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Hochvolt-Batteriespeicher in Solaranlagen: Funktionsweise, Vor- und Nachteile & Hersteller-Vergleich

  • Bei modernen Batteriespeichern kann man zwischen Hochvolt- und Niedervolt-Modellen wählen. Ein Niedervoltspeicher arbeitet mit vergleichsweise niedrigen Ladespannungen um 48 Volt im Gegensatz zu den etwa 230 Volt eines Hochvolt-Batteriespeichers.
  • n den HV-Batteriemodulen sind einzelne Zellen mit einer Spannung von ein bis zwei Volt in Reihe geschaltet, so dass sich durch das Aufsummieren der einzelnen Spannungen die für den Antrieb benötigte HV-Spannung ergibt.
  • Niedervolt-Speicher sind sehr ausgereift und werden seit Jahrzehnten eingesetzt, vor allem bei Off-grid Anlagen. Als Vorteile der Niedervolt-Technologie werden allgemein höhere Sicherheit, geringere Wandlungsverluste bei niedriger Leistung und etwas günstigere Systemkosten genannt.
  • Für Mehrpersonen-Haushalte, die in der Regel einen hohen Stromverbrauch haben, sind Hochvolt-Batteriespeicher die bessere Lösung, da sie mehr Energie speichern und diese auch schneller freisetzen können. Bei geringerem Energiebedarf können auch Niedervolt-Speicher eine Option sein.
  • Da die Ladespannung von Hochvolt-Batteriespeicher deutlich näher an der Spannung des Netzstroms von 230 Volt liegt, erfolgt die Umwandlung des Stroms wesentlich effizienter und mit weniger Verlusten.

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Einbindung von Hochvoltbatterien in Photovoltaik-Anlagen

Neuerdings werden die Vorteile einer Hochvoltbatterie auch mit einem entsprechend angepassten Solar-Wechselrichter erschlossen.

Denn durch das hohe Spannungsniveau der Hochvoltbatterie kann diese direkt an einen Zwischenkreis des Wechselrichters angeschlossen werden, sodass man mit dem sehr weiten Eingangsspannungsbereich von 150 bis 1.000 Volt und entsprechenden Maximum-Power-Trackern nahezu alle Kombination von Reihenschaltungen und Ausrichtungen von Solarmodulen bedienen kann.

Von der weitreichenden Freiheit bei der Verschaltung der PV-Module in unterschiedliche Strings könnten insbesondere Solaranlagen auf Ost-West ausgerichteten Dächern sowie auf tageszeitlich teilverschatteten Dächern profitieren.

Da das Hochvolt-Speichersystem (> 350 V) direkt an einen Zwischenkreis des Einspeisewechselrichters angeschlossen wird, können besonders hohe Wirkungsgradebei der Ladung und Entnahme aus der Batterie erzielt werden.

Zudem können durch den direkten Anschluss der Batterie an den Einspeisewechselrichter Kosten für die Anschlusskomponenten in den heute angebotenen Photovoltaik-Batteriespeichersystemen eingespart werden.

Top-Hersteller von Hochvolt-Batteriespeichern

SMA Solar

Als einer der ersten Hersteller hat die SMA Solar Technology AG einen auf Hochvolt-Batterien abgestimmten Batterie-Wechselrichter für private Haushalte auf den Markt gebracht. Das AC-gekoppelte System "Sunny Boy Storage" ermöglicht eine einfache und flexible Einbindung eines Stromspeichers sowohl in bestehende als auch neue Photovoltaikanlagen, da das Hochvolt-Wechselrichtersystem von SMA parallel zur Photovoltaikanlage läuft und somit nicht in die Photovoltaikanlage eingegriffen werden muss.

Durch die AC-Kopplung des Hochvolt-Batteriespeichers und standardisierte Schnittstellen kann das System aufgrund geänderter Lebensumstände wie z. B. der Einbindung eines Elektromobils sowie eines veränderten Energieeigenbedarfs jederzeit, auch nach der Installation, an individuelle Bedürfnisse angepasst und erweitert werden. Die Speicherkosten pro kWh der Hochvoltbatterie sollen sich laut SMA auf dem Niveau der durchschnittlichen deutschen Haushaltsstrompreise bewegen.

Energy Depot

Tesvolt

Bei Hochvoltsystemen (Wechselrichter + Batterie) steigt die Effizienz des Systems mit der Anzahl der Hochvolt-Batteriemodule, da diese in Reihe geschaltet werden. Je mehr Batteriemodule, desto höher ist die Eingangsspannungfür den Batteriewechselrichter. Die Wirkungsgrade für die großen Speicherkapazitäten sind dadurch besser als die für die kleinen Speichersysteme derselben Baureihe. Je nachdem, welche Kapazität die Hochvoltbatterie besitzt, sollte man nach dem spezifischen Wirkungsgrad fragen!

IBC Solar

Funktionsprinzip von Hochvoltbatterien in Elektroautos

Die Hochvoltbatterie (HV-Batterie) ist neben dem Elektromotor eine der Schlüsselkomponente des Elektro- und Elektrohybridfahrzeugs. Die Technologie ist zwar heute schon alltagstauglich, jedoch kann die hohe Energiedichte auf engem Raum zu Kurzschlüssen und Bränden führen. Daher wird weiterhin an Materialien für die Hochvoltbatterie geforscht, die keine ungewollten chemischen Reaktionen auslösen. Zudem lohnt sich die weitere Forschung, da ohne Hochvoltbatterie die Herstellung eines Elektroautos ähnlich teuer wie die eines Diesel- oder Benzinfahrzeugs wäre. Denn der Preisaufschlag von einigen Tausend Euro kommt allein durch die Hochvoltbatterie zustande.

Heutige Hochvoltfahrzeuge besitzen in der Regel eine Drehstrommaschine, die als Motor und als Generator dienen. Im Generatorbetrieb erzeugt die Drehstrommaschine 3-Phasen-Wechselstrom (Drehstrom) wie konventionelle Generatoren bzw. Lichtmaschinen, jedoch mit deutlich höheren Spannungen. Im Motorbetrieb wird die Drehstrommaschine mit einer 3-Phasen-Wechselspannung gespeist und die Drehzahlen durch Variation der Frequenz der 3-Phasen-Wechselspannung gesteuert.

Hierbei kommen vorwiegend Metall-Hydrid-Batterien als auch teilweise Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz. In den Modulen der Hochvolt-Batterien werden dann einzelne Zellen mit einer Spannung von ein bis zwei Volt in Reihe geschaltet. In Summe ergibt sich so die benötigte Hochvoltspannung.

Der Inverter wandelt dabei die 3-Phasen-Wechselspannung des Generators in eine Gleichspannung zum Laden der Batterie bzw. zum Antrieb des Elektromotors die Gleichspannung der Batterie in eine 3-Phasen-Wechselspannung um. Im DC/DC-Wandler wird die Hochvoltspannung der Hochvoltbatterie zum Laden der "12 V-Batterie" entsprechend abgesenkt.

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