhten Alterungsprozess führen. Die Kapazität baut ab und ist nicht mehr umkehrbar.
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Speichergröße festlegen
Wie du siehst, gibt es sehr viele Einflussfaktoren rund um das schwierige Thema Speicher. Beachtest du die obigen Faktoren, sollten zwei Dinge nun klar sein: Der Batterietyp ist wichtig und die entnehmbare Kapazität. Der Speicher muss also unweigerlich größer ausfallen als die Messung deines Stromverbrauchs.Ist der Speicher jedoch zu groß und die PV-Anlage zu klein, kann er gar nicht voll werden. Hier ergeben sich zwei Probleme.
Problem 1: Bleibatterie wird nicht voll
Bleibatterien sulfatieren bei zu geringem Ladezustand über einen bestimmten Zeitraum. Die wollen gern immer voll sein.
Problem 2: Lithium-BMS Balancing
Lithium-Ionen Zellen balancieren sich nur ab einer gewissen Spannung. Die Aufgabe übernimmt hier das BMS. Wird der Speicher nicht ab und an richtig vollgeladen und finden dadurch keine Balancing statt, wird die nutzbare Kapazität geringer, da mindestens eine Zelle schneller zu ihrer maximalen Entladetiefe kommt. Das BMS wird die ganze Batterie dann abschalten, sodass kein Strom mehr entnommen werden kann.
Ein gesundes Maß finden - Beispiele für geeignete Speichergrößen
Gesund soll hier natürlich der Akku bleiben. Anhand deines Verbrauchs hast du nun sicher deine Kapazität der Batterie berechnet. Und mittels der obigen technischen Einflussfaktoren musstest du sicher an der Kapazität schrauben.Genug mit der Theorie. Jetzt nehmen wir ein paar Beispiele.
Wir nehmen folgende Werte an:
Jahresverbrauch: 1000 kWh
Tagesverbrauch: 2,7 kWh (1000 kWh : 365 Tage)
Eigenverbrauch der PV-Anlage pro Tag: 0,3 kWh
Tagesverbrauch gesamt: 3 kWh
Beispiel 1:
Der Speicher soll 1,5 kWh für die Nacht (Jahresmittel) abdecken.
Wir verwenden Bleibatterien in einer 24V Anlage:
1500 Wh (= 1,5 kWh) : 24V = 62,5Ah
Theoretisch würden wir zwei 12V Batterien mit 62,5Ah benötigen. Da wir nur 50% entladen möchten, muss der Speicher doppelt so groß sein. 62,5Ah x 2 = 125Ah pro 12V Batterie
Weiterhin steht die Batterie im Keller und 30% seiner Kapazität fällt weg. Wir müssen 30% aufrechnen. 125 Ah x 1,3 = 162,5 Ah
Ergebnis: wir benötigen 2x 12V Batterien mit jeweils mindestens 162,5Ah Kapazität.
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Beispiel 2:
Der Speicher soll 3 Tage Regenwetter abdecken. Der Tagesverbrauch von 3 kWh wird mit 3 multipliziert. Es gilt 9 kWh zu speichern.
Diesmal verwenden wir LiFePo4 Batterien in einem 24V System. Nominalspannung einer LiFePo4 Zelle sind 3,2V, es werden 8 Zellen benötigt, damit liegt die Gesamtspannung bei 25,6V (und nicht bei 24V wie bei Blei).
9000 Wh (=9 kWh) : 25,6V = 351,6 Ah
Da wir nur zu 90% entladen, müssen 10% aufgerechnet werden.351,6 Ah x 1,1 = 387 Ah
Ergebnis: wir benötigen 8x 3,2V LiFePo4 Zellen mit jeweils mindestens 387Ah Kapazität. Beziehungsweise eine 24V LiFePo4 Batterie mit 387Ah Kapazität (= 9,9kWh).
Information: hierfür würde sich ein 48V System anbieten. Da 16 Zellen benötigt werden, könnte die Kapazität pro Zelle halbiert werden. Das wären dann 193,5 Ah pro Zelle.
Lesetipp: 12V, 24V oder 48V? Die höhere Spannung kann günstiger für die ganze Anlage sein