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Reihenschaltung und Parallelschaltung von Batterien

Wie funktioniert die Reihenschaltung und die Parallelschaltung von Solarbatterien? Welche Vorteile und Nachteile haben diese Schaltungen für Stromspeicher?

Bei einer Reihenschaltung (auch Serienschaltung genannt) erhöht sich die Betriebsspannung. Ist eine höhere Kapazität des Stromspeichers gefragt, so ist eine Parallelschaltung von Batteriezellen notwendig. In einigen Speicheranwendungen kommen zudem Kombinationen von Reihen- und Parallelschaltung zum Einsatz.

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So werden Batterien in Reihe geschaltet

Bei der Reihenschaltung von Batterien summiert sich die Spannung, die Speicherkapazität bleibt hingegen gleich. (Grafik: energie-experten.org)
Bei der Reihenschaltung von Batterien summiert sich die Spannung, die Speicherkapazität bleibt hingegen gleich. (Grafik: energie-experten.org)

Die Verschaltung von beliebig vielen Solarbatterien erfolgt in der Regel als Reihenschaltung. Dabei wir der Minuspol der einen Batterie mit dem Pluspol der anderen Batterie verbunden, sodass alle Batterien vom gleichen Strom durchflossen werden. Die sich bildende Gesamtspannung ist dann die Summe der Teilspannungen. Die Reihenschaltung von Batterien wird häufig auch als Hintereinanderschaltung bezeichnet.

Beispiel: Werden zwei Batterien mit jeweils 200Ah (Amperestunden) und 12V (Volt) in Reihe geschaltet, ergibt sich eine Ausgangsspannung von 24V mit einer Kapazität von 200 Ah.

Vor- und Nachteile der Batterie-Reihenschaltung

Die Reihenschaltung von Batterien ermöglicht es, auf diese Weise höhere Gesamtspannungen zu erzeugen. Nachteilig ist jedoch, dass die schwächste Batteriezelle die Leistung der gesamten Reihe beeinflusst. Im schlimmsten Fall kann eine defekte Batterie dazu führen, dass die gesamte Batteriereihe ausfällt. Daher müssen zusätzliche Sicherungen in Reihe geschaltet hinzu geschaltet werden.

Bei kompakten Solarstromspeichern kommt es zudem vor, dass bei einer kaputten Batteriezelle der gesamte Akkublock ausgetauscht werden muss. Die Steuerung (Zell-Balancing) eines auf einer Reihenschaltung basierenden Stromspeichers führt überdies zu Leistungseinbußen. In aller Regel können auch nur Batteriezellen des gleichen Herstellers, Typs und der gleichen Batterietechnik miteinander in Reihe geschaltet werden.

So werden Batterien parallel zusammengeschaltet

Die Parallelschaltung von Batterien ermöglicht es, die Kapazität unter Beibehaltung der gleichen Spannung individuell zu erhöhen. (Grafik: energie-experten.org)
Die Parallelschaltung von Batterien ermöglicht es, die Kapazität unter Beibehaltung der gleichen Spannung individuell zu erhöhen. (Grafik: energie-experten.org)

Bei der Parallelschaltung von Akkus wird der Pluspol mit dem Pluspol und der Minuspol mit dem Minuspol miteinander verbunden. Die Ladekapazität (Ah) der einzelnen Batterien summiert sich dann während die Gesamtspannung der Spannung der Einzelbatterien entspricht. Grundsätzlich gilt, dass nur Batterien gleicher Spannung und Säuredichte mit gleichem Ladezustand parallel zusammengeschaltet werden sollten und auch Leitungsquerschnitte und Leitungslängen genau gleich sein sollten.

Beispiel: Werden zwei Batterien mit jeweils 200 Ah und 12V parallel geschaltet, so ergibt sich eine Ausgangsspannung von 12V und eine Gesamtkapazität von 400Ah.

Vor- und Nachteile der Batterie-Parallelschaltung

Auf diese Weise kann mit einer parallelen Schaltung der Batterien die Leistungsfähigkeit und auch die Lebensdauer gesteigert werden. Als Stromspeicher für PV-Strom eingesetzt, kann eine Parallelschaltung von Batterien im Gegensatz zur Reihenschaltung die Kosten für Batteriespeicher senken und neue Möglichkeiten im Speicherbau schaffen.

Trotzdem ist die Laderegelung von parallel geschalteten Batterien nicht unkompliziert, da jede Batterie auch einer Alterung unterworfen ist und damit eine potentielle Fehlerquelle darstellt. Daher kann es auch vorteilhaft sein, eine große Batterie anstelle von mehreren kleinen Batterien einzuplanen.

Sollte trotzdem eine Parallelschaltung vorgenommen werden, sollte wie bei der Reihenschaltung darauf geachtet werden, Batterien mit gleicher Bauart, Kapazität, Alter und Ladezustand einzusetzen. Zudem sollten möglichst kurze Kabelleitungen eingesetzt werden, um größere Spannungsverluste zu verhindern.

Neuere Zellelektronik, die auf jede einzelne Batteriezelle gesetzt wird, ermöglicht es allerdings, auch Batterien unabhängig von Größe, Hersteller, Speichertechnologie und Leistungsfähigkeit in einem Stromspeicher zu kombinieren, indem während des Betriebs kontinuierlich die Kapazität gemessen wird. So können parallel geschaltete Batterien im laufenden Betrieb nach und nach modernisiert werden.

Reihen- und Parallelschaltung von Batteriespeichern

Eine Kombination aus einer Reihen- und einer Parallelschaltung ermöglicht eine größerer Flexibilität zur Erreichung einer bestimmten Spannung und Leistung mit Standardbatterien. Durch die Parallelschaltung erhält man die benötigte Gesamtkapazität und durch die Serienschaltung die gewünschte höhere Betriebsspannung des Batteriespeichers.

Beispiel: 4 Batterien mit je 12 Volt und 75 Ah ergeben in einer Reihen-Parallelschaltung 24 Volt und 150 Ah.

Zur Speicherung von Solarstrom kann es sich bei einer größeren Anzahl an (gleichen) Batterien empfehlen, diese in Reihe geschalteten Blöcken zusammenzufassen und diese Blöcke parallel zu schalten, um Spannungsdifferenzen zwischen den parallel geschalteten Batterieblöcken zu vermeiden. Zwischen den parallel geschalteten Blöcken sollte dann eine Sicherung installiert werden. Je nach Anwendungsfall kann es dann auch sinnvoll sein, die Blöcke nicht parallel, sondern wahlweise zu be- und entladen.

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"Batterie in Reihenschaltung und Parallelschaltung" wurde am 14.03.2016 das letzte Mal aktualisiert.