Kapazität und Kosten einer Solarbatterie berechnen

• Wie tief kann eine Solarbatterie entladen werden? Verschiedene Batterietypen haben unterschiedliche empfohlene DoD-Werte (Depth of Descharge = dt. Entladetiefe): Blei-Säure-Batterien bis 50 %, Lithium-Ionen-Batterien bis 80 %. Die maximale Entladetiefe ist ein wichtiger Faktor bei der Planung und Dimensionierung eines Solarbatteriesystems.
• Wie lange hält eine Solarbatterie? Moderne Lithium-Ionen-Batterien bieten eine Lebensdauer von etwa 10 bis 15 Jahren oder mehr. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Zyklenzahl, wie oft eine Batterie vollständig geladen werden kann, bevor ihre Kapazität erheblich abnimmt. Lithium-Ionen-Batterien können typischerweise 1.000 bis 5.000 Zyklen aushalten, deutlich länger als andere Batterie-Typen.
• Batterie Kapazität berechnen Formel: Um die erforderliche Speicherkapazität in Wattstunden (Wh) zu berechnen, können Sie die folgenden Formeln verwenden: Speicherkapazität (Wh) = Leistung der PV-Anlage (kWp) × Faktor × 1000. Für eine 10 kWp PV-Anlage könnte die Berechnung lauten: 10 kWp × 0,9 bis 1,6 × 1000 = 9000 bis 16000 Wh
• Wattstunden berechnen: Der Stromverbrauch des Haushalts ist ebenfalls ein wichtiger Faktor. Es wird empfohlen, dass der Speicher mindestens 60 % des täglichen Strombedarfs decken kann. Für ein Einfamilienhaus mit einem Jahresverbrauch von 4.000 kWh (ca. 11 kWh täglich) sollte der Speicher mindestens 6,6 kWh Kapazität haben.
• Kapazität messen: Um die Kapazität eines Solar-Akkus zu messen, verwenden Sie ein Multimeter, das auf Spannung und Stromstärke eingestellt ist. Verbinden Sie das Multimeter mit dem Akku und messen Sie die Spannung sowie den Stromfluss während des Lade- und Entladevorgangs. Die Kapazität des Akkus berechnen Sie anschließend mit der Formel: Kapazität = Spannung x Stromstärke x Zeit.
• Akku-Laufzeit berechnen: Mit der Kapazität und dem Verbrauch lässt sich auch die Laufzeit der Solarbatterie berechnen. Formel: Akku-Laufzeit = Kapazität / Verbrauch x (1 – Entladesicherheit). Beispiel: Für kann 1 kWh kann man z.B. einen leistungsstarken Computer täglich 8 Stunden am Kabel arbeiten lassen.
• Größe PV-Speicher berechnen: Die Größe des Speichers sollte auf die Leistung der PV-Anlage abgestimmt sein und etwa 0,9 bis 1,6-mal der Leistung in Kilowatt-Peak (kWp) der PV-Anlage entsprechen. Beispiel: Bei einer PV-Anlage mit 10 kWp sollten zwischen 9 und 16 kWh Speicherkapazität geplant werden.

Will man Solarstrom einer Photovoltaik-Anlage speichern, so benötigt man eine Solarbatterie. Diese Solar-Akkus sind in der Lage, den produzierten Strom zu speichern und zeitversetzt Stromverbrauchern zur Verfügung zu stellen.

Um Solarbatterien vor einem Kauf miteinander zu vergleichen, müssen die Kennzahlen ermittelt werden, um die nutzbare Speicherkapazität und die Kosten pro gespeicherter Kilowattstunde zu berechnen.

Solarbatterien werden entweder mit einer Blei-Basis (Blei-Säure, Blei-Gel) oder mit einer Lithium Ionen Basis gefertigt, Blei-Akkus-Varianten sind wirtschaftlich erprobt und besitzen eine längere Lebensdauer, Lithium-Ionen-Akkus bieten im Gegensatz dazu einen höheren Wirkungsgrad und sind leichter. Um zu berechnen, welche Solarbatterie besser ist, muss man die längere Laufzeit gegen den höheren Wirkungsgrad mit verkürzter Laufzeit berechnen. Für eine solche Berechnung müssen folgende Kennzahlen bekannt sein:

Rechenbeispiel für eine Solarbatterie mit Speicherkapazität 9 kWh und einer Entladetiefe von 80%:

9 kWh/100 * 80 = 7,2 kWh

Das bedeutet, dass die Solarbatterie keine 9 kWh, sondern "nur" 7,2 kWh Solarstrom speichern kann.

Um die Leistungsfähigkeit einer Solarbatterie zu berechnen, wird weitergehend zwischen zwei unterschiedliche Zyklen unterschieden:

• Zum einen gibt es den sogenannten Vollzyklus. Neben diesem wird die Solarbatterie bis zur Entladetiefe entladen und danach wieder vollständig geladen. So sollte eine Solarbatterie in der Praxis auch immer eingesetzt werden.
• Auf der anderen Seite gibt es die sogenannten Kleinstzyklen. Bei diesen wird nur ein Teil entladen und dieser danach wieder aufgeladen.

Welche Folgen die Kleinstzyklen für die Solarbatterie haben, ist noch nicht genau belegt, Experten gehen auf Grundlage von Tests davon aus, dass sich durch Kleinstzyklen die Lebensdauern der Batterien nochmals verkürzen.

Es gibt ein paar Verbraucher im Haushalt, die benötigen für ihren Betrieb kurzzeitig viel Strom. Die Waschmaschine und der Wäschetrockner sind solche Kandidaten, die man in fast jedem Haushalt findet. Die dort benötigten Lastspitzen müssen natürlich von der Solarbatterie auch angeboten werden. Daher geben die Hersteller der Solarbatterie diese Lastspitzen mit der maximalen Entlade-Leistung an. Diese muss höher sein, als die Lastspitzen der Verbraucher im Haushalt! Ein Wert, der mit der maximalen Entladeleistung oft genannt wird, ist die C-Rate. Mit der C-Rate wird gemessen, wie schnell die Solarbatterie sich bei maximaler Ladung/Entladung auflädt oder eben entlädt.

Da Solarbatterien immer in Verbindung mit anderen elektrischen Komponenten wie dem Laderegler oder dem Wechselrichter betrieben werden, entstehen hier gewisse Leistungsverluste, die durch die angeschlossenen Komponenten entstehen. Neben dem Zyklenwirkungsgrad müssen daher auch die Teilwirkungsgrade der einzelnen Komponenten mit einberechnet werden, um den Systemwirkungsgrad einer Solarbatterie berechnen zu können! Dabei unterscheiden wir in:

• AC/DC gekoppelte Varianten, bei denen auch immer entsprechende Konverter (Wechselrichter) eingesetzt werden müssen, um die als Gleichstrom gespeicherte Energie auch wieder als Wechselstrom ausgeben zu können.
• 3-phasige Batterie-Speicher, die alle Elektrogeräte im Haushalt versorgen können, auch Elektroherde und andere Elemente, die einen 3-phasigen-Anschluss besitzen. Eine 1-phasige Solarbatterie kann diese Geräte im Falle eines Stromausfalls nicht versorgen.
• Volleinspeiser, die ihre komplette Energie direkt in das Stromnetz einspeisen dürfen. Hier muss immer auch noch ein zusätzlicher Zähler installiert werden

Um die Wirtschaftlichkeit einer Solarbatterie berechnen zu können, wird umgerechnet, welche Kosten beim Speichern einer kWh entstehen. Für unsere Beispiel-Rechnung sind folgende Kennwerte gegeben:

• Nennkapazität 8,1 kWh
• Vollzyklen 5.000
• 90% Systemwirkungsgrad
• 70 % Entladetiefe
• Endkundenpreis (gesamte Investition) 7.900 €

Berechnung der Kosten pro Kilowattstunde:

Nennkapazität der Solarbatterie * Anzahl der Vollzyklen = theoretisch speicherbare Energie

8,1 kWh Nennkapazität * 5.000 Vollzyklen = 40.500 kWh theoretische Speichermenge

Danach wird die theoretisch speicherbare Energiemenge in eine praktisch speicherbare Energiemenge umgerechnet: Dafür ziehen wir die Entladungstiefe und den Systemwirkungsgrad prozentual ab:

40.500 kWh im Verhältnis zu 90 % Systemwirkungsgrad und 70% Entladungstiefe ergibt eine tatsächliche Speichermenge von 25.515 kWh!

Jetzt müssen noch die gesamten Investitionskosten der Anlage bzw. der Endkundenpreis durch die praktisch speicherbare Energiemenge geteilt werden und man erhält den Preis für eine gespeicherte Kilowattstunde Solarstrom:

7.900 Endkundenpreis / 25.515 kWh = 30,96 Cents pro gespeicherter kWh

Es kostet uns also 31 Cent, um eine Kilowattstunde Solarstrom in unserer Solarbatterie aus dem Rechenbeispiel zu speichern!

Bitte beachten Sie, dass die nur ein Rechenbeispiel ist. Neuer Entwicklungen und preisgünstigere Solarbatterien, können wesentlich bessere Ergebnisse erbringen! Daher sollten Sie unbedingt immer mehrere Angebote von Fachbetrieben für Solarbatterien einholen und individuell die Wirtschaftlichkeit einer Solarbatterie berechnen.