In isolierten Stromversorgungsanlagen ist es notwendig, die in den Stunden der Sonneneinstrahlung gewonnene Energie zu speichern, um die Versorgung in den Stunden ohne Sonneneinstrahlung (Tagesgang und Jahreszeitengang) decken zu können. Dazu ist der Einbau eines elektrischen Energiespeichers erforderlich.
Elektrische Solarenergiespeicher müssen über eine ausreichende Kapazität verfügen, um die Stromversorgung in bewölkten Zeiten sicherzustellen (Autonomie der Anlage). Dies sind elektrochemische Systeme, die auf reversiblen chemischen Reaktionen beruhen, die in ihrem Inneren stattfinden.
Üblicherweise werden autonome Photovoltaikanlagen zusätzlich zu photovoltaischen Elektrospeichern von Wärmespeichern begleitet. Bei dieser Art der Installation kommt das Stromnetz oft nicht an und es werden auch Sonnenkollektoren verwendet, um Warmwasser für den Hausgebrauch und die Heizung zu gewinnen.
Auch in Anlagen, die an das Stromnetz angeschlossen sind, können Solarakkumulatoren eingesetzt werden, um Energie zu sparen und die Höhe der Stromrechnung zu senken.
Hauptparameter eines elektrischen Akkumulators
Die Hauptparameter eines elektrischen Energiespeichers sind:
1. Akkukapazität
Die Kapazität ist die maximale Menge an Strom, die gespeichert werden kann. In der Praxis und um irreversible Schäden an der Batterie zu vermeiden, kann sie nur einen Teil der Gesamtkapazität bereitstellen, die wir als Nutzkapazität bezeichnen.
Die Batteriekapazität wird in Amperestunden (Ah) angegeben. Mit der Notation C5, C25, C100 wird die Entladezeit in Stunden dargestellt, bzw. 5, 25 oder 100 (C5 = Entladung in 5 Stunden).
Lithiumbatterien gehören zu denen mit der höchsten Kapazität.
2. Entladungstiefe
Die Entladetiefe ist der Prozentsatz der maximalen Kapazität des Akkus, der unter normalen Bedingungen aus der Batterie entnommen werden kann. Es ist ein sehr variabler Begriff, der stark von der Art des Akkus abhängt und dessen Lebensdauer beeinflusst.
3. Haltbarkeit
Die Lebensdauer wird normalerweise in Zyklen (und nicht in Jahren) gemessen, ein Zyklus ist also ein vollständiger Lade-Entlade-Vorgang (bis die empfohlene Entladetiefe erreicht ist). Bei einem durchschnittlichen Zyklus von einem Zyklus pro Tag und einem gut gewarteten Akkumulator sollte er mindestens 10-15 Jahre halten.
4. Selbstentladung
Selbstentladung: Dies ist ein Phänomen, bei dem sich eine Batterie aus verschiedenen Gründen langsam, aber kontinuierlich entlädt, obwohl sie nicht an einen externen Stromkreis angeschlossen ist.
Welche Arten von elektrischen Akkumulatoren gibt es?
Wir können verschiedene Arten von Akkumulatoren nach ihrer Verwendung unterscheiden:
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Monoblock-Batterien: Diese Batterien werden häufig in kleinen Anlagen verwendet.
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Stationäre Batterien: Sie befinden sich meist an einem festen Ort und liefern permanent oder sporadisch elektrischen Strom für verschiedene Zwecke. Zu keinem Zeitpunkt werden sie jedoch aufgefordert, in kurzer Zeit hohe Intensitätswerte abzugeben.
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Startakkumulatoren: Sie sind dafür zuständig, kurzzeitig elektrische Energie mit hohen Stromstärkewerten zu erzeugen.
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Traktionsakkumulatoren: Sie sind für die Stromversorgung kleiner Elektrofahrzeuge zuständig und benötigen daher relativ hohe Stromstärken für Zeiträume von wenigen Stunden.
Verwenden Sie bei Installationen mit Photovoltaik-Solarmodulen vorzugsweise stationäre Akkumulatoren.
Welche Funktion hat ein elektrischer Akku?
Die Grundfunktionen von Solarakkumulatoren sind:
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Energiezufuhr ohne Strahlung. In den Nächten, bewölkten Tagen, im Tagesgang und im Jahreszeitengang muss die Energieversorgung für die Nutzung von elektrischen Heizkörpern oder anderen Geräten gewährleistet sein.
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Sorgen Sie für ein stabiles Spannungsniveau in der Installation: Die Spannung am Ausgang der Module variiert je nach einfallender Strahlung, was für den Betrieb einiger Geräte möglicherweise nicht sehr gut ist.
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Liefern Sie sofortige oder zeitlich begrenzte Leistung, die größer ist als das, was das Panelfeld selbst im besten Fall erzeugen könnte. Dies ist der Fall bei Anlassermotoren wie beispielsweise dem Kompressormotor eines Kühlschranks.
Eigenschaften eines Solarakkumulators
Für die Auswahl einer Batterie muss man zumindest wissen:
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Batterietyp mit Nennspannung, Abmessungen, Gewicht ...
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Entladekapazitäten C20, C50, C100 mit den entsprechenden Schubspannungswerten.
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Arbeitstemperaturbereich.
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Maximale Entladungstiefe.
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Wert der Selbstentladung.
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Maximal zulässiger Tageszyklus.
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Maximale Arbeitszeit bei 50 % Last und 10 % Zyklus.
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Ladeleistung.
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Kapazitätsänderung als Funktion der Temperatur.
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Endspannungen entsprechend der Entladerate.
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Maximale Ladespannung in Abhängigkeit von Temperatur und Laderegime.
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Gefriertemperatur.
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Dichte nach Ladezustand.
Verhalten eines Akkumulators in einer photovoltaischen Solarenergieanlage
Die Spannung an den Batterieklemmen hängt von folgenden Faktoren ab:
1. Füllstand oder Ladezustand
Die Spannung an den Batterieklemmen sinkt beim Entladen und steigt beim Laden an, bis sie ein Maximum erreicht. Wenn sie entladen wird, bevor sie vollständig entladen ist, wird ein unterer Grenzspannungswert erreicht, unterhalb dessen sich die Batterie möglicherweise nicht erholt, wenn sie sich weiter entlädt.
Andererseits sollte darauf geachtet werden, den Akku nicht zu überladen. Wenn die Solarmodule weiterhin Strom an die Batterie senden, finden weiterhin chemische Reaktionen statt, die die Lebensdauer des Solarakkus beeinträchtigen und verkürzen.
2. Upload- oder Download-Geschwindigkeit
Wenn eine Batterie geladen wird, ist die Spannung an ihren Anschlüssen größer als der Abfall des elektrischen Innenwiderstands. Beim Entladen verhält es sich umgekehrt: Durch den geringen Spannungsabfall am Innenwiderstand ist die Potentialdifferenz an den Klemmen etwas geringer als gemessen.
3. Temperatur
Da die internen Reaktionen, die in einer Batterie ablaufen, chemischer Natur sind, hat die Temperatur einen entscheidenden Einfluss auf diese Reaktionen. Daher sollte die empfohlene Endspannung zum Erreichen des vollen Ladezustands umso höher sein, je niedriger die Temperatur ist, da chemische Reaktionen schwieriger ablaufen und daher mehr Energie für den Prozess benötigen.
Diese Tatsache ist wichtig, da je nach Installationsort der Wert der angelegten Spannung entsprechend der Temperatur, der die Batterie ausgesetzt ist, korrigiert werden muss. Dies konditioniert den Batterieraum, wie wir später sehen werden.