Solarbatterien sind elektrische Akkumulatoren zur Speicherung der von einem Photovoltaikmodul in einer Solarenergieanlage erzeugten elektrischen Energie. Sie werden manchmal auch als Photovoltaikbatterien bezeichnet.
Batterien sind elektrochemische Geräte, die chemische Energie nutzen, um Elektrizität zu speichern oder abzugeben. Bei herkömmlichen Batterien werden die Reaktanten während der Herstellung der Batterie eingeführt. Wenn die Batterien leer sind, muss die Spannung nachlassen und die Batterie muss ausgetauscht werden.
Solarbatterien dienen zur Speicherung der von Photovoltaik-Solarmodulen erzeugten elektrischen Energie in den Stunden mit der größten Sonneneinstrahlung. Auf diese Weise kann es später nachts oder an bewölkten Tagen verwendet werden.
Durch den Einsatz von Batterien ist es außerdem möglich, eine höhere Stromstärke bereitzustellen, als ein Photovoltaikmodul im Betrieb bieten kann. Dies wäre der Fall, wenn mehrere Elektrogeräte gleichzeitig genutzt würden.
Die meisten auf dem Photovoltaik-Markt angebotenen Solar-Kits enthalten Batterien.
Nicht alle Photovoltaikanlagen verfügen über Batterien. Manchmal ist es vorzuziehen, die gesamte von Solarmodulen erzeugte elektrische Energie in das Stromnetz einzuspeisen. Tatsächlich sind große Elektroanlagen, die erneuerbare Energie nutzen, an das Stromnetz angeschlossen.
Zusammensetzung einer Solarbatterie
Eine Batterie besteht aus kleinen elektrischen 2-V-Akkumulatoren, die in ein und demselben Element integriert sind. Die Batterien liefern Gleichstrom mit 6, 12, 24 oder 48 V. Der Akkumulator ist die Zelle, die durch einen elektrochemischen Prozess Energie speichert.
Wenn wir beispielsweise von einer 12-Volt-Batterie sprechen, meinen wir einen Reihensatz von 6 Blei-Säure-Zellen mit jeweils 2 Volt. Monoblockbatterien sind Batterien, die aus mehreren 2-V-Zellen bestehen, die einen einzigen Block bilden.
Stationäre Batterien, auch Solarakkumulatoren genannt, sind Batterien, die aus in Reihe geschalteten 2-Volt-Elementen bestehen, bis die gewünschte Arbeitsspannung für die Solaranlage erreicht ist.
6V-Batterien werden in kleinen und mittleren Photovoltaikanlagen eingesetzt.
Wie Solarbatterien funktionieren
Die Funktion der Batterien besteht darin, das System mit elektrischer Energie zu versorgen, wenn die Photovoltaikmodule nicht den erforderlichen Strom erzeugen. Zum Beispiel nachts oder bei schlechten Lichtverhältnissen.
In dem Moment, in dem die Solarmodule mehr Strom erzeugen können, als das elektrische System benötigt, wird die gesamte benötigte Energie von den Modulen bereitgestellt und der Überschuss zum Laden der Batterien verwendet.
Batterien wandeln die von den Photovoltaikmodulen empfangene elektrische Energie in chemische Energie um. Diese Umwandlung erfolgt durch die Reaktion, die auftritt, wenn zwei unterschiedliche Materialien, beispielsweise die der positiven und negativen Platten, in den Elektrolyten eingetaucht werden. Der Elektrolyt ist eine Lösung aus Schwefelsäure und Wasser.
Strom fließt aus der Batterie, sobald ein Stromkreis zwischen Plus- und Minuspol geschaltet ist.
Wenn sich die Batterie entlädt, wird die Zusammensetzung des Bleis auf den Platten ähnlicher. In diesem Moment nimmt die Dichte der Säure ab und die Spannung zwischen den Anschlüssen nimmt ab.
Die Fähigkeit, sich ständig zu laden und zu entladen, wird als Zyklenfestigkeit einer Batterie bezeichnet.
Wichtige Funktionen
Wichtigste Eigenschaften bei der Auswahl einer Batterie oder eines Solar-Kits:
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Fähigkeit. Unter Kapazität versteht man die Stromstärke in Ampere (A), die bei vollständiger Entladung des elektrischen Akkumulators im vollgeladenen Zustand erhalten werden kann.
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Ladeeffizienz. Der Ladewirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen der zum Befüllen der Batterie verbrauchten Energie und der tatsächlich gespeicherten Energie. Je näher an 100 %, desto besser.
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Selbstentladung. Selbstentladung ist der Vorgang einer elektrischen Batterie, die dazu neigt, sich zu entladen, wenn sie nicht verwendet wird.
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Entladungstiefe. Die Entladetiefe ist die Energiemenge, die bei einer Entladung unter Volllast gewonnen wird (%).
Nützliches Leben
Die Nutzungsdauer einer Batterie für Solaranlagen beträgt in der Regel etwa 10 Jahre.
Bei häufigen Tiefentladungen (> 50 %) verkürzt sich jedoch die Lebensdauer. Daher empfiehlt es sich, ausreichend Kapazität zu installieren, damit die Entladung 50 % nicht überschreitet.
Ein weiterer sehr wichtiger Faktor ist die Temperatur. Wenn die Temperatur zwischen 20 und 25 °C gehalten wird, beträgt die Nutzungsdauer etwa 10 Jahre. Bei einer Temperaturänderung um 10 °C kann sich die Nutzungsdauer hingegen um bis zur Hälfte verkürzen.
Am häufigsten verwendete Batterietypen
Batterien werden nach der Art der Herstellungstechnologie sowie den verwendeten Elektrolyten klassifiziert.
Aufgrund des Preisverhältnisses pro verfügbarer Energie werden in Photovoltaikanlagen am häufigsten Blei-Säure-Batterien verwendet. Sein Wirkungsgrad liegt zwischen 85 und 95 %, bei Ni-Cad liegt er bei 65 %.
Die besten Batterien wären sicherlich Lithiumbatterien, wie sie in Mobiltelefonen verwendet werden. Allerdings ist die Lithiumbatterie für diese Anwendung wirtschaftlich nicht sinnvoll.
Blei-Säure-Batterien für Solaranwendungen
Blei-Säure-Batterien sind die ältesten wiederaufladbaren Batterien. Diese Batterien sind in der Lage, hohe Stromstärken zu liefern, weshalb ihre Zellen eine hohe Leistungsdichte aufweisen.
Aufgrund dieser Eigenschaft und ihres niedrigen Preises eignen sie sich für viele Anwendungen, insbesondere in der Solarenergie, für Solarbausätze und für Kraftfahrzeuge. Schließlich sind sie in der Lage, den hohen Strom zu liefern, den Anlassermotoren benötigen.
Da sie günstiger als alle anderen Batterietypen sind, werden häufig Blei-Säure-Batterien verwendet. Allerdings weisen diese Batterien hinsichtlich Volumen und Gewicht eine geringe Energiedichte auf.
Wenn Sie also große Energiemengen speichern möchten, muss die Batterie sehr groß sein. Aus diesem Grund wäre es nicht die beste Wahl für Anwendungen, die einen Bildlauf erfordern. Typischerweise werden sie in großen Räumen eingesetzt.
Sie können zur Lagerung sicherer Nahrungsquellen wie Mobilfunkmasten, Krankenhäuser, Solaranlagen und isolierte elektrische Systeme verwendet werden.
Alle Blei-Säure-Batterien versagen vorzeitig, wenn sie nicht nach jedem Zyklus vollständig aufgeladen werden.
Wenn eine Blei-Säure-Batterie zu irgendeinem Zeitpunkt (über mehrere Tage) entladen bleibt, führt dies zu einem dauerhaften Kapazitätsverlust.
Flüssigbatterien – flüssiger Elektrolyt
Flüssigbatterien speichern Energie mithilfe eines wiederaufladbaren Brennstoffs, der aus Elektroden oder Nanopartikeln besteht. Dieser Kraftstoff liegt in flüssigem Zustand vor.
Es gibt zwei Arten von Flüssigbatterien:
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Offen, mit Deckeln, die den Wasserwechsel ermöglichen.
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Sie sind abgedichtet, jedoch mit Ventilen ausgestattet, die bei übermäßiger Belastung das Entweichen möglicher Gase ermöglichen.
Vorteile von Flüssigbatterien
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Der älteste
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Seine Herstellung ermöglicht günstige Preise.
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Es ist weniger problematisch, sie zu überlasten.
Nachteile
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Es besteht die Gefahr von Flüssigkeitsverlust (aggressiv).
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Ihre Lebensdauer ist in der Regel kurz und liegt zwischen 400 Lade- und Entladezyklen.
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Sehr niedrige Temperaturen können sie schnell zerstören.
AGM-Batterien – Absorptionsglasmattenbatterie
Es handelt sich um die modernsten Batterien und die Säure ist in Glasfasern fixiert, die sie absorbieren. Bei diesem Batterietyp wird die Säure besser und schneller von den Bleiplatten der Batterie aufgenommen.
Fast alle AGM-Batterien sind ventilgeregelt: VRLA (ventilgeregelte Bleisäure)
Sie verfügen über alle Vorteile von Gel-Produkten und zusätzlich über die folgenden:
Vorteile von AGM-Batterien:
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Gute Lebensdauer.
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Mehr Widerstandsfähigkeit gegen kaltes Klima.
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Seine Selbstentladung ist minimal: Bei Nichtgebrauch sind die Energieverluste minimal.
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Niedriger Innenwiderstand ermöglicht hohe Ströme.
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Deep Cycle, d. h. sie sind darauf ausgelegt, wiederholt bis zu 80 % ihrer Kapazität entladen zu werden.
Nachteile der Verwendung von AGM-Batterien:
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Höherer Preis.
Es gibt einen zunehmenden Trend zu AGM-Bleibatterien. Sie haben ihr bestes Preis-Leistungs-Verhältnis. Wenn ich fahre, ist es einfacher.
Für jemanden, der sich die nötige Pflege sichern kann, ist die Flüssigbatterie möglicherweise die beste Option. Vor allem angesichts des Preises.
Virtuelle Batterien
Virtuelle Batterien sind ein neues Konzept einiger Elektrizitätsunternehmen, das darauf basiert, überschüssige Energie in das Stromnetz einzuspeisen und ihren wirtschaftlichen Wert auf einem virtuellen Konto zu akkumulieren. Wenn Sie später Energie benötigen, stellt Ihnen das Unternehmen diese zur Verfügung und zieht den Wert von Ihrem Konto ab.
Was bedeutet es, dass eine Batterie schwach oder zyklenfest ist?
Abhängig von ihrem Zyklus gibt es zwei Arten von Batterien:
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Low-Cycle-Batterien
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Deep-Cycle-Batterien
Low-Cycle-Batterien
Niedrigzyklusbatterien sind so konzipiert, dass sie für kurze Zeit eine gewisse Strommenge liefern und kleinen Überlastungen standhalten, ohne Elektrolyte zu verlieren, wie es bei Autobatterien der Fall ist.
Allerdings vertragen diese Akkus keine Tiefentladungen. Werden sie wiederholt unter 20 % entladen, verkürzt sich ihre Nutzungsdauer erheblich. Daher sind diese Batterien keine gute Wahl für Solar-Photovoltaikanlagen.
Deep-Cycle-Batterien
Dieses Batteriemodell ist so konzipiert, dass es wiederholt bis zu 80 % seiner Kapazität entladen werden kann. Diese Eigenschaft macht sie zur besten Option für Solarenergiesysteme.
Auswirkung auf die Umwelt
Batterien sind Sondermüll, giftig und gefährlich. Solarbatterien sollten niemals direkt weggeworfen werden. Ihre Sammlung muss thematisch erfolgen, um sie einer geeigneten Recyclingstelle zuzuführen.
Batterien haben eine hohe Schadstoffkapazität und beim Recycling muss diese Kapazität kontrolliert werden. Beispielsweise kann Quecksilber in einer Knopfbatterie zwei Millionen Liter Wasser verunreinigen; Dies birgt erhebliche Risiken, auch für die Gesundheit. Es erleichtert die Nutzung der in den Batterien enthaltenen Rohstoffe.
Nach Abgabe der Batterien in Waschsalons und anderen Einrichtungen werden die Batterien zum Recyclingzentrum gebracht; wo Quecksilber und andere Metalle (Zink, Cadmium, Blei, Silber) zurückgewonnen werden.
Zusammenfassung
Solarbatterien sind Stromspeicher. Sie speichern den von Solarmodulen erzeugten Strom in Zeiten geringer Nachfrage und stellen ihn in Zeiten höherer Nachfrage bereit.
Diese Elemente sind in der Lage, beim Laden elektrische Energie in chemische Energie umzuwandeln. Im Moment der Entladung wandeln sie chemische Energie wieder in Elektrizität um.