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Kapazität und Kosten einer Solarbatterie berechnen

Wann lohnt sich eine Solarbatterie? Wie kann man die Kapazität und die Kosten einer Solarbatterie berechnen?

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

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Blei- und Lithium-Solarbatterien im Vergleich

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:

Speicher- und Nennkapazität

Die Speicherkapazität ist ein besonders wichtiger Wert, da dieser aussagt, wie viel Photovoltaik-Strom mit einer Vollladung gespeichert werden kann. Dieser Wert wird in kWh gemessen und die Hersteller von Stromspeichern geben für jede Solarbatterie zusätzlich zur Speicherkapazität auch immer eine Nennkapazität mit an, die angibt, mit welcher maximalen Leistung die Solarbatterie betrieben werden kann.

Entladetiefe der Solarbatterie

Solarbatterien können genauso wie herkömmliche Akkus nie vollständig entladen werden. Eine gewisse Ladung bleibt immer im Akku. Diese sogenannte Entladetiefe schwächt die Batterie mit der Zeit. Man kennt dieses Phänomen vom Smartphone-Akku.

Nutzbare Speicherkapazität

Wir wissen, dass aufgrund der Entladetiefe nicht die gesamte Kapazität der Solarbatterie genutzt werden kann. Berücksichtigt man diesen Wert, dann erhält man die "nutzbare Speicherkapazität". Diese ist für den PV-Anlagen-Betreiber relevant, da diese angibt wieviel Strom im Praxisbetrieb gespeichert werden kann, und wird immer als Grundlage für weitere Berechnungen verwendet.

Berechnen der nutzbaren Speicherkapazität

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.

Voll- und Kleinstzyklen von Solarbatterien

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.

Maximale Entlade- und Ladeleistung der Solarbatterie

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.

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Lebensdauer und Nutzungszeit vonSolarbatterien

Zyklenlebensdauer

Ein relevanter Wert, will man die Lebensdauer seiner neuen Solarbatterie genau berechnen. Eine gute Solarbatterie sollte so um die 7.000 Vollzyklen leisten, bevor diese in ihrer Nennkapazität abnimmt. Nach Erreichen der 7.000 Vollzyklen können die Solarbatterien aber natürlich noch weiter eingesetzt werden, dann aber mit einer verringerten Nennkapazität. Hier muss man genau gegenrechnen, wie lang sich das System nach dem Erreichen der Zyklenlebensdauer noch rentiert und wann die Solarbatterie ausgetauscht werden muss.

Kalendarische Lebensdauer

Die kalendarische Lebensdauer wird von den Herstellern festgelegt und er besagt, ab welchem Zeitraum sich die Nennkapazität einer Solarbatterie verringert und wird in Jahren angegeben. Genau wie bei der Zyklenlebensdauer besitzen die meisten Solarbatterien nach Erreichen der kalendarischen Lebensdauer noch eine Nennleistung von 80%. Hier muss man dann ebenfalls genau berechnen, wie lang sich ein Einsatz mit verringerter Nennkapazität trägt.

Gebrauchsdauer

Mit der Gebrauchsdauer wird ein theoretischer Wert festgelegt, wie lang die Solarbatterie verwendet werden sollte. Man geht hier von einem Wert von ca. 200 Ladezyklen pro Jahr aus. Bietet eine Solarbatterie dann 7.000 Ladezyklen, so kann diese fast 35 Jahre genutzt werden.

Berechnen der Gebrauchsdauer einer Solarbatterie: 7.000 Ladezyklen/ 200 Ladezyklen pro Jahr = 35 Jahre

Systemwirkungsgrad einer Solarbatterie

Da Solarbatterien immer in Verbindung mit anderen elektrischen Komponenten wie dem Laderegler oder dem Wechslerichter 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

Berechnen der Kosten einer Solarbatterie

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.

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"Kosten einer Solarbatterie berechnen" wurde am 14.03.2016 das letzte Mal aktualisiert.