Solarbatterien - vielfältige Einsatzmöglichkeiten
Batterien bzw. Akkus als Stromspeicher sind im täglichen Leben nicht mehr wegzudenken, so vielfältig sind ihre Einsatzgebiete: Laptop, Handy, Taschenrechner, Freizeitfahrzeuge, Taschenlampen, Kameras – um nur einige zu nennen. Mit dem passenden Ladegerät können die Akkus wieder via Steckdose aufgeladen werden und bieten uns dadurch ein gutes Stück Unabhängigkeit und Mobilität.
Wer sich aber komplett vom Stromnetz unabhängig machen möchte, findet in der Solarenergie eine nachhaltige und effiziente Lösung, denn die Sonne steht uns jederzeit und überall zur Verfügung und schickt uns zudem auch keine Rechnung! Die Stromgewinnung aus Sonnenenergie (fachsprachlich „Photovoltaik“ genannt) ist nur dann nützlich, wenn dieser Strom auch entsprechend gespeichert werden kann, um ihn später – wenn die Sonne nicht oder kaum mehr scheint – zur Verfügung zu stellen. Mit Photovoltaik betriebene Solarbatterien finden ihren Einsatz an Orten, an denen nicht oder nur eingeschränkt auf das Stromnetz zurück gegriffen werden kann, wie z. B. beim Camping oder beim Reisen im Wohnmobil. Gerade im Wohnmobil möchte man nicht auf Komfort wie Kaffeemaschine, Kühlschrank, TV, Warmwasserbereitung, Standheizung usw. verzichten. Eine leistungsfähige, mit Photovoltaik betriebene Versorgungsbatterie kann dann die autarke Stromversorgung für diese Verbraucher übernehmen.
Auch im Bootsbereich finden Solarbatterien Verwendung: Beispielsweise zum Antrieb der Elektromotoren und/oder für den Betrieb der elektrischen Verbraucher an Bord dieser „schwimmenden Wohnmobile“. Daher gibt es für den Camping-, Wohnmobil- und Bootsbereich mobile Solarpaneele, die während der Fahrt die Solarbatterie aufladen, so dass lange Ladezeiten zwischen den Bootsausflügen oder Wohnmobilfahrten vermieden werden können.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit für Solarbatterien bieten auf Dachflächen montierte Photovoltaik-Anlagen. Leistungsfähige Solarbatterien speichern zuverlässig den bei Sonnenlicht erzeugten Strom, um ihn später wieder für den Betrieb der Haushaltsgeräte abzugeben. Diese Verwendung dient somit als Ergänzung zur Nutzung des lokalen Stromnetzes und spart Stromkosten. Zudem kann der so produzierte Strom auch in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden und zu einer zusätzlichen Einnahmequelle werden.
Was sind die Anforderungen an eine gute Solarbatterie?
Zunächst einmal muss die Solarbatterie leistungsfähig genug sein, um die Verbraucher zuverlässig mit Strom zu versorgen. Der Stromverbrauch der eingeplanten Geräte muss im Vorfeld ermittelt werden, um die benötigte Kapazität (angegeben in Ah = Amperestunden) der Versorgungsbatterie bestimmen zu können. Dazu geht man wie folgt vor: Man teilt die Leistung des Verbrauchers durch 12 (bei 12V Verbrauchern), dann erhält man in etwa die Strommenge, die der Batterie pro Stunde entzogen wird. Beispiel: Ein TV mit 50 Watt würde der Batterie pro Stunde ca. 4 Ampere entnehmen, nach 5 Stunden Gebrauch also 20 Ah. Je größer die Kapazität einer Batterie ist, desto länger kann ihr Strom entnommen werden. Dies führt zu häufigen Entladungs- und Aufladungszyklen. Solarbatterien weisen daher eine sehr hohe Zyklenfestigkeit (maximale Entladung und Wiederaufladung ohne Kapazitäts- oder Qualitätsverlust der Batterie) auf. Je nach verwendeter Technologie (Nass-Säure, AGM, Gel oder Lithium-Ionen) sind Entladungen von ca. 50-80% bzw. bis ca. 95% möglich. Zusätzlich zur Kapazitätsangabe in Ah findet sich auf einer (Solar)Batterie auch die „C-Rate“. Diese zeigt an, wie schnell die Solarbatterie im Verhältnis zur Speicherkapazität entladen werden kann. Ist beispielsweise „1200Ah c100“ angegeben ist, kann aus dieser Batterie 12A über 100 Stunden entnommen werden (1200Ah/100 = 12A).
Aufbau einer Solarbatterie/Versorgungsbatterie
Versorgungsbatterien sind grundsätzlich darauf angelegt, oft geladen und entladen zu werden, ohne an Qualität und Zuverlässigkeit zu verlieren. Neben der klassischen Nass-Säure-Batterie stehen weiterentwickelte Technologien zur Verfügung wie z. B. GEL, AGM oder Lithium-Ionen. Nass-Säure, GEL- und AGM-Batterien gibt es in verschiedenen Bauweisen: Eingearbeitete Gitterplatten verstärken die Kapazitätsaufnahme und stellen maximale Speichermöglichkeiten besonders für kleinere und mittlere Solaranwendungen und Windräder zur Verfügung. Die Gitterplattenbauweise ist sehr robust und ideal geeignet für geringe Belastungen im Hobby- und Campingbereich; die Anzahl der Ladezyklen liegt zwischen 300 bis 700. Die Panzerplatten- oder Röhrchenplattenbauweise ist auf stärkste Belastungen ausgelegt. Röhrchen bieten eine größere Oberfläche im Vergleich zu Gitterplatten und stellen somit mehr aktive Masse für die chemische Reaktion zur Verfügung. Diese Batterien sind extrem belastbar und haben eine hohe Zyklenfestigkeit (ca. 1000 Ladezyklen); die Entladetiefe kann bis zu 80% erreichen, ohne dass die Batterien Schaden nehmen. Sie eignen sich perfekt für anspruchsvolle Solaranwendungen.
Lithium-Ionen-Batterien sind völlig anders aufgebaut. Sie bestehen aus vielen Einzelzellen, die immer gleich aufgebaut sind: Die positive Elektrode (Kathode) besteht aus Lithium-Metalloxid, das variable Anteile an Kobalt, Mangan und Nickel enthalten kann. Die negative Elektrode (Anode) besteht meist aus Graphit. Der salzhaltige Elektrolyt ist wasserfrei und ermöglicht die Bewegung der Lithium-Ionen. Als Separator dienen Vliesstoffe oder Folien, die die Elektroden voneinander trennen, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Dieser Batterietyp hat eine extrem hohe Lebenserwartung mit ca. 3500 Zyklen mit einer Entladetiefe bis nahezu 100%.
Solarbatterien - unterschiedliche Technologien
Für die Verwendung als Solarbatterien eignen sich grundsätzlich alle Nass-Säure-, GEL-, AGM- sowie Lithium-Ionen-Batterien, sofern sie als Versorgungsbatterie konzipiert sind (hohe Zyklenfestigkeit und Unempfindlichkeit gegen Tiefentladungen). In ihrer Zweckbestimmung unterscheiden sie sich jedoch: So sollten Nass-Säure-Batterien in Solaranwendungen eher als Standversion (z. B. für die häusliche Photovoltaikanlage) verwendet werden, während die übrigen Batterietypen zusätzlich auch für mobile Solarlösungen geeignet sind (z. B. auf dem Boot, im Wohnmobil, beim Camping), da sie rüttelfest und wartungsfrei sind. Die Konzeption einer Solarbatterie als Versorgungsbatterie ist auch das wichtigste Unterscheidungsmerkmal zur Autobatterie: Solarbatterien sind für zyklische Anwendungen gedacht, während Autobatterien als Starterbatterien fungieren, die nur für kurze Zeit einen hohen Strom zur Verfügung stellen müssen, um einen Motor zu starten. Autobatterien eignen sich daher nicht zu Versorgungszwecken!
Klassische Nassbatterien
Sie müssen regelmäßig auf ihren Flüssigkeitsstand kontrolliert werden und von Zeit zu Zeit mit destilliertem Wasser nachgefüllt werden. Sie können die Stromversorgung für Verbraucher mit geringem Stromverbrauch problemlos meistern und eignen sich auch als kleiner bis mittlerer Speicher von Solarenergie. Wer mit geringem Stromverbrauch auskommt, dem empfehlen wir die wartungsarmen Solarbatterien der Serie Solar-Power (ca. 300 Zyklen, intact) oder Deep-Cycle (ca. 700 Zyklen, Trojan), beide mit verstärkten Gitterplatten. Die gängigsten Solar-Nassbatterien finden Sie in unserem Shop.
AGM-Solarbatterie
AGM bedeutet „Absorbent Glass Mat“ und bedeutet, dass der Elektrolyt in einem Glasfaservlies gebunden ist. Dadurch sind Batterien dieses Typs auslaufsicher, rüttelfest, wartungsfrei und zyklisch gut belastbar. Wartungsfrei heißt, dass aufgrund von Gasrekombination ein Nachfüllen mit destilliertem Wasser nicht nötig ist. Die Selbstentladung ist extrem gering. AGM-Batterien gibt es in Gitterplatten- oder Rundzellentechnologie. Die Rundzellen bewirken eine kompaktere Bauform und höhere Leistung. Im Gegensatz zu Gel-Batterien ist der Innenwiderstand der AGM-Batterien aufgrund der festen Verpressung der gewickelten Gitter geringer, so dass mit höheren Ladeströmen auch bei kälteren Außentemperaturen (z. B. Winter-Camping) geladen werden kann. Außerdem ist dadurch ein schnelleres Laden möglich. AGM-Batterien besitzen im Vergleich zu Gel-Batterien eine etwas höhere Speicherkapazität bei gleichen Platzverhältnissen. In unserem Shop finden Sie die Produktreihen Active-Power AGM und AGM-Power von intAct und Bluetop von Optima, die hauptsächlich als Versorgungsbatterien konzipiert wurden und sehr gut für Solaranwendungen geeignet sind. Auch Dual-Purpose-Batterien (für Starten und Versorgung) finden Sie in unserem Sortiment sowie Allrounder, die für Starten, Antrieb und Versorgung geeignet sind (Batterien von Odyssey). Ebenso bietet die Produktreihe Dual AGM von Exide eine außergewöhnliche Kapazitätsleistung für Verbraucher in Fernverkehrsbussen und als Zwischenspeicher für kleinere Solar- und Windkraft-Anlagen. Die gängigsten AGM-Solarbatterien finden Sie in unserem Shop.
GEL-Solarbatterie
Im Gegensatz zur AGM-Technologie ist bei einer Gel-Batterie der Elektrolyt mit Kieselsäure gebunden und hat dadurch eine gelartige Konsistenz. Wie die AGM-Batterie ist dieser Batterietyp auslaufsicher, wartungsfrei aufgrund von Gasrekombination, rüttelfest und zyklisch gut belastbar; auch die Selbstentladung ist gering. Gel-Batterien haben sich bereits über Jahre bewährt. Die Firma Exide (früher Sonnenschein) hat die ursprüngliche Gel-Batterie entwickelt. Wir führen von Exide die Produktreihe Equipment GEL, die in 6V und 12V verfügbar ist. Dieser Batterietyp ist perfekt für professionelle Speicherung und Versorgung von Energie aus erneuerbaren Energiequellen und eignet sich auch sehr gut für die Verwendung auf Booten und in Wohnmobilen.In unserem Shop bieten wir Ihnen Gel-Batterien in verschiedenen Spannungen (4V, 6V und 12V) auch für den Solarbereich an. Werfen Sie einen Blick in die Produktreihe Active-Power GEL oder GEL-Power von intAct. Die gängigsten GEL-Solarbatterien finden Sie hier.
Wir möchten hier explizit darauf hinweisen, dass es für die beschriebenen Batterietypen – Nass-Säure, AGM und GEL – äußerst wichtig ist, dass Sie mit der richtigen Ladekennlinie geladen werden. Ausfall und Kapazitätsverlust sind oftmals auf Ladefehler zurückzuführen. Passende Ladegeräte finden Sie in unserem Shop.
Lithium-Ionen-Solarbatterie
Lithium-Batterien in LiFePO4-Technologie sind der modernste Batterietyp unter den Solar- bzw. Versorgungsbatterien und bestens geeignet für den stationären Einsatz (z. B. häusliche Photovoltaikanlage) oder für den Einsatz im Wohnmobil bzw. Boot in Kombination mit mobilen Solarpanels. Sie lassen sich schneller mit einer kleineren PV-Anlage wieder voll aufladen, als Blei-Säure-Batterien vergleichbarer Kapazität. Dadurch sind sie besonders gut für die Versorgung im Camping- bzw. Marinebereich geeignet. Das Problem der Sulfatierung besteht nicht für diesen Batterietyp; die Speicherkapazität ist verglichen mit Nass-Säure-, GEL- oder AGM- Batterien gleicher Größe höher. Sie weisen zudem ein geringeres Gewicht und eine sehr hohe Zyklenfestigkeit auf (mehrere tausend Zyklen sind möglich); die Selbstentladung ist gering und sie vertragen hohe Ladeströme. In der Kategorie Solarbatterien in Lithium-Ionen-Technologie (LiFePO4) empfehlen wir die Produktreihe Lithium-Power von intAct.
Auch LiFePO4-Batterien sollten – wie AGM, GEL oder Nass-Säure – mit der richtigen Kennlinie geladen werden, um sie nicht zu schädigen. Daher dürfen als „Auflader“ nur Solaranlagen mit Laderegler und Ladegeräte verwendet werden, die auf Lithium-Betrieb eingestellt werden können. Passende Ladegeräte für diesen Batterietyp finden Sie in unserem Shop. Auch im Bereich Photovoltaikanlagen beraten wir Sie gerne.
Auf was ist beim Kauf einer Solarbatterie zu achten?
Wichtigstes Entscheidungskriterium ist der Einsatzzweck, da sich danach die Kapazität richtet. Unbedingt klären, welche Verbraucher mit Strom versorgt werden sollen. Solarbatterien sollten über eine möglichst hohe Kapazität verfügen, denn es nutzt nichts, wenn bei gutem Wetter und Sonnenschein die Batterie nicht mehr geladen werden kann, weil sie bereits voll ist. Zur Kapazitätserweiterung können beispielsweise auch zwei Solarbatterien kombiniert werden. Durch die Verdoppelung der Kapazität sinkt das Risiko einer Tiefenentladung und die Lebensdauer beider Batterien verlängert sich. Beim Stichwort Tiefenentladung ist daher unbedingt darauf zu achten, wie weit die Solarbatterie entladen werden kann, ohne Schaden zu nehmen. Die Werte variieren je nach Batterietyp zwischen 50 und 90%. Lithium-Batterien besitzen die höchste Tiefenentladungskapazität und können fast 100% erreichen. Die Entscheidung zwischen den Technologien GEL, AGM, Nass-Säure und Lithium ist nicht einfach. Blei-Akkus haben sich bereits jahrelang bewährt und sind wirtschaftlich und hinsichtlich Sicherheit bestens erprobt. Lithium-Batterien haben jedoch einen wesentlich höheren Wirkungsgrad. Maße und Gewicht sind ebenfalls wichtige Parameter, die beim Kauf berücksichtigt werden sollten. Lithium-Batterien haben ein geringeres Gewicht und sind kompakter. Es wird deutlich: Wer die Wahl hat, hat die Qual!
Zur Kaufentscheidung bei Solarbatterien sollte auch die Anzahl der Vollzyklen (vollständige Entladung des Akkus mit anschließendem Wiederaufladen) beitragen. Dieser Wert gibt an, wie lange die Batterie „leben“ und ihre Kapazität halten kann. Zu guter Letzt bleibt der Preis: Lithium-Batterien sind wesentlich teurer als Bleiakkus, da sie seltene Elemente enthalten. Jedoch haben sie eine deutlich höhere Lebenserwartung als Bleiakkus und machen damit den Preis unterm Strich wieder wett.
Welche Spannung und Kapazität (Stromstärke) ist die richtige?
Zunächst eine kleine Begriffsunterscheidung: Wenn der Laie von „Stromstärke“ spricht, meint er damit die Kapazität der Batterie. Die Kapazität wird – wie in vorhergehenden Textabschnitten bereits erläutert – in Ah (=Amperestunden) angegeben und gibt die Menge an elektrischer Ladung an, die eine Batterie speichern kann. Die „Stromstärke“ als solche wird in A (=Ampere) angegeben und bezeichnet die Stromstärke, die eine Batterie bei -17,8 Grad Celsius für 30 Sekunden abgeben kann, bis die Batteriespannung V (=Volt) unter ein brauchbares Level fällt. Üblich sind 12V-Systeme, aber auch 24V kommen zunehmend in den Handel. Der Vorteil bei 24V-Systemen ist, dass eine höhere Spannung (Volt) bei gleicher Batteriekapazität einen geringeren Strom zur Folge hat, wodurch die Batterie geschont und ihre Lebensdauer erhöht wird. 24V-Systeme sollten dort eingebaut werden, wo eine hohe Leistung erforderlich ist. Möchte man ein 24V-System aufbauen, so können z. B. auch zwei 12V Batterien in Reihe geschaltet werden, um die Spannung zu verdoppeln.
Parallelschalten von Batterien sollten allerdings vermieden werden. Besser ist eine Reihenschaltung von Batterien mit weniger Spannung und höherer Kapazität. Sollte ein Parallelschaltung nicht vermeidbar sein, so sollten im Fehlerfall beide Batterien getauscht werden und durch zwei aus der gleichen Charge ersetzt werden. Der Grund hierfür sind die verschiedenen Innenwiderstände, die produktions- und altersabhängig sind. Es kann unter Umständen sinnvoll sein, beide Batterien getrennt voneinander zu laden, um sie wieder auf ein gemeinsames Ladelevel zu bringen.
Welche Kapazität nun die Batterie haben muss, die man sich kaufen möchte, wird dadurch berechnet, indem man die Leistung (Wattangabe auf dem Typenschild) aller elektrischen Verbraucher durch 12 teilt. Somit erhält man die Strommenge, die stündlich von der Batterie entnommen würde: Ein Radio mit z. B. 30 Watt würde in einer Stunde 2,5 Ah von der Batterie ziehen, in 5 Stunden insgesamt 12,5 Ah. Je größer die Kapazität der Batterie, desto länger kann von ihr Strom entnommen werden. Gerne beraten wir Sie bezüglich Spannung und Kapazität Ihrer neuen Batterie.
Die Pflege der Solarbatterie
Wir stellen Ihnen hier einige Maßnahmen zusammen, die die Lebensdauer der Solarbatterie verlängern können:
- Bei Verwendung einer Blei-Säure-Batterie (nass) muss regelmäßig der Pegel des Elektrolyts kontrolliert und ggf. mit destilliertem Wasser nachgefüllt werden (geschlossene Systeme wie bei AGM- und GEL-Technologie sind wartungsfrei, da durch Gasrekombination kein destilliertes Wasser nachgefüllt werden muss bzw. kann). Es ist auch darauf zu achten, dass der Entgasungsschlauch fest an der Batterie sitzt und nicht irgendwo abgeknickt ist, denn er leitet die beim Aufladen entstehenden explosiven Gase nach außen. Diese Batterien dürfen nicht in Innenräumen oder Fahrerkabinen installiert werden!
- Unabhängig vom Typ des Akkus sollten die Polklemmen auf einen festen Sitz hin geprüft werden. Sind sie locker, kann es zu Funkenbildung kommen, die die Batteriepole verschleißen. Hilfreich ist es auch, die Pole mit Polfett einzuschmieren, um Korrosion zu verhindern.
- Die Batterie nicht tiefer entladen, als vom Hersteller angegeben. Das kann zum Totalausfall der Batterie führen. Auch muss die Selbstentladung der Batterie im Auge gehalten werden. Statt Ladegerät kann auch problemlos ein kleines Solarpanel verwendet werden. Hier ist der Einsatz eines Battery-Guards sinnvoll.
- Lagerung im entladenen Zustand vermeiden! Auch beim Überwintern oder bei längeren Standzeiten darauf achten, dass regelmäßig nachgeladen wird! Man würde sonst eine Sulfatierung begünstigen, denn bei einer Entnahme von Strom bilden sich Sulfatkristalle an den Bleiplatten. Beim Wiederaufladen werden diese wieder aufgelöst, bei Nichtaufladung oder Lagerung im entladenen Zustand jedoch würden sich diese Kristalle nicht auflösen, sondern vergrößern. Der Akku verliert somit immer mehr an Speicherfähigkeit (das Problem der Sulfatierung besteht nicht bei Batterien mit LiFePO4-Technologie). Für die Überwinterung der Batterie sollte diese abgeklemmt werden um kleinere Ströme zu vermeiden. Die Batterie sollte einmal voll aufgeladen werden und danach bei ca. 8 Grad Celsius z.B. im Keller gelagert werden. Wichtig: kein Frost. Weiterhin sollte die Batterie nicht warm gelagert werden, denn Wärme erhöht die Eigenentladung (speziell bei Blei Batterien, Lithium ist davon nicht ganz so stark betroffen). Nach zwei bis drei Wochen ist die Spannung zu prüfen und ggf. nachzuladen.
- Das richtige Ladegerät verwenden! Es muss zur Batterie passen, damit diese mit der richtigen Ladekennlinie geladen werden kann. Passen Ladegerät und Batterie nicht zusammen, kann die Batterie Schaden nehmen, oder nie die Vollladung erreichen.
- Vorzugsweise Batterien mit größerer Kapazität verwenden, denn diese werden nicht so zügig entladen, haben damit weniger Ladezyklen und die Lebensdauer wird verlängert.
Aber egal, wie gut die Batteriepflege ist – jede zyklische Belastung führt zu Verschleiß. Dieser ist umso größer, je tiefer der Zyklus ausfällt. Daher verschleißen kleine Batterien bei gleicher Entnahme Energie schneller als größere Batterien mit mehr Kapazität.
Zubehör für die Solarbatterie
Ausfall und Kapazitätsverlust sind häufig auf Ladefehler zurückzuführen, die letztendlich zu Sulfatierung führen. Den besten Schutz vor Sulfatierung bieten Ladegeräte mit temperaturgeführter IUOU-Kennlinie, die für eine optimale Aufladung je nach Batterietyp sorgen. Die Aufladung der Solarbatterie kann auch durch (mobile) Solarpaneele und Laderegler erfolgen.
Zum Überwachen des Ladestatus gibt es nützliche Helfer wie z. B. Battery-Guards (für AGM-, GEL- und Nass-Säure-Batterien), die Sie in unserem Shop finden können. Lithium-Batterien sind in der Regel bereits mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) ausgestattet, das ebenfalls den Ladezustand reguliert und ggf. das Ladegerät von der Batterie trennt, falls es zu Temperaturerhöhungen kommt oder die Batterie vollgeladen ist.
Sogenannte Wechselrichter sorgen dafür, dass alle Geräte, die wir zu Hause an eine 230V-Steckdose (Wechselstrom) anschließen auch mit einer 12V- oder 24V-Spannung der Versorgungsbatterie (Gleichstrom) betrieben werden können, indem sie den Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. Wir empfehlen reine Sinus-Wechselrichter, die den Betrieb einer Kaffeemaschine oder die störungsfreie Wiedergabe eines TV-Bildes sicherstellen können. Gerne beraten wir Sie auch bei der Auswahl des richtigen Wechselrichters