Leitfaden zum Batterie-Backup für Privathaushalte 2022 |Arten, Kosten, Vorteile.

Selbst im Jahr 2022 wird die PV-Speicherung immer noch das heißeste Thema sein, und Batterie-Backup für Privathaushalte ist das am schnellsten wachsende Solarsegment, das neue Märkte und Möglichkeiten zur Erweiterung der Solar-Nachrüstung für große und kleine Haushalte und Unternehmen auf der ganzen Welt schafft.Batterie-Backup für Privathaushalteist für jedes Solarhaus von entscheidender Bedeutung, insbesondere im Falle eines Sturms oder eines anderen Notfalls.Anstatt überschüssige Solarenergie ins Netz einzuspeisen, wie wäre es, sie für den Notfall in Batterien zu speichern?Doch wie kann gespeicherte Solarenergie rentabel sein?Wir informieren Sie über Kosten und Rentabilität eines Heimbatteriespeichers und erläutern Ihnen die wichtigsten Punkte, die Sie beim Kauf des richtigen Speichersystems beachten sollten. Was ist ein Batteriespeichersystem für Privathaushalte? Wie funktioniert es? Ein Batteriespeicher oder Photovoltaikspeicher für Privathaushalte ist eine sinnvolle Ergänzung zur Photovoltaikanlage, um die Vorteile einer Solaranlage zu nutzen, und wird eine immer wichtigere Rolle bei der Beschleunigung des Ersatzes fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energien spielen.Die Solar-Home-Batterie speichert den aus Sonnenenergie erzeugten Strom und gibt ihn zum gewünschten Zeitpunkt an den Betreiber ab.Batterie-Notstromversorgung ist eine umweltfreundliche und kostengünstige Alternative zu Gasgeneratoren. Wer eine Photovoltaikanlage nutzt, um selbst Strom zu produzieren, stößt schnell an seine Grenzen.Mittags liefert die Anlage reichlich Solarstrom, nur dann ist niemand zu Hause, der ihn nutzen könnte.Abends hingegen wird viel Strom benötigt – dann scheint aber die Sonne nicht mehr.Um diese Versorgungslücke auszugleichen, wird der deutlich teurere Strom vom Netzbetreiber eingekauft. In dieser Situation ist ein Batterie-Backup für Privathaushalte fast unvermeidlich.Dadurch steht abends und nachts der ungenutzte Strom vom Tag zur Verfügung.Selbsterzeugter Strom steht somit rund um die Uhr und wetterunabhängig zur Verfügung.Dadurch wird der Anteil des selbst produzierten Solarstroms auf bis zu 80 % gesteigert.Der Autarkiegrad, also der Anteil des Stromverbrauchs, der durch die Solaranlage gedeckt wird, steigt auf bis zu 60 %. Eine Notstrombatterie für Privathaushalte ist viel kleiner als ein Kühlschrank und kann im Hauswirtschaftsraum an der Wand montiert werden.In modernen Speichersystemen steckt jede Menge Intelligenz, die mithilfe von Wettervorhersagen und selbstlernenden Algorithmen den Haushalt auf maximalen Eigenverbrauch trimmen kann.Energieunabhängigkeit zu erreichen war noch nie so einfach – auch wenn das Haus an das Stromnetz angeschlossen bleibt. Lohnt sich ein Batteriespeichersystem für zu Hause?Von welchen Faktoren hängen sie ab? Damit ein solarbetriebenes Haus auch bei Netzausfällen in Betrieb bleiben kann, ist ein Batteriespeicher für Privathaushalte erforderlich und funktioniert auch nachts.Aber auch Solarbatterien verbessern die Wirtschaftlichkeit des Systems, indem sie Solarstrom, der andernfalls mit Verlust ins Netz zurückgespeist würde, zurückhalten, nur um diesen Strom dann wieder einzusetzen, wenn der Strom am teuersten ist.Hausbatteriespeicher schützen den Solareigentümer vor Netzausfällen und schützen die Systemwirtschaft vor Änderungen der Energiepreisrahmen. Ob sich eine Investition lohnt oder nicht, hängt von mehreren Faktoren ab: Höhe der Investitionskosten. Je geringer die Kosten pro Kilowattstunde Kapazität sind, desto eher amortisiert sich der Speicher. Lebenszeit desSolarhausbatterie Branchenüblich ist eine Herstellergarantie von 10 Jahren.Allerdings wird von einer längeren Nutzungsdauer ausgegangen.Die meisten Solar-Heimbatterien mit Lithium-Ionen-Technologie funktionieren mindestens 20 Jahre lang zuverlässig. Anteil des selbst verbrauchten Stroms Je mehr Solarspeicher den Eigenverbrauch erhöhen, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie sich lohnen. Stromkosten beim Bezug aus dem Netz Bei hohen Strompreisen sparen Besitzer von Photovoltaikanlagen, indem sie den selbst erzeugten Strom verbrauchen.Da in den nächsten Jahren mit einem weiteren Anstieg der Strompreise zu rechnen ist, halten viele Solarbatterien für eine sinnvolle Investition. Netzgekoppelte Tarife Je weniger Solaranlagenbesitzer pro Kilowattstunde erhalten, desto mehr lohnt es sich, den Strom zu speichern, anstatt ihn ins Netz einzuspeisen.In den letzten 20 Jahren sind die netzgebundenen Tarife stetig gesunken und werden dies auch weiterhin tun. Welche Arten von Heimbatterie-Energiespeichersystemen sind verfügbar?? Batterie-Backup-Systeme für Privathaushalte bieten zahlreiche Vorteile, darunter Ausfallsicherheit, Kosteneinsparungen und dezentrale Stromerzeugung (auch bekannt als „Home Distributed Energy Systems“).Welche Kategorien gibt es also für Solar-Heimbatterien?Wie sollen wir wählen? Funktionsklassifizierung nach Sicherungsfunktion: 1. USV-Stromversorgung für zu Hause Hierbei handelt es sich um einen industrietauglichen Dienst für Notstromversorgung, den Krankenhäuser, Datenräume, Bundesbehörden oder Militärmärkte normalerweise für den kontinuierlichen Betrieb ihrer wichtigen und auch sensiblen Geräte benötigen.Mit einer Haus-USV-Stromversorgung flackern die Lichter in Ihrem Zuhause möglicherweise nicht einmal, wenn das Stromnetz ausfällt.Die meisten Heime benötigen oder beabsichtigen nicht, für dieses Maß an Zuverlässigkeit zu zahlen – es sei denn, sie betreiben in Ihrem Heim wichtige klinische Geräte. 2. „Unterbrechungsfreie“ Stromversorgung (Notstromversorgung für das ganze Haus). Den nächsten Schritt von einer USV nennen wir „unterbrechungsfreie Stromversorgung“ oder IPS.Mit einem IPS kann Ihr gesamtes Haus sicherlich weiterhin mit Solarenergie und Batterien betrieben werden, auch wenn das Stromnetz ausfällt. Allerdings werden Sie mit Sicherheit eine kurze Zeitspanne (einige Sekunden) erleben, in der in Ihrem Haus als Backup-System alles schwarz oder grau wird dringt in die Ausrüstung ein.Möglicherweise müssen Sie Ihre blinkenden elektronischen Uhren zurücksetzen, aber ansonsten können Sie jedes Ihrer Haushaltsgeräte wie gewohnt nutzen, solange Ihre Batterien reichen. 3. Notstromversorgung (teilweise Notstromversorgung). Einige Notstromfunktionen funktionieren durch die Aktivierung eines Notstromkreises, wenn festgestellt wird, dass das Stromnetz tatsächlich geschwächt ist.Dadurch können die an diesen Stromkreis angeschlossenen Hausstromgeräte – typischerweise Kühlschränke, Lampen und einige spezielle Steckdosen – für die Dauer des Stromausfalls weiterhin mit Batterien und/oder Photovoltaikmodulen betrieben werden.Diese Art der Notstromversorgung ist höchstwahrscheinlich eine der beliebtesten, vernünftigsten und kostengünstigsten Optionen für Haushalte auf der ganzen Welt, da der Betrieb eines ganzen Hauses mit einer Batteriebank diese schnell entlädt. 4. Teilweise netzunabhängiges Solar- und Speichersystem. Eine letzte Option, die ins Auge fallen könnte, ist ein „partielles netzunabhängiges System“.Mit einem teilweise netzunabhängigen System besteht das Konzept darin, einen dedizierten „netzunabhängigen“ Bereich des Hauses zu schaffen, der kontinuierlich mit einem Solar- und Batteriesystem betrieben wird, das groß genug ist, um sich selbst zu versorgen, ohne Strom aus dem Netz zu beziehen.Auf diese Weise bleiben die für die Familie notwendigen Grundstücke (Kühlschränke, Lichter usw.) auch dann eingeschaltet, wenn das Stromnetz ausfällt, ohne dass es zu Störungen kommt.Da die Solaranlage und die Batterien außerdem so dimensioniert sind, dass sie ohne Netzanschluss dauerhaft funktionieren, wäre es nicht erforderlich, den Stromverbrauch zuzuweisen, es sei denn, zusätzliche Geräte würden an den netzunabhängigen Stromkreis angeschlossen. Klassifizierung aus der Batteriechemie-Technologie: Blei-Säure-Batterien als Batterie-Backup für Privathaushalte Blei-Säure-Batteriensind die ältesten wiederaufladbaren Batterien und die kostengünstigste Batterie zur Energiespeicherung auf dem Markt.Sie kamen zu Beginn des letzten Jahrhunderts, im 20. Jahrhundert, auf den Markt und sind aufgrund ihrer Robustheit und geringen Kosten bis heute in vielen Anwendungen die bevorzugten Batterien. Ihre Hauptnachteile sind ihre geringe Energiedichte (sie sind schwer und sperrig) und ihre kurze Lebensdauer, da sie nicht viele Lade- und Entladezyklen bewältigen können. Blei-Säure-Batterien erfordern eine regelmäßige Wartung, um die Chemie in der Batterie und damit ihre Eigenschaften auszugleichen machen es ungeeignet für mittel- bis hochfrequente Entladungen oder Anwendungen mit einer Lebensdauer von 10 Jahren oder länger. Sie haben außerdem den Nachteil einer geringen Entladungstiefe, die für eine längere Lebensdauer typischerweise auf 80 % im Extremfall oder 20 % im Normalbetrieb begrenzt ist.Durch Tiefentladung werden die Elektroden der Batterie beschädigt, was ihre Fähigkeit, Energie zu speichern, verringert und ihre Lebensdauer verkürzt. Blei-Säure-Batterien erfordern eine ständige Aufrechterhaltung ihres Ladezustands und sollten durch die Floatation-Technik (Ladeerhaltung mit einem kleinen elektrischen Strom, der ausreicht, um den Selbstentladungseffekt aufzuheben) immer in ihrem maximalen Ladezustand gelagert werden. Diese Batterien gibt es in mehreren Ausführungen.Am gebräuchlichsten sind belüftete Batterien, die flüssigen Elektrolyten verwenden, ventilgeregelte Gelbatterien (VRLA) und Batterien mit in einer Glasfasermatte eingebettetem Elektrolyten (bekannt als AGM – absorbierende Glasmatte), die im Vergleich zu Gelbatterien eine mittlere Leistung und geringere Kosten aufweisen. Ventilbatterien sind praktisch versiegelt, was ein Auslaufen und Austrocknen des Elektrolyten verhindert.Das Ventil bewirkt die Freisetzung von Gasen in Überladungssituationen. Einige Blei-Säure-Batterien wurden für stationäre Industrieanwendungen entwickelt und können tiefere Entladezyklen verkraften.Es gibt auch eine modernere Variante, nämlich die Blei-Kohle-Batterie.Den Elektroden hinzugefügte Materialien auf Kohlenstoffbasis sorgen für höhere Lade- und Entladeströme, eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer. Ein Vorteil von Blei-Säure-Batterien (in allen Variationen) besteht darin, dass sie kein ausgeklügeltes Lademanagementsystem benötigen (wie es bei Lithium-Batterien der Fall ist, die wir als nächstes sehen werden).Bei Bleibatterien ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie bei Überladung Feuer fangen und explodieren, deutlich geringer, da ihr Elektrolyt im Gegensatz zu Lithiumbatterien nicht brennbar ist. Auch eine leichte Überladung ist bei diesen Batterietypen ungefährlich.Sogar einige Laderegler verfügen über eine Ausgleichsfunktion, die den Akku oder die Akkubank leicht überlädt, sodass alle Akkus den vollständig geladenen Zustand erreichen. Während des Ausgleichsprozesses wird die Spannung der Batterien, die schließlich vor den anderen vollständig aufgeladen werden, leicht erhöht, ohne dass ein Risiko besteht, während der Strom normal durch die Reihenschaltung der Elemente fließt.Auf diese Weise können wir sagen, dass Bleibatterien die Fähigkeit haben, sich auf natürliche Weise auszugleichen, und dass kleine Ungleichgewichte zwischen den Batterien einer Batterie oder zwischen den Batterien einer Bank kein Risiko darstellen. Leistung:Der Wirkungsgrad von Blei-Säure-Batterien ist deutlich geringer als der von Lithium-Batterien.Während der Wirkungsgrad von der Laderate abhängt, wird üblicherweise von einem Round-Trip-Wirkungsgrad von 85 % ausgegangen. Speicherkapazität:Blei-Säure-Batterien sind in verschiedenen Spannungen und Größen erhältlich, wiegen jedoch je nach Qualität der Batterie zwei- bis dreimal mehr pro kWh als Lithiumeisenphosphat. Batteriekosten:Blei-Säure-Batterien sind 75 % günstiger als Lithium-Eisenphosphat-Batterien, aber lassen Sie sich vom niedrigen Preis nicht täuschen.Diese Batterien können nicht schnell geladen oder entladen werden, haben eine viel kürzere Lebensdauer, verfügen nicht über ein schützendes Batteriemanagementsystem und müssen möglicherweise auch wöchentlich gewartet werden.Dies führt insgesamt zu höheren Kosten pro Zyklus, als es zur Senkung der Stromkosten oder zur Unterstützung von Hochleistungsgeräten angemessen wäre. Lithiumbatterien als Batterie-Backup für Privathaushalte Die derzeit kommerziell erfolgreichsten Batterien sind Lithium-Ionen-Batterien.Nachdem die Lithium-Ionen-Technologie auf tragbare elektronische Geräte angewendet wurde, hat sie Einzug in die Bereiche industrielle Anwendungen, Stromversorgungssysteme, Photovoltaik-Energiespeicherung und Elektrofahrzeuge gehalten. Lithium-Ionen-BatterienÜbertreffen viele andere Arten von wiederaufladbaren Batterien in vielerlei Hinsicht, einschließlich der Energiespeicherkapazität, der Anzahl der Arbeitszyklen, der Ladegeschwindigkeit und der Kosteneffizienz.Derzeit geht es nur um die Sicherheit, denn brennbare Elektrolyte können bei hohen Temperaturen Feuer fangen, was den Einsatz elektronischer Steuerungs- und Überwachungssysteme erfordert. Lithium ist das leichteste aller Metalle, hat das höchste elektrochemische Potenzial und bietet höhere volumetrische und Massenenergiedichten als andere bekannte Batterietechnologien. Die Lithium-Ionen-Technologie hat es ermöglicht, den Einsatz von Energiespeichersystemen voranzutreiben, die hauptsächlich mit intermittierenden erneuerbaren Energiequellen (Sonne und Wind) verbunden sind, und hat auch die Einführung von Elektrofahrzeugen vorangetrieben. Lithium-Ionen-Batterien, die in Stromversorgungssystemen und Elektrofahrzeugen verwendet werden, sind vom flüssigen Typ.Diese Batterien nutzen die traditionelle Struktur einer elektrochemischen Batterie mit zwei Elektroden, die in eine flüssige Elektrolytlösung eingetaucht sind. Separatoren (poröse Isoliermaterialien) werden verwendet, um die Elektroden mechanisch zu trennen und gleichzeitig die freie Bewegung der Ionen durch den flüssigen Elektrolyten zu ermöglichen. Das Hauptmerkmal eines Elektrolyten besteht darin, die Leitung von Ionenstrom (der durch Ionen gebildet wird, bei denen es sich um Atome mit einem Überschuss oder einem Mangel an Elektronen handelt) zu ermöglichen, während er den Durchgang von Elektronen verhindert (wie es bei leitfähigen Materialien der Fall ist).Der Ionenaustausch zwischen positiven und negativen Elektroden ist die Grundlage für die Funktion elektrochemischer Batterien. Die Forschung zu Lithiumbatterien lässt sich bis in die 1970er Jahre zurückverfolgen, und die Technologie reifte etwa in den 1990er Jahren und begann mit der kommerziellen Nutzung. Lithium-Polymer-Batterien (mit Polymerelektrolyten) werden heute in batteriebetriebenen Telefonen, Computern und verschiedenen Mobilgeräten verwendet und ersetzen ältere Nickel-Cadmium-Batterien, deren Hauptproblem der „Memory-Effekt“ ist, der die Speicherkapazität allmählich verringert.Wenn der Akku geladen wird, bevor er vollständig entladen ist. Im Vergleich zu älteren Nickel-Cadmium-Batterien, insbesondere Blei-Säure-Batterien, haben Lithium-Ionen-Batterien eine höhere Energiedichte (speichern mehr Energie pro Volumen), einen geringeren Selbstentladungskoeffizienten und können mehr Lade- und Entladezyklen aushalten , was eine lange Lebensdauer bedeutet. Etwa Anfang der 2000er Jahre begann der Einsatz von Lithiumbatterien in der Automobilindustrie.Um das Jahr 2010 herum gewannen Lithium-Ionen-Batterien an Bedeutung für die Speicherung elektrischer Energie in Wohnanwendungen undgroße ESS-Systeme (Energiespeichersysteme)., hauptsächlich aufgrund der zunehmenden Nutzung von Energiequellen weltweit.Intermittierende erneuerbare Energie (Sonne und Wind). Lithium-Ionen-Batterien können je nach Herstellung unterschiedliche Leistungen, Lebensdauern und Kosten haben.Es wurden mehrere Materialien vorgeschlagen, hauptsächlich für Elektroden. Normalerweise besteht eine Lithiumbatterie aus einer metallischen Elektrode auf Lithiumbasis, die den Pluspol der Batterie bildet, und einer Kohlenstoffelektrode (Graphit), die den Minuspol bildet. Abhängig von der verwendeten Technologie können Lithium-basierte Elektroden unterschiedliche Strukturen aufweisen.Die am häufigsten verwendeten Materialien für die Herstellung von Lithiumbatterien und die Haupteigenschaften dieser Batterien sind wie folgt: Lithium- und Kobaltoxide (LCO):Hohe spezifische Energie (Wh/kg), gute Speicherkapazität und zufriedenstellende Lebensdauer (Zyklenzahl), geeignet für elektronische Geräte, Nachteil ist spezifische Leistung (W/kg) Klein, reduziert die Lade- und Entladegeschwindigkeit; Lithium- und Manganoxide (LMO):ermöglichen hohe Lade- und Entladeströme bei geringer spezifischer Energie (Wh/kg), was die Speicherkapazität verringert; Lithium, Nickel, Mangan und Kobalt (NMC):Kombiniert die Eigenschaften von LCO- und LMO-Batterien. Darüber hinaus trägt das Vorhandensein von Nickel in der Zusammensetzung dazu bei, die spezifische Energie zu erhöhen und so eine größere Speicherkapazität bereitzustellen.Je nach Art der Anwendung können Nickel, Mangan und Kobalt in unterschiedlichen Anteilen (zur Unterstützung des einen oder anderen) verwendet werden.Insgesamt ergibt sich aus dieser Kombination eine Batterie mit guter Leistung, guter Speicherkapazität, langer Lebensdauer und geringen Kosten. Lithium, Nickel, Mangan und Kobalt (NMC):Kombiniert Funktionen von LCO- und LMO-Batterien.Darüber hinaus trägt das Vorhandensein von Nickel in der Zusammensetzung dazu bei, die spezifische Energie zu erhöhen und so eine größere Speicherkapazität bereitzustellen.Nickel, Mangan und Kobalt können je nach Art der Anwendung in unterschiedlichen Anteilen verwendet werden (um die eine oder andere Eigenschaft zu begünstigen).Im Allgemeinen ist das Ergebnis dieser Kombination eine Batterie mit guter Leistung, guter Speicherkapazität, guter Lebensdauer und moderaten Kosten.Dieser Batterietyp ist in Elektrofahrzeugen weit verbreitet und eignet sich auch für stationäre Energiespeichersysteme; Lithiumeisenphosphat (LFP):Die LFP-Kombination bietet Batterien eine gute dynamische Leistung (Lade- und Entladegeschwindigkeit), eine längere Lebensdauer und erhöhte Sicherheit aufgrund ihrer guten thermischen Stabilität.Das Fehlen von Nickel und Kobalt in ihrer Zusammensetzung senkt die Kosten und erhöht die Verfügbarkeit dieser Batterien für die Massenfertigung.Obwohl seine Speicherkapazität nicht die höchste ist, wurde es aufgrund seiner vielen vorteilhaften Eigenschaften, insbesondere seiner geringen Kosten und guten Robustheit, von Herstellern von Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen übernommen; Lithium und Titan (LTO):Der Name bezieht sich auf Batterien, bei denen Titan und Lithium in einer der Elektroden den Kohlenstoff ersetzen, während die zweite Elektrode die gleiche ist, die auch in einem der anderen Typen (z. B. NMC – Lithium, Mangan und Kobalt) verwendet wird.Trotz der geringen spezifischen Energie (was sich in einer verringerten Speicherkapazität niederschlägt) weist diese Kombination eine gute dynamische Leistung, gute Sicherheit und eine deutlich erhöhte Lebensdauer auf.Batterien dieses Typs können mehr als 10.000 Betriebszyklen bei 100 % Entladungstiefe aushalten, während andere Arten von Lithiumbatterien etwa 2.000 Zyklen bewältigen. LiFePO4-Batterien übertreffen Blei-Säure-Batterien durch extrem hohe Zyklenfestigkeit, maximale Energiedichte und minimales Gewicht.Wird der Akku regelmäßig ab 50 % DOD entladen und anschließend vollständig aufgeladen, kann der LiFePO4-Akku bis zu 6.500 Ladezyklen durchführen.So rechnet sich die Mehrinvestition auf lange Sicht und das Preis-/Leistungsverhältnis bleibt unschlagbar.Sie sind die bevorzugte Wahl für den Dauereinsatz als Solarbatterien. Leistung:Das Laden und Entladen des Akkus hat eine Gesamtzykluseffektivität von 98 %, während er in Zeiträumen von weniger als 2 Stunden schnell aufgeladen und entladen wird – und sogar noch schneller, was die Lebensdauer verkürzt. Speicherkapazität: Ein Lithium-Eisenphosphat-Akku kann über 18 kWh groß sein, was weniger Platz beansprucht und weniger wiegt als ein Blei-Säure-Akku mit gleicher Kapazität. Batteriekosten: Lithiumeisenphosphat ist tendenziell teurer als Blei-Säure-Batterien, hat aufgrund der längeren Lebensdauer jedoch in der Regel geringere Zykluskosten