Solarbatterie

Häufig wird der in Photovoltaikanlagen erzeugte Solarstrom dazu verwendet, um eine Stromversorgung an abgelegenen Orten ohne öffentlichen Stromzugang zu realisieren. Solche autarken Inselsysteme werden benutzt um z.B. eine Almhütte in den Bergen, einen Wohnwagen, eine Krankenstation in Afrika, ein Segelboot oder ein Wochenendhaus in einer Gartenanlage mit Elektrizität zu versorgen.

Alle diese autarken Solaranlagen benötigen einen Akku für die Zwischenspeicherung des Solarstroms. Die Erzeugung und der Verbrauch des Solarstroms findest meist nicht gleichzeitig statt und eine Solarbatterie speichert die Energie zwischen. Da diese Inselsysteme oft als 12V System ausgeführt sind, bietet sich auf den ersten Blick die Verwendung einer normalen Autobatterie an. Diese KFZ-Batterien sind allerdings vom Design und der technischen Bauart nur bedingt für den zyklischen Einsatz in einer Photovoltaikanlage geeignet. Autobatterien und Solarbatterien basieren beide auf der bewährten Blei-Säure-Technologie, sind allerdings im mechanischen Aufbau und ihrer Charakteristika für ihre speziellen Einsatzbereiche optimiert.

Solar BatterieFür den Einsatz im Inselsystemen kommt in der Regel ein Solarakku / Solarbatterie zum Einsatz. Diese Solarakkus arbeiten als Pufferbatterie und speichern die tagsüber gewonnene Solarenergie bis zum Verbrauch ab. In Inselsystemen eingesetzte Batterien müssen zyklenfest konstruiert sein, d.h. sie müssen die beständige Be- und Entladung langfristig verkraften. Weiterhin muss eine Solarbatterie bereits kleine Ladeströme akzeptieren und längere Zeit Tiefentladungen vertragen. Normale KFZ Starterbatterien sind diesen Ansprüchen nicht gewachsen und verlieren bei zyklischer Belastung schnell ihre Kapazität. Möchte man langfristig Freude an dem Inselsystem haben, ist die Wahl einer guten zyklenfesten Solarbatterie entscheidend. Hier findest du wichtige Informationen über Solarakkus und deren technischen Eigenschaften.

Eigenschaften einer Solarbatterie

Lebensdauer

Bisher dominieren in Inselanlagen herkömmliche Blei-Säure Batterien. Ein guter Solarakku erreicht bei ca. 80% Entladung 1.200 Ladezyklen. Die Batteriehersteller liefern oft in ihren Datenblättern eine Übersicht mit der Zyklenfestigkeit bei unterschiedlichen Entladungstiefen mit.

Batteriehersteller werben mit maximalen Kapazitätswerten für ihre Batterien. In der Praxis ist aber keine volle Entnahme der gesamten Batteriekapazität möglich. Eine Blei-Säure-Batterien wird bei voller Entladung zerstört. Die maximale Entladungstiefe einer Blei-Säurebatterie liegt daher bei ca. 70% ihrer Nennkapazität.

Ein wichtiger Zusammenhang für die Lebensdauer einer Bleisäurebatterie ist daher: Je tiefer der Akku regelmäßig entladen wird, je geringer ist die Zyklenfestigkeit und Lebensdauer der Batterie. Eine Solarbatterie die jeden Tag nur um 20% Be- und Entladen wird, lebt wesentlich länger als eine Batterie die jeden Tag um 50% Be- und Entladen wird. Dabei ist die Lebensdauer-Kapazität bei einer mit 20% Entladungstiefe gefahrenen Batterie wesentlich höher als bei einer um 50% gezykelten Batterie.

Besonderst tiefe Entladungen der Bleibatterie schädigen diese überproportional  stark und werden über den Tiefentladeschutz des Solarreglers verhindert.

Kapazität

Die Kapazitätsangaben einer Batterie für ein Solarinselsystem basieren auf den unterschiedlichen Entladezeiten wie z.B. C10 , C20 oder C100. Grundsätzlich gilt, daß eine Batterie bei kleinen Entladeströmen insgesamt mehr Kapazität besitzt, als bei hohen Entladeströmen. C10 bedeutet, daß die Batterie innerhalb von 10 Stunden entladen wurde, C100 innerhalb von 100 Stunden. Daher ist die C100 Kapazitätsangabe einer Batterie immer größer als die C10 Angabe. Es werden Batteriekapazitäten daher nur auf Grund der gleichen Entladezeitbasis verglichen.

Geschlossene oder verschlossene Batterie

Geschlossene Batterien besitzen je Zelle einen Verschlussstopfen zum Nachfüllen von destilliertem Wasser. Aufgrund des flüssigen Elektrolyts wird die geschlossene Batterie zur Elektrolytumwälzung ca. 1 x pro Monat in der Gasungsphase geladen, d.h. es findet ein Austausch von Gas mit der Umgebung statt. Die Batterie benötigt daher eine jährliche Wartung und es muss destilliertes Wasser nachgefüllt werden. Verschlossene Batterien besitzen je Zelle ein Überdruckventil. Der Elektrolyt ist gelförmig (Gelbatterie) oder sitzt zwischen den Platten in einem Vlies fest (AGM-Batterie). Gelbatterien können meist liegend verbaut werden. Bei verschlossenene Batterien ist ein Nachfüllen des Elektrolyt nicht möglich. Daher muss das Ausgasen der Batterie vermieden werden. Steigt der Gasdruck bei Überladung in der Batterie, so entlüften die Ventile die Batterie. Dabei verliert die Batterie Elektrolyt und damit Kapazität und Lebensdauer.

 Gitterplatte oder Panzerplatte

Der meistverwendete Plattentyp ist die Gitterplatte. Sie kommt in Autoakkus genauso wie in Solarakkus zum Einsatz. Sie unterscheidet sich in ihrem Aufbau und Eigenschaften zur Panzerplatte. Die Gitterplatte besitzt eine hohe Leistungsdichte und Hochstromfähigkeit, während die Panzerplatte für eine hohe Zyklenfestigkeit und Lebensdauer steht. In Solarbatterien werden beide Plattentypen eingesetzt. Die Panzerplattenbatterie ist preislich teurer als die Gitterplattenbatterie. Da eine Panzerplattenbatterie jedoch eine längere Lebensdauer besitzt, sind die Lebenszykluskosten – trotz höherer Anfangs-Investitionskosten – in vielen Fällen geringer.

Daher sind die besten Solarbatterien immer Panzerplattenbatterien. Gitterplattenbatterien werden oft als Solarakkus vermarktet, erreichen aber nicht die Lebensdauer der Panzerplattenbatterien. Soll die Batterieanlage des Inselsystems eine maximale Lebensdauer haben ist die Panzerplattenbatterie daher eine gute Wahl.

Gewicht

Ein guter Vergleichs-Indikator für Blei-Säure-Solarbatterien gleicher Kapazitäten ist deren Trockengewicht. Um so mehr Blei verarbeitet ist, um so zyklenfester ist in der Regel die Batterie. Gibt es große Unterschiede beim Gewicht, so ist das ein Indikator dafür, dass eine der Batterien einen anderen Plattenaufbau verwendet oder bei der Kapazität schummelt.

Einzelzelle oder Block-Batterie

Kleinere solar Batteriekapazitäten werden meistens in 6V- oder 12V Blöcken gefertigt. Dabei sind 3 bzw. 6 Zellen in einem Gehäuse in Reihe geschaltet. Es ist meist nicht möglich die einzelnen Zellen zu messen, da nur die beiden Plus- und Minuspole nach Außen geführt sind. Diese Bauweise wird meistens bei kleineren Solar-Inselsystemen eingesetzt. Bei größeren Inselsystemen mit Nennkapazitäten oberhalb von etwa 300 Ah werden 2V-Einzelzellen zu Batteriebänken verschalten.

Batterietypen für Inselanlagen

Starterbatterie Dünne Gitterplattenbatterie mit hoher Leistungsdichte und schlechter Zyklen- und Tiefentladeeigenschaften. Die in jedem Auto eingesetzten günstigen Starterbatterien sind in Solar-Inselanlagen nicht zu empfehlen.

OPzS Batterie Ortsfeste geschlossene Panzerplattenbatterie mit guter Zyklenfestigkeit und flüssigen Elektrolyt zum Nachfüllen. Die OPzS fühlt sich in zyklischen Solar-Inselsystemen richtig wohl und kann hier ihre konstruktiven Vorteile voll ausspielen. Erreicht die höchste Lebensdauer aller handelsüblichen Blei-Säure-Batterien.

OPzV Batterie Ortsfeste verschlossene Panzerplattenbatterie, mit guter Zyklenfestigkeit und festem Elektrolyt. Die OPzSV fühlt sich in zyklischen Solar-Inselsystemen richtig wohl und kann hier ihre konstruktiven Vorteile voll ausspielen. Gegenüber der OPzS ist die OPzV komplett wartungsfrei und kann oft liegend verbaut werden.

OGi Batterie Ortsfeste Gitterplattenbatterie mit verstärkten Gitterplatten für bessere Zyklenfestigkeit und Betriebszeiten als Starterbatterien. Diese Batterie ist ein guter Kompromiss in kleinen, unregelmäßig genutzen Solaranwendungen wie Wohnmobilen oder Gartenhütten bei guten Preis -Leistungsverhältnis und mittlerer Lebensdauer.

AGM Batterie Gitterplattenbatterie mit Vlieseinlagen zwischen den Platten. Im Vlies sitzt der flüssige Elektrolyt. Die Batterie wird vor allen in Netzersatz- oder Notstromsystemen eingesetzt und ist nicht optimal für zyklische Solaranwendungen, aber günstig.

Lithium-Ionen Akkus sind dank fortschreitender Entwicklung in den letzten Jahren günstiger geworden und finden bereits vereinzelt Anwendung in Solaranlagen. Bis zu 10.000 Ladezyklen und eine hohe Lebensdauer sind vielversprechend. Allerdings erfordert diese Technologie eine aufwendige Ladetechnik und reagiert empfindlich auf die oft harschen Bedingungen unter denen Blei-Säurebatterien weltweit zuverlässig ihren Dienst verrichten.

Dieser kleine Solarakku-Überblick besitzt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, sondern fasst die gebräuchlichsten Batterietypen zusammen.

 

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