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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. Hinlänglich bekannt ist die Wirkungsweise von Solarzellen: Die Sonneneinstrahlung wird dort in Energie umgewandelt. Bisher gab es aber das Problem, dass dieser Solarstrom zwar sofort verfügbar, aber nicht speicherfähig war. An sonnigen Tagen kann ein Haushalt dann von der Energie der Sonne profitieren. Nachts musste stets Elektrizität des öffentlichen Netzes verwendet werden, weil die Solaranlagen keinen Strom ansammeln können. Mittlerweile gibt es immer leistungsfähigere Batterien, die den Solarstrom speichern und somit zurückhalten können. Dieser kann dann flexibler verwendet werden, speziell an grauen Tagen oder in der Nacht. Der große Vorteil liegt darin, dass die verfügbare 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, wäre es irrsinnig, die Kraft der Sonne direkt für 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 ähnlichen Prinzip beruhen die Solarbatterien für Solaranlagen.

Die beliebtesten Solarbatterien:

Bevor Sie einen Solarakku kaufen ist es empfehlenswert, sich ausgiebig über verschiedene Modelle zu informieren. Um nicht beim nächsten Campingurlaub oder Wohnmobil-Ausflug plötzlich im dunkeln zu stehen, sollte die Solar Batterie bestens auf das jeweilige Gerät abgestimmt sein. Nachdem man sich über 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 häufig weiterempfohlen.

Einsatzmöglichkeiten

Zwei Beispiele wurden bereits genannt. Am häufigsten 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 Gerät, das sich selbst antreibt, ohne Kraftstoff verbrauchen zu müssen. Über den Wolken ist die Sonne nämlich immer verfügbar, sodass dem Flugzeug tagsüber niemals der „Treibstoff“ ausgehen kann. Für die Nacht lädt 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 zusätzlich 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 für Personen mit Wohnmobilen. Durch diesen Energiespeicher kann das Wohnmobil immer mit ausreichend elektrische Energie versorgt werden. Zudem ist man unabhängiger 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 Kapazität deutlich zu erhöhen. Das erwähnte Solarflugzeug ist dabei eine Ausnahme, doch schon für solarbetriebene Fahrzeuge reicht die Kapazität kaum aus. Dazu muss die Speichertechnologie weiter Fortschritte machen, um schließlich mit Benzinantrieben mithalten zu können. Dennoch ist die Solarbatterie für haushaltsübliche Zwecke gut geeignet und hat sich in den vergangenen Jahren stetig verbessert. Bei Photovoltaikanlagen ist diese Technik nicht mehr wegzudenken und sorgt für Strom zu jeder Tageszeit, während früher noch Strom dazugekauft werden musste.

Diese Arten finden in der Praxis ihre Anwendung

Im Handel sind verschiedene Arten von Solar Batterien erhältlich. Die am häufigsten verwendeten Batterien sind der Blei-Säure- und der Blei-Gel-Akkumulator.

  • Bleiakkumulator
    Sie sind relativ kostengünstig, wartungsfrei und besitzen nur eine geringe Selbstentladung. Sie haben eine lange Lebensdauer und weisen eine starke Ladekapazität auf. Einzig das Gewicht schlägt negativ zu Buche. E-Bikes der neuen Generation verzichten aus Gewichtsgründen meist auf Bleiakkus.
  • Blei-Gel-Akkus 
    Blei-Gel-Akkus sind dabei die weiterentwickelte Version der Blei-Akkus. Hier ist die Schwefelsäure im Akku durch Kieselsäure gebunden, sodass eine gallertartige Masse entsteht („Gel“). Er sieht gleich aus wie sein älterer Bruder und besitzt auch die gleiche Spannung, ist allerdings absolut wartungsfrei, weil ihn ein Mantel schützt. In diese geschlossene Variante kann also keine Flüssigkeit nachgefüllt werden, dafür kann er in sämtlichen Lagen (liegend, stehend, seitlich usw.) betrieben werden, weil keine Bestandteile austreten können. 

Früher 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 überladen werden konnten, was nicht ungefährlich ist (Explosionsgefahr). In der Herstellung waren sie relativ günstig, ebenso wie ihre Nachfolger, die NiMH-Akkus.
  • NiMH-Akkus
    Sie sind noch heute auf dem Markt, führen aber nur noch ein Nischendasein, weil ihr Ladezyklus begrenzt und ihre Ladedauer relativ lang ist. Sie werden nur noch in Kleingeräten eingesetzt, aus Großanlagen sind sie mittlerweile mangels Effizienz weitgehend verschwunden.
  • Lithium-Ionen-Akkus
    Immer häufiger drängen Lithium-Ionen-Akkus auf den Markt, weil diese wesentlich leichter und kleiner sind und eine deutlich höhere Speicherkapazität 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 lässt viele Käufer auf Bleiakkus zurückgreifen. Doch warum sind Lithium-Ionen-Akkus relativ teuer? Sie lassen sich um bis zu 90 Prozent entladen, können also voll ausgeschöpft werden, während 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 drängen die innovativen Li-Fe-Akkus auf den Markt. Das „Li“ steht für Lithium, „Fe“ für Eisen (lat. Ferrum). Diese Lithium-Eisen-Akkus wurden ursprünglich für Elektrofahrzeuge entwickelt und finden nun auch in Photovoltaikanlagen Verwendung. Sie bestechen durch hohe Qualität und maximale Verfügbarkeit. Li-Fe-Batterien sind viel leichter als Gel-Batterien, obwohl sie die gleiche Kapazität 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 handelsüblich,
    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 länger hält. Es ist empfehlenswert, einen Laderegler einzubauen, der die Batterie immer optimal auflädt und vor Überladung schützt. Ein 24V System sollte immer dort zum Einsatz kommen, wo eine hohe Leistung gefordert wird. Um die gleiche Leistung zu erzeugen, müsste eine teure 12V Solarbatterie gekauft werden.

Die Systemspannung der Photovoltaikanlage ist also abhängig von ihrer Größe und den angeschlossenen Verbrauchern. Oftmals sind an die Anlage nur kleine 12V Verbraucher angeschlossen, deshalb sollte man zur Sicherheit dabei bleiben. Um damit 230V Geräte 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 würde in beiden Fällen eine Leistung von 120W erzeugt werden.

Möchten Sie ein leistungsfähiges 24V System aufbauen? Dann sollten zwei 12V Batterien in Reihe geschaltet werden, um die Spannung zu verdoppeln. Geräte, die eine größere Spannung benötigen, sind in der Regel langlebiger und günstiger 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-Säure-Akkus kosten nur etwa 20-25% eines Li-Ion-Akkus. Für eine Speicherkapazität von einer Kilowattstunde wird ein Preis von etwa 200 Euro fällig. Bei der Lithium-Ionen-Lösung müssen pro kWh aber 800 bis 1000 Euro berappt werden. Die Kosten für die Anschaffung eines Akkumulators werden in Zukunft sinken, weil sich die Forschung, insbesondere die Automobilindustrie, darauf konzentriert hat. Blei-Säure-, 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 bewährt 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 bewährt und sind wirtschaftlich erprobt. Der Wirkungsgrad der moderneren Lithium-Ionen-Akkus ist jedoch wesentlich höher, außerdem haben diese ein geringeres Gewicht und sind kompakter.
  • Energiekapazität
    Wenn beim Kauf von Solar Batterien von Kapazität gesprochen wird, ist meist die Energiekapazität der Batterie die Rede. Diese wird stets in Amperestunden (Ah) angegeben und gibt Auskunft über die Ladung, die zur Verfügung steht. Speziell durch die Kenntniss der verfügbaren Amperestunden (Ah) und der Spannung kann man einfach die verbleibende Laufzeit der Solar Batterie errechnen.
  • Speicherkapazität
    Achten Sie auch auf eine hohe Speicherkapazität, denn diese gibt an, wie viel Elektrizität mit einer Vollladung gespeichert werden kann. Die Kapazität wird in Kilowattstunden (kWh) angegeben, außerdem muss diese mit der Photovoltaikanlage zusammenpassen, damit ein „rundes“ System entsteht und keine Stromverluste auftreten.
  • Tiefenentladekapazität
    Nutzen Sie Solar Batterien mit großer Tiefenentladekapazität. 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 Qualität und Art des Akkus zwischen 50 und 90% der Strommenge entnommen werden kann. Beachten Sie: Ein Akku, der nur die Hälfte seiner Speicherkapazität hergibt, arbeitet ineffizient. Hier kommt die nutzbare Speicherkapazität ins Spiel: Hat eine Solarbatterie beispielsweise eine Kapazität 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 vollständige Entladung des Akkus mit anschließendem Aufladen bezeichnet. Ein Kleinstzyklus wäre 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 während des Schleuderns viel Strom (Lastspitzen). Der Akku muss solche kurzzeitigen Spannungsspitzen abdecken können, um einen stabilen Stromkreislauf zu gewährleisten. Die C-Rate zeigt dabei an, wie schnell die Solarbatterie im Verhältnis zur Speicherkapazität entladen werden kann.
  • Vollzyklen
    Wichtig sind auch die Anzahl der möglichen Vollzyklen. Diese gibt an, wie lange die Batterie „lebt“ und ihre Kapazität halten kann. Handelsübliche 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 Nennkapazität sind dann nämlich immer noch vorhanden.
  • Lagerdauer / kalendarische Lebensdauer
    Häufig 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. Zunächst wird geschätzt, wie oft der Batteriespeicher im Jahr vollständig ge- und entladen wird. Anschließend wird die Zahl der Vollzyklen hinzugezogen, um einen Richtwert zu bilden. Beispiel: Etwa 200 vollständige Entladungen und Ladungen pro Jahr benötigt eine durchschnittliche Photovoltaikanlage. Bei 7.000 zur Verfügung stehenden Vollzyklen erhält 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 berücksichtigen. Die Solarbatterie ist in einen Kreislauf eingebunden, bei dem es naturgemäß zu Leistungsverlusten kommt. Der Systemwirkungsgrad sollte möglichst hoch sein, weil es sonst „unterwegs“ (im Stromkreis) zu Kapazitätsverlusten kommt. Meist betragen diese aber nur wenige Prozentpunkte.
  • Notstromoption
    Sorgen Sie dafür, dass Ihre Solarbatterie so an das Stromnetz angeschlossen wird, damit sie bei einem Stromausfall sofort einspringt. Diese Notstromoption kann sinnvoll sein, um Geräte zu schützen, 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 für eine überdimensionierte Batterie verschenken?

Inbetriebnahme

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

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