Solar Batterien

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Was ist eine Solarbatterie?

Wer sich entschieden hat umweltschonend die Energie der Sonne zu nutzen, wird häufig vor die Frage gestellt, welche Batterieart er dafür nutzen soll.

Bei einer "Solarbatterie" handelt es sich grundsätzlich um mehr oder minder hochzyklenfeste Versorgungsbatterien, die zur Stromversorgung in Fahrzeugen, zum puffern bei Solaranlagen oder zur reinen autarken Stromversorgung bei Inselanlagen zum Tragen kommt. Bei den meisten Solarbatterien handelt es sich auch heute noch um zyklenfeste auf Blei basierende Akkumulatoren, die alleine oder als Verbund zu Reihen- oder Parallelschaltungen verbunden werden.
Die Behauptung bei Solarbatterien handelt es sich um eine spezielle Gattung von Batterien, die auf die Nutzung von Sonnenenergie konzipiert ist, stimmt so nicht. Es handelt sich hierbei zwar stets um zyklenfeste Modelle die aber in ihrer Beschaffenheit auch für viele weitere Einsatzzwecke dienen können.

Worauf ist beim Kauf einer Solarbatterie zu achten?

Da es auf dem Markt unzählige Hersteller von Solarbatterien gibt, fällt es oft schwer gut von schlecht zu unterscheiden, wobei der Preis häufig zu wenig über die Qualität aussagt.

Wichtigstes Entscheidungskriterium ist hierbei ist die Zyklenfestigkeit der Batterie, unabhängig von der Technologie (dazu später mehr), sprich die Lebensdauer. Die Zyklenfestigkeit gibt an, wie viele Be- und Entladungen bei einem bestimmten Entladungsgrad (DOD= depth of discharge) die Batterie mitmacht bis ein vorher bestimmter Kapazitätsabfall stattfindet. Je höher dieser Wert, desto länger hält die Batterie.

Wovon hängt die Zyklenfestigkeit denn ab?

Auch unabhängig von Hersteller und Technik ist das Gewicht von Bleibatterien meist ein nicht zu vernachlässigendes Qualitätskriterium, dass sich direkt auf die Zyklenfestigkeit auswirkt.

Die in Batterien verwendeten Bleigittersätze bestehen, wie man sich denken kann, zum Großteil aus reinem Blei. Eine Verdickung dieses Querschnitts des Gittermaterials geht meist mit einer Verbesserung der Zyklenfestigkeit der verwendeten Gittersätze einher. Somit sind dickere und damit schwerere Bleigitter häufig ein Indiz für eine höhere Zyklenfestigkeit.

Vergleicht man zwei Batterien gleicher Bauart von verschiedenen Hersteller, ist die Batterie, die z.B. 3-8% mehr auf die Waage bringt, vermutlich langlebiger ausgelegt als ihr Kontrahent, oder besitzt zumindest eine etwas höhere Kapazität, was sich jedoch auch indirekt auf die Zyklenfestigkeit auswirkt.

Vorsicht!
Ist eine Batterie deutlich leichter als der Durchschnitt anderer Vergleichsmodelle, wurde vermutlich an der falschen Stelle gespart oder gar gemogelt!

Entweder wurden hier minderwertige leichte Bleigitter verwendet oder aber die Nennkapazität entspricht nicht der Angabe auf der Batterie, sprich die Batterie hat weniger Kapazität (Ah) als angegeben. Beides wirkt sich schlecht auf die Zyklenfestigkeit aus.

Dieses Problem kommt häufig jedoch insbesondere bei no-Name-Billigbatterien vor, also hier besonders auf das Gewicht achten bzw. nach dem Kauf selbst nachmessen!

Da das Blei, das in den Batterien Verwendung findet, einen Großteil der Materialkosten ausmacht, spiegelt sich dies jedoch meist auch im Preis wieder.

Soll ich Nassbatterien, Gelbatterien oder AGM-Batterien als Solarbatterie verwenden?

Grundsätzlich gibt es von verschiedenen Herstellern von Solarbatterien bzw. Verbraucherbatterien verschiedenen Ausführungen und Technologien die eine mehr oder minder hohe Zyklenfestigkeit aufweisen.

Nassbatterien sind die Urform der Bleibatterie. Dies sind zyklenfeste Batterien mit flüssigem Elektrolyt. Der Vorteil hier ist, dass bei gleicher genormter Baugröße diese Batterien meist eine höhere Kapazität aufweisen da im Gehäuse keine weiteren platzverdrängenden Bauteile enthalten sind und somit mehr für das Wesentliche, die Kapazität der Gitter bleibt. Die Zyklenfestigkeit der verbauten Gitter ist hier schon sehr gut, wobei der zusätzliche Vorteil der meist höheren Kapazität sich auch direkt positiv auf die Lebensdauer auswirkt.

Der Nachteil hier ist jedoch die bauartbedingt offene bzw. teils offene Bauweise. In der Endphase der Ladung erreicht die Batterie die sogenannte "Gasungsspannung" die in Maßen so auch gewollt ist. Diese Gase (zum Großteil Wasserstoff) und Kondensate sind Feuergefährlich und verursachen obendrein unangenehme schwefelhaltige (nach "faulen Eiern riechende" Gerüche, die möglichst abgeleitet werden sollten.

Mit der Gasung geht auch ein sukzessiver Verlust von Wasser im Elektrolyt einher.
Die meisten Nassbatterien sind auch heute noch meist nicht völlig Wartungsfrei, sodass regelmäßig nach dem Elektrolytspiegel geschaut und dieser ggf. mit destilliertem Wasser korrigiert werden muss.

AGM-Batterien

AGM-Versorgungsbatterien und GEL-Versorgungsbatterien

Wie der Name Absorbent-Glass-Matt schon sagt handelt es sich bei AGM grundsätzlich um Blei-Säure-Batterien die allerdings eine säureaufnehmende Vliesschicht an den Gittern tragen. Diese Vliesschicht, hilft unter Anderem die galvanische Reaktion in der Batterie geregelter ablaufen zu lassen.

Bei Gelbatterien handelt es sich auch grundsätzlich um Blei-Säure-Batterien, deren Elektrolyt mit Hilfe von Kieselsäure geliert wurde. Gelbatterien werden grundsätzlich als SLA ="sealed Lead-Acid" (versiegelte Blei-Säure) Batterie gefertigt. Hier ist das Gehäuse vollkommen verschlossen. Dank des gelierten Elektrolyts tritt hier fast gar keine Säureschichtung auf. Gelbatterien gängiger Hersteller weisen eine häufig doppelt so hohe Zyklenfestigkeit ggü. Nass-Versorgungsakkus auf.

Sowohl Gel- als auch AGM-Versorgungsbatterien haben den Vorteil, den zyklenfesten Grundaufbau der Versorgungsbatterie noch zyklenfester zu gestalten und dabei eine vollverschlossene gasungsfreie Alternative zur Nassbatterie zu bieten.

Der Vorteil der Gasungsfreiheit bei Gel- und AGM-Akkus bezahlt man mit der Einschränkung der Flexibilität. Diese Batterie dürfen auf keinen Fall an warmen Orten verbaut werden. Auch muss die Ladekennlinie auf die jeweilige Technologie genau abgestimmt sein. Wird auf diese Punkte nicht geachtet, tritt ein signifikanter Flüssigkeitsverlust ein, der bis zum Funktionsausfall der Batterie führen kann. Auch fällt die Kapazität bei AGM-Varianten ein wenig, bei Gelbatterien sogar erheblich.

Wie groß muss meine Solarbatterie bemessen sein?

Neben allen technischen Einheiten, die verglichen werden, wird leider häufig auf eine Sache nicht geachtet: die richtige Dimensionierung der Batterie/n.

Häufig werden Batterien so klein wie möglich angeschafft und diese bis auf ihr Maximum belastet. Dies ist nicht sehr wirtschaftlich und umweltbelastend zu gleich. Bei der Zyklenfestigkeit und Lebensdauer der Batterie spielen eine Menge Faktoren wie z.B. Ladung, Entladung, Temperatur, Lagerung, Wartung eine Rolle. Zusammenfassend kann man jedoch sagen, auch wenn dies im ersten Moment auf Ablehnung stößt: Wer am Anfang mehr Geld für eine größere Batterie investiert, kommt unterm´ Strich voraussichtlich günstiger weg.

Eins vorab: Es ist beim Vergleich von Solarbatterien wichtig auf die Kapazitätsangaben zu achten. Die reell entnehmbare Kapazität der Batterie ist stets abhängig davon, in welcher Zeit diese Entladen wird. Der Hintergrund sind viele chemische und physikalische Zusammenhänge die jedoch zu einem Ergebnis führen: Je höher die Ströme sind und je schneller ich damit die Batterie entlade, desto geringer fällt die entnehmbare Kapazität aus.

Außerdem liegt der Wirkungsgrad von Bleibatterien lediglich bei max. 70-90%. Von 100 geladenen Amperstunden sind ohnehin also im besten Fall nur 70-90Ah verfügbar.

Entladen: Auf die "K" oder "C"-Angabe achten!: Die reell entnehmbare Kapazität bemisst sich danach, wie schnell die Batterie entladen wird. Hier haben sich gängige Messverfahren etabliert. Die "K" oder "C"-Angaben geben die Unterschiede wieder, denn:
  • Je höher die Ströme sind, die ich entnehme, desto weniger Kapazität kann ich der Batterie unterm Strich entnehmen.
Beispiel: Kann man aus einer Batterie, die nach K100/C100=160Ah aufweist, also bei 100-stündiger Entladung bei 1,6A also 160Ah zu entnehmen sind, weist dieselbe Batterie bei K10=100Ah auf, also einer 10-stündigen Entladung bei 10A. Da hier mehr als der 6-fache Strom, nämlich 10A dauerhaft entnommen wurden, führt dies zu eben dieser Verringerung der nutzbaren Kapazität. Gängig ist die Kapazitätsangabe nach K20= 20 stündige Entladung, wobei eine Angabe nach K10 sinnvoller wäre, da eine Batterie, meist mit höheren Strömen entladen wird. Achten Sie daher penibelst darauf welcher "K"- oder "C" Wert angegeben ist und fragen Sie bei Nichtangabe lieber nach und lassen im Zweifel die Finger weg, da dies für einen Vergleich unabdingbar ist und eine Kapazitätsangabe ohne diesen Zusatz völlig wertlos ist.
mögliche gesamtkapazität

Zyklenfestigkeit: Ebenso wichtig, allerdings leider nicht immer angegeben ist die Angabe der Zyklenfestigkeit in Abhängigkeit der Entladetiefe, denn:
  • Je tiefer man die Batterie entlädt, desto geringer wird am Ende die Lebensdauer ausfallen. Beispiel solche einer Angabe ist z.B: "300 Zyklen bei Entladetiefe 75% nach IEC"
Übersetzt heißt das: Wenn man eine Batterie stets zu 75% entlädt (also bis 25% Restkapazität), kann dieser Vorgang 300 Mal wiederholt werden, bis ein je nach Messverfahren fest vorgegebener Kapazitätsabfall zu verbuchen ist. Dieser Kapazitätsabfall spiegelt jedoch den Zustand einer realistisch "verschlissenen" Batterie wieder, sprich die Batterie ist danach nicht mehr richtig nutzbar.

Die Zyklenfestigkeit ist also immer an die jeweilige Entladetiefe (Englisch: DOD=depth of discharge) gekoppelt.

Als eine wirtschaftlich sinnvolle Entladetiefe hat sich bei Bleibatterien (unabhängig ob Nass-, Gel- oder AGM-Batterie) eine DOD von 25-30% herausgestellt, da hier ein guter Kompromiss zwischen Batteriegröße und zu erwartende Zyklen herrscht, sprich, in der Gesamtlebensdauer können Sie der Batterie bei einer stetigen Entladung von 25-30% die meiste Gesamtkapazität entnehmen, bis diese eine vorbestimmten Kapazitätsverlust erleiden wird. Vergrößert man die Entladetiefe, verringert sich die Zyklenanzahl überproportional:
mögliche zyklenanzahl

Zusammenfassendes Beispiel: Der Einfachheit halber gehen wir davon aus, dass Ihre Solaranlage täglich genau so viel einspeist wie z.B. abends entnommen wird. Dieser Wert liegt z.B. bei 50Ah. Rechnet man den Batteriewirkungsgrad von schlechtesten Falls 70% ein, müssen also erst einmal 70Ah von der Solaranlage in die Batterie fließen, damit später 50Ah entnommen werden können.

Damit Sie langfristig das Maximum aus den Batterien entnehmen können, sollte die Gesamt Kapazität der Batterie/n 3-4 mal so hoch sein, wie die zu entnehmende Kapazität= 3-4x 50Ah= 150-200Ah