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Die Funktionsweise einer Solarbatterie

Eine Solarbatterie ist ein Akkumulator (kurz „Akku“ genannt), der in der Lage ist, Strom von einer Solarstromanlage zu speichern. HinlĂ€nglich bekannt ist die Wirkungsweise von Solarzellen: Die Sonneneinstrahlung wird dort in Energie umgewandelt. Bisher gab es aber das Problem, dass dieser Solarstrom zwar sofort verfĂŒgbar, aber nicht speicherfĂ€hig war. An sonnigen Tagen kann ein Haushalt dann von der Energie der Sonne profitieren. Nachts musste stets ElektrizitĂ€t des öffentlichen Netzes verwendet werden, weil die Solaranlagen keinen Strom ansammeln können. Mittlerweile gibt es immer leistungsfĂ€higere Batterien, die den Solarstrom speichern und somit zurĂŒckhalten können. Dieser kann dann flexibler verwendet werden, speziell an grauen Tagen oder in der Nacht. Der große Vorteil liegt darin, dass die verfĂŒgbare Energie nicht sofort verwendet werden muss und auch nicht verloren geht, wenn sie nicht konsumiert wird. Technisch ist eine Sonnenspeicherbatterie wie ein gewöhnlicher Akku aufgebaut. Die Batterie wird quasi per Solarzelle aufgeladen und kann dann bei Bedarf verwendet werden. Ein Stromspeicher im Kleinformat ist beispielsweise eine Solartaschenlampe. Weil Taschenlampen nur bei Dunkelheit Sinn machen, wĂ€re es irrsinnig, die Kraft der Sonne direkt fĂŒr die Lampe zu verwenden. Vielmehr nehmen die Solarzellen der Taschenlampe die Energie auf und speichern diese in der in der Lampe enthaltenen Batterie. Somit kann die Lampe auch bei Dunkelheit und bei jeder Witterung verwendet werden. Auf einem Ă€hnlichen Prinzip beruhen die Solarbatterien fĂŒr Solaranlagen.

Die beliebtesten Solarbatterien:

Bevor Sie einen Solarakku kaufen ist es empfehlenswert, sich ausgiebig ĂŒber verschiedene Modelle zu informieren. Um nicht beim nĂ€chsten Campingurlaub oder Wohnmobil-Ausflug plötzlich im dunkeln zu stehen, sollte die Solar Batterie bestens auf das jeweilige GerĂ€t abgestimmt sein. Nachdem man sich ĂŒber verschiedene Modelle informiert hat, lohnt sich immer ein Blick auf Erfahrungsberichte oder Nutzerbewertungen. Möglicherweise gibt es bereits jemanden, der Solar Batterien getestet hat und bei der Kaufentscheidung hilfreiche Informationen einbringen kann.

Die Solarbatterien der Herstelller Winner und AMG schneiden in Tests meist sehr gut ab und werden von Kunden hÀufig weiterempfohlen.

Einsatzmöglichkeiten

Zwei Beispiele wurden bereits genannt. Am hĂ€ufigsten finden Solar Batterien in Photovoltaikanlagen Anwendung, aber auch im Kleinformat, also z.B. bei Taschenlampen oder Taschenrechnern kommen sie zum Einsatz. Einen Namen gemacht hat sich die Solar Batterie auch im derzeit um die Welt kreisenden Solarflugzeug „Solar Impulse 2“. Dabei fungiert die Batterie sogar als eine Art Perpetuum mobile. Das ist ein GerĂ€t, das sich selbst antreibt, ohne Kraftstoff verbrauchen zu mĂŒssen. Über den Wolken ist die Sonne nĂ€mlich immer verfĂŒgbar, sodass dem Flugzeug tagsĂŒber niemals der „Treibstoff“ ausgehen kann. FĂŒr die Nacht lĂ€dt sich die Solar Batterie voll auf, sodass das Flugzeug auch nachts (ohne Treibstoffverbrauch) fliegen kann. Eine großer Vorteil also. Auf der Erde haben wir es leider zusĂ€tzlich mit Wolken zu tun, wobei eine gute Solaranlage auch an bedeckten Wintertagen noch etwas Strom erzeugen kann. 

Besonders eignet sich die neue Technologie im Bereich Freizeit, beispielsweise fĂŒr Personen mit Wohnmobilen. Durch diesen Energiespeicher kann das Wohnmobil immer mit ausreichend elektrische Energie versorgt werden. Zudem ist man unabhĂ€ngiger von der Autobatterie. 

Im Gegensatz zu einem normalen Akku hat eine Solarakku eine höhere Lebensdauer, außerdem ist sie gegen Tiefenentladung unempfindlicher und kann sehr oft aufgeladen werden (hoher Ladezyklus). Im Kleinen funktionieren Solar Batterien ausgezeichnet, leider gibt es bis heute Probleme, die KapazitĂ€t deutlich zu erhöhen. Das erwĂ€hnte Solarflugzeug ist dabei eine Ausnahme, doch schon fĂŒr solarbetriebene Fahrzeuge reicht die KapazitĂ€t kaum aus. Dazu muss die Speichertechnologie weiter Fortschritte machen, um schließlich mit Benzinantrieben mithalten zu können. Dennoch ist die Solarbatterie fĂŒr haushaltsĂŒbliche Zwecke gut geeignet und hat sich in den vergangenen Jahren stetig verbessert. Bei Photovoltaikanlagen ist diese Technik nicht mehr wegzudenken und sorgt fĂŒr Strom zu jeder Tageszeit, wĂ€hrend frĂŒher noch Strom dazugekauft werden musste.

Diese Arten finden in der Praxis ihre Anwendung

Im Handel sind verschiedene Arten von Solar Batterien erhÀltlich. Die am hÀufigsten verwendeten Batterien sind der Blei-SÀure- und der Blei-Gel-Akkumulator.

  • Bleiakkumulator
    Sie sind relativ kostengĂŒnstig, wartungsfrei und besitzen nur eine geringe Selbstentladung. Sie haben eine lange Lebensdauer und weisen eine starke LadekapazitĂ€t auf. Einzig das Gewicht schlĂ€gt negativ zu Buche. E-Bikes der neuen Generation verzichten aus GewichtsgrĂŒnden meist auf Bleiakkus.
  • Blei-Gel-Akkus 
    Blei-Gel-Akkus sind dabei die weiterentwickelte Version der Blei-Akkus. Hier ist die SchwefelsĂ€ure im Akku durch KieselsĂ€ure gebunden, sodass eine gallertartige Masse entsteht („Gel“). Er sieht gleich aus wie sein Ă€lterer Bruder und besitzt auch die gleiche Spannung, ist allerdings absolut wartungsfrei, weil ihn ein Mantel schĂŒtzt. In diese geschlossene Variante kann also keine FlĂŒssigkeit nachgefĂŒllt werden, dafĂŒr kann er in sĂ€mtlichen Lagen (liegend, stehend, seitlich usw.) betrieben werden, weil keine Bestandteile austreten können. 

FrĂŒher wurden noch NiMH- (Nickel-Metallhydrid) und NiCd-Akkus (Nickel-Cadmium) verwendet, die eine ordentliche Leistung erzeugt haben.

  • NiCd-Akkus
    Sie hatten den Nachteil, dass sie ĂŒberladen werden konnten, was nicht ungefĂ€hrlich ist (Explosionsgefahr). In der Herstellung waren sie relativ gĂŒnstig, ebenso wie ihre Nachfolger, die NiMH-Akkus.
  • NiMH-Akkus
    Sie sind noch heute auf dem Markt, fĂŒhren aber nur noch ein Nischendasein, weil ihr Ladezyklus begrenzt und ihre Ladedauer relativ lang ist. Sie werden nur noch in KleingerĂ€ten eingesetzt, aus Großanlagen sind sie mittlerweile mangels Effizienz weitgehend verschwunden.
  • Lithium-Ionen-Akkus
    Immer hĂ€ufiger drĂ€ngen Lithium-Ionen-Akkus auf den Markt, weil diese wesentlich leichter und kleiner sind und eine deutlich höhere SpeicherkapazitĂ€t besitzen. Sie haben eine noch höhere Lebenserwartung als Bleiakkus und können Solarstrom lange und nahezu verlustfrei speichern. Lithium-Ionen-Akkus haben viele Vorteile, einzig der signifikant höhere Preis lĂ€sst viele KĂ€ufer auf Bleiakkus zurĂŒckgreifen. Doch warum sind Lithium-Ionen-Akkus relativ teuer? Sie lassen sich um bis zu 90 Prozent entladen, können also voll ausgeschöpft werden, wĂ€hrend Bleisysteme nur rund 50 Prozent Leistung abgeben. Lithium-Ionen-Akkus sind deshalb so kostspielig, weil sie seltene Elemente wie z.B. Kobalt enthalten.
  • Li-Fe-Akkus
    Seit kurzer Zeit drĂ€ngen die innovativen Li-Fe-Akkus auf den Markt. Das „Li“ steht fĂŒr Lithium, „Fe“ fĂŒr Eisen (lat. Ferrum). Diese Lithium-Eisen-Akkus wurden ursprĂŒnglich fĂŒr Elektrofahrzeuge entwickelt und finden nun auch in Photovoltaikanlagen Verwendung. Sie bestechen durch hohe QualitĂ€t und maximale VerfĂŒgbarkeit. Li-Fe-Batterien sind viel leichter als Gel-Batterien, obwohl sie die gleiche KapazitĂ€t besitzen. Die Energiedichte ist dabei deutlich höher, was einen weiteren Vorteil darstellt. Ein Lithium-Eisen-Akku besitzt eine viermal so hohe Anzahl an maximalen Ladezyklen und bis zu sechs Mal so viele Zyklen wie eine Gel-Batterie. Die Entwicklung dieses Akkutyps wird mit Hochdruck vorangetrieben, leider sind Li-Fe-Akkus in Deutschland derzeit noch nicht handelsĂŒblich,
    wenngleich sie in einigen Jahren möglicherweise die Li-Ion-Akkus ablösen werden.

Welche Voltzahl sollte die Solarbatterie haben?

Die Voltzahl des Solarakkus sollte sich an der Spannung der verbauten Wechselrichter orientieren. Üblich sind 12V Systeme, aber auch 24V Batterien gelangen zunehmend in den Handel. Eine höhere Spannung bei gleicher Leistung hat einen geringeren Stromverbrauch zur Folge, wodurch die Batterie geschont wird und lĂ€nger hĂ€lt. Es ist empfehlenswert, einen Laderegler einzubauen, der die Batterie immer optimal auflĂ€dt und vor Überladung schĂŒtzt. Ein 24V System sollte immer dort zum Einsatz kommen, wo eine hohe Leistung gefordert wird. Um die gleiche Leistung zu erzeugen, mĂŒsste eine teure 12V Solarbatterie gekauft werden.

Die Systemspannung der Photovoltaikanlage ist also abhĂ€ngig von ihrer GrĂ¶ĂŸe und den angeschlossenen Verbrauchern. Oftmals sind an die Anlage nur kleine 12V Verbraucher angeschlossen, deshalb sollte man zur Sicherheit dabei bleiben. Um damit 230V GerĂ€te zu betreiben, muss ein Wechselrichter eingebaut werden, weil eine Batterie Gleichstrom speichert, aus der Steckdose aber Wechselstrom kommt. Die Leistung wird mit der Formel Strom (in Ampere) x Spannung (in Volt) berechnet. Deshalb ist es unerheblich, ob man eine 12V Batterie mit 10A betreibt oder eine 24V Batterie mit 5A. Insgesamt wĂŒrde in beiden FĂ€llen eine Leistung von 120W erzeugt werden.

Möchten Sie ein leistungsfĂ€higes 24V System aufbauen? Dann sollten zwei 12V Batterien in Reihe geschaltet werden, um die Spannung zu verdoppeln. GerĂ€te, die eine grĂ¶ĂŸere Spannung benötigen, sind in der Regel langlebiger und gĂŒnstiger in der Anschaffung. Außerdem gibt es aufgrund der höheren Spannung einen niedrigeren Entnahmestrom, sodass die Entladeverluste reduziert werden.

Namhafte Hersteller von Solarakkus

Solarbatterien gibt es mittlerweile wie Sand am Meer. Dabei kann der Überblick schnell verloren gehen. Alle Hersteller auf dem deutschen Markt, die das CE-Siegel tragen, sind seriös. Besonders weit verbreitet sind Solarbatterien von:

Preis und Preisentwicklung

Die Anschaffung lohnt sich in jedem Fall, wenn man seinen Eigenverbrauch deutlich erhöhen möchte. Die Lebensdauer eines Solarakkus kann viele Jahre betragen, sodass sich der Erwerb schnell auszahlt, zumal die Batterie wartungsfrei ist.

Blei-SĂ€ure-Akkus kosten nur etwa 20-25% eines Li-Ion-Akkus. FĂŒr eine SpeicherkapazitĂ€t von einer Kilowattstunde wird ein Preis von etwa 200 Euro fĂ€llig. Bei der Lithium-Ionen-Lösung mĂŒssen pro kWh aber 800 bis 1000 Euro berappt werden. Die Kosten fĂŒr die Anschaffung eines Akkumulators werden in Zukunft sinken, weil sich die Forschung, insbesondere die Automobilindustrie, darauf konzentriert hat. Blei-SĂ€ure-, Blei-Gel- und Lithium-Ionen-Akkus werden gleichermaßen im Preis sinken, allerdings ist ungewiss um wie viel Euro und in welcher Zeit. Es ist möglich, dass Bleiakkus, die sich seit rund 150 Jahren bewĂ€hrt haben, in einigen Jahren verschwinden und komplett von der Lithium-Ionen-Technologie abgelöst werden.

Darauf ist beim Kauf zu achten

  • Batterietechnologie
    Die wichtigste Eigenschaft ist die Batterietechnologie. Blei-Akkus haben sich millionenfach bewĂ€hrt und sind wirtschaftlich erprobt. Der Wirkungsgrad der moderneren Lithium-Ionen-Akkus ist jedoch wesentlich höher, außerdem haben diese ein geringeres Gewicht und sind kompakter.
  • EnergiekapazitĂ€t
    Wenn beim Kauf von Solar Batterien von KapazitĂ€t gesprochen wird, ist meist die EnergiekapazitĂ€t der Batterie die Rede. Diese wird stets in Amperestunden (Ah) angegeben und gibt Auskunft ĂŒber die Ladung, die zur VerfĂŒgung steht. Speziell durch die Kenntniss der verfĂŒgbaren Amperestunden (Ah) und der Spannung kann man einfach die verbleibende Laufzeit der Solar Batterie errechnen.
  • SpeicherkapazitĂ€t
    Achten Sie auch auf eine hohe SpeicherkapazitĂ€t, denn diese gibt an, wie viel ElektrizitĂ€t mit einer Vollladung gespeichert werden kann. Die KapazitĂ€t wird in Kilowattstunden (kWh) angegeben, außerdem muss diese mit der Photovoltaikanlage zusammenpassen, damit ein „rundes“ System entsteht und keine Stromverluste auftreten.
  • TiefenentladekapazitĂ€t
    Nutzen Sie Solar Batterien mit großer TiefenentladekapazitĂ€t. Diese gibt an, wie weit der Akku entladen werden kann, ohne dass er Schaden nimmt. Die Werte variieren zwischen 50 und 90%. Das heißt, dass je nach QualitĂ€t und Art des Akkus zwischen 50 und 90% der Strommenge entnommen werden kann. Beachten Sie: Ein Akku, der nur die HĂ€lfte seiner SpeicherkapazitĂ€t hergibt, arbeitet ineffizient. Hier kommt die nutzbare SpeicherkapazitĂ€t ins Spiel: Hat eine Solarbatterie beispielsweise eine KapazitĂ€t von 10 kWh und eine 80%-ige Entladetiefe, dann kann die Batterie nur 8 kWh abgeben.Die Solarbatterie sollte eine möglichst hohe Zahl an Vollzyklen und Kleinstzyklen erlauben. Als Vollzyklus wird die vollstĂ€ndige Entladung des Akkus mit anschließendem Aufladen bezeichnet. Ein Kleinstzyklus wĂ€re eine schwache Entladung mit folgender Aufladung. Es ist noch weitgehend unbekannt, wie sich Kleinstzyklen auf die Lebensdauer der Akkus auswirken.
  • Entladeleistung in KWh
    Ein wichtiges Kriterium ist die maximale Entladeleistung in Kilowattstunden. Sie gibt an, wie schnell und wieviel Strom der Akku innerhalb einer bestimmten Zeit bereitstellen kann. Waschmaschinen brauchen beispielsweise wÀhrend des Schleuderns viel Strom (Lastspitzen). Der Akku muss solche kurzzeitigen Spannungsspitzen abdecken können, um einen stabilen Stromkreislauf zu gewÀhrleisten. Die C-Rate zeigt dabei an, wie schnell die Solarbatterie im VerhÀltnis zur SpeicherkapazitÀt entladen werden kann.
  • Vollzyklen
    Wichtig sind auch die Anzahl der möglichen Vollzyklen. Diese gibt an, wie lange die Batterie „lebt“ und ihre KapazitĂ€t halten kann. HandelsĂŒbliche Solarbatterien können rund 7.000 Mal voll aufgeladen werden, dann ist ihre Zyklenlebensdauer erreicht. Das heißt aber nicht, dass der Akku danach unbrauchbar wird, rund 80% seiner NennkapazitĂ€t sind dann nĂ€mlich immer noch vorhanden.
  • Lagerdauer / kalendarische Lebensdauer
    HÀufig wird eine sogenannte kalendarische Lebensdauer angegeben, man könnte sie auch Lagerdauer nennen. Wird die Solarbatterie weder aufgeladen noch entladen, sind nach Ablauf der kalendarischen Lebensdauer noch 80% der Nennleistung vorhanden. Manche Hersteller zeigen sich kulant und tauschen den Stromspeicher kostenfrei aus, wenn er selten benutzt wurde und die kalendarische Lebensdauer abgelaufen ist.
  • Gebrauchsdauer
    Ein wichtiges Maß ist die Gebrauchsdauer, obwohl es sich dabei um einen theoretischen Wert handelt. ZunĂ€chst wird geschĂ€tzt, wie oft der Batteriespeicher im Jahr vollstĂ€ndig ge- und entladen wird. Anschließend wird die Zahl der Vollzyklen hinzugezogen, um einen Richtwert zu bilden. Beispiel: Etwa 200 vollstĂ€ndige Entladungen und Ladungen pro Jahr benötigt eine durchschnittliche Photovoltaikanlage. Bei 7.000 zur VerfĂŒgung stehenden Vollzyklen erhĂ€lt die Solarbatterie eine Lebensdauer von ansehnlichen 35 Jahren. Das bedeutet, dass der Akku voraussichtlich 35 Jahre durchhalten wird – eine Anschaffung, die sich lohnt.
  • Systemwirkungsgrad
    Den Systemwirkungsgrad sollten Sie ebenfalls berĂŒcksichtigen. Die Solarbatterie ist in einen Kreislauf eingebunden, bei dem es naturgemĂ€ĂŸ zu Leistungsverlusten kommt. Der Systemwirkungsgrad sollte möglichst hoch sein, weil es sonst „unterwegs“ (im Stromkreis) zu KapazitĂ€tsverlusten kommt. Meist betragen diese aber nur wenige Prozentpunkte.
  • Notstromoption
    Sorgen Sie dafĂŒr, dass Ihre Solarbatterie so an das Stromnetz angeschlossen wird, damit sie bei einem Stromausfall sofort einspringt. Diese Notstromoption kann sinnvoll sein, um GerĂ€te zu schĂŒtzen, die bei einem Stromausfall Schaden nehmen können (z.B. Computer).
  • Alle Verwendungsmöglichkeiten nutzen
    Decken Sie mit Ihrer Solarbatterie einen möglichst hohen Grad des gesamten Haushaltsstroms ab. Es ist hier durchaus ein Wert von 100% anzustreben, um nicht mehr auf einen externen Stromanbieter angewiesen zu sein und die Photovoltaikanlage optimal auszunutzen.
  • Maße und Gewicht
    Abmessungen und Gewicht spielen eine große Rollen, wenn Solarbatterien in einem Fahrzeug verbaut werden sollen. Doch auch im heimischen Keller sind diese Angaben durchaus von Wichtigkeit. Wer möchte schon wertvollen Wohnraum fĂŒr eine ĂŒberdimensionierte Batterie verschenken?

Inbetriebnahme

Eine Solarbatterie ist normalerweise einfach in Betrieb zu nehmen. Allerdings können die AnschlĂŒsse (Pole) sehr unterschiedlich aussehen, niemals dĂŒrfen Minus- und Pluspol vertauscht werden, weil der Kurzschluss die Batterie zerstören könnte. Es gibt sowohl AusfĂŒhrungen mit Polklemmen, Kabelschuh-Ringen oder auch Laschen – letztere sind besonders bei asiatischen Herstellern zu finden. Die Batterie muss immer satt angeschlossen werden, ĂŒberstehende Polteile können durch ein Polfett geschĂŒtzt werden, damit Metallteile in der NĂ€he keinen Kurzschluss provozieren können.

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