Der Batteriespeicher
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Wer A(utarkie) sagt, muss auch B(atterie) sagen. Oder anders gesagt, wer die Unabhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz anstrebt, kommt um einen Batteriespeicher kaum drum herum. Immerhin benötigt man auch dann Strom wenn keine Sonne scheint.
Bei der Frage nach der Anschaffung eines Batteriespeichers geht es weniger darum finanziell den eigenen Energiebedarf zum Nulltarif zu bekommen. Vielmehr ist es eine Frage danach ob man sich unabhängig vom Stromnetz und der damit gekoppelten Netzstabilität machen will. Wer einfach nur seine Energiekosten senken möchte, der kann sich besser das ganze Dach mit Photovoltaik voll pflastern und den Strom an die Netzbetreiber verkaufen, zumal die Modulpreise derzeit auf einem absoluten Tiefstwert sind. Zwar bekommt man dann nur paar wenige Cent pro Kilowattstunde, aber dadurch dass man wesentlich mehr einspeist als verbraucht, und zudem noch einen Teil des selbst erzeugten Stroms selbst nutzt, schafft man durchaus noch Geld raus zu bekommen, insofern man genug Dachfläche zur Verfügung hat. Jedoch hat man dann den Nachteil das man trotz eigener PV-Anlage weiterhin voll abhängig vom Stromnetz ist, da die Wechselrichter synchron dazu arbeiten. Fällt das Netz aus, gehen auch die Wechselrichter aus.
Die Eigenverbrauchsquote
Wer eine Photovoltaikanlage betreibt, strebt eine möglichst hohe Eigenverbrauchsquote an. Man möchte also möglichst viel von dem selbst produzierten Strom selbst verbrauchen. Der Preis für eine Kilowattstunde Strom aus dem öffentlichen Netz liegt derzeit bei rund 40 bis 50 Eurocent. Dem gegenüber stehen 8 Cent, welche man für eine verkaufte Kilowattstunde erhält. Man muss schon massiv mehr Strom verkaufen um die Kosten für den eigenen Bedarf zu decken. Da liegt die Überlegung nahe den Strom, statt ihn zu verkaufen, in Batterien zu speichern und selbst zu nutzen.
Allerdings kommen auch hier nicht 100% des erzeugten und gespeicherten Stroms an der Steckdose an. Der Wirkungsgrad von Batteriespeichern liegt, je nach Hersteller, Bauart, Batterietyp und Temperatur zwischen gerade mal 60 bis 80%. Der Rest wird an Ladereglern, Wechselrichtern und Batteriezellen in Wärme umgewandelt und an die Raumluft abgegeben.
Zur einfachen Erhöhung der Eigenverbrauchsquote gibt es quasi "steckerfertige" Batteriespeicher, welche ebenso wie die Wechselrichter parallel zum öffentlichen Stromnetz betrieben werden. Vereinfacht gesagt sind das lediglich große Batterien, dessen Ladegeräte dann einschalten wenn man Strom im Überfluss hat und nachts per Batteriewechselrichter die Ladung wieder ins Hausnetz abgeben um damit dann den Strombezug aus dem öffentlichen Leitungsnetz zu verringern. Diese Speicher lassen sich auch sehr einfach, zur bereits vorhandenen PV-Anlage, nachrüsten. Doch auch hier ist man noch lange nicht unabhängig vom Netz. Ebenso wie die Wechselrichter großer Einspeise-PV-Anlagen, laufen diese Batteriespeicher synchrom zum Netz und schalten ab, wenn eben dieses wegfällt.
Der Weg zur Autarkie
Möchte man auch bei Stromausfällen weiterhin seinen Strom nutzen können, muss man einen Netzbereich schaffen, welcher unabhängig vom öffentlichen Stromnetz, nur von den Wechselrichtern, versorgt wird. Hierzu gibt es diverse Kombi-Wechselrichter für Photovoltaik mit Batteriespeicher, beispielsweise von Growatt. Aber auch die Batteriewechselrichter von Victron Energy verfügen über eben diese Insel-Funktionalität. Ich selber arbeite mit letzteren und werde daher auch eher auf diese eingehen. Das soll nicht heißen das andere Lösungen schlechter sind, ich habe da einfach nur weniger Erfahrungswerte zu.
Es empfiehlt sich, bei der Zusammenstellung seiner Anlage, sich auf das Ökosystem eines Herstellers festzulegen. Die Geräte kommunizieren alle via CAN-Bus miteinander und auch wenn der CAN-Datenbus ein genormter Standard ist, ist die Interpretation der Datenpakete auf dem Datenbus herstellerabhängig und längst nicht jedes Geräte arbeitet auch reibungslos mit jedem anderen Gerät zusammen. Ich habe mich für die Geräte von Victron Energy entschieden, da ich den Hersteller bereits vom Camping her kannte und weiß wie reibungslos die Geräte zusammen arbeiten. Auch ist es mit den Multiplus 2 Wechelrichtern möglich eine komplette 3-phasige Inselanlage aufzubauen, welche dazu in der Lage ist das gesamte Haus autark zu versorgen. Lediglich die Batterien arbeiten mit einem China-BMS von Daly. Die fehlende Kommunikation löse ich hier mit einem Victron Messshunt, welcher mir den Ladezustand der Batterien an den Rest der Anlage übermittelt. Messdifferenzen gleiche ich zum einen damit aus das ich nur maximal 95% der Batteriekapazität nutze, zum anderen überwache ich über selbst erstellte Skripte auf der Smarthome-Zentrale die Batteriespannung und bei starken Ausbrüchen der Spannung greife ich regulierend in die Steuerung ein. Victron-Systeme lassen sich im übrigen nahtlos über den Modbus-Adapter in ioBroker integrieren. (kleiner Expert-Tip am Rande) An dieser Stelle befinden wir uns fast schon mitten in unserem nächsten Thema:
Die Technik
Das Herzstück eines Batteriespeiches sind die Akkuzellen. Und wie auch in vielen anderen Bereichen, hat sich hier in den letzten Jahren sehr viel getan. Der Umstand das heute in mobilen Geräten oder E-Autos sehr viel Energie benötigt wird, die auf möglichst kleinen Raum und wenig Gewicht gespeichert werden muss, (Stichpunkt Energiedichte) hat dazu geführt das die Entwicklung neuer Akkutechnologien massiv voran getrieben wurde. Diese Technologien kommen nun auch der Photovoltaik zu Nutze.
Bei kleinen Inselanlagen, beispielsweise im Campingbereich, kommen auch heute oft noch Blei-Säure oder Blei-Gel Batterien zum Einsatz. Diese Akkutypen haben jedoch ganz entscheidende Nachteile. Zum einen ist deren Lebensdauer sehr gering, andererseits spricht gerade im mobilen Bereich das hohe Gewicht und die geringe Belastbarkeit gegen diese Technologie.
Herkömmliche Blei-Säure Batterien, wie sie auch als Starterbatterien bei älteren Autos zum Einsatz kommen, haben eine Lebensdauer von ca. 65 vollen Ladezyklen. Vom einem Ladezyklus spricht man wenn man einem Akku die angegebene Kapazität einmal entnommen und wieder aufgeladen hat. Beispielsweise einen 100Ah Stunden Akku 10 Stunden lang mit 10 Ampere entladen und anschließend wieder 10 Stunden lang mit 10 Ampere aufgeladen hat. Natürlich rein Theoretisch, da hier Verluste auftreten und zumindest bei Blei-Säure Batterien nicht die volle Kapazität nutzbar ist. Bereits bei 50% Ladezustand bricht die Spannung so sehr ein das die verbleibenden 50% praktisch nicht mehr nutzbar sind und ich muss wieder aufladen. Kann ich nicht laden, weil gerade mehrere Tage am Stück keine Sonne scheint, nehmen die Batterien Schaden.
Weiter entwickelte AGM, oder auch Gelbatterien kommen immerhin auf eine Lebendauer von ca. 300 Zyklen. Wenn ich jetzt davon ausgehe das ich meine Batterien jede Nacht zu 50% entlade, und am drauffolgenden Tag wieder auflade, und das ist im Falle einer Stationären Batterie zur Hausversorgung der Fall, sind diese spätestens nach 2 Jahren so sehr gealtert, das ich sie wegwerfen kann. Im Wohnmobilbereich schwören heute noch viele auf Gel oder AGM Batterien. Das häufig aus Kostengründen, oder auch aus Gründen des Brandschutzes. Die Anschaffungskosten sind zumindest erstmal wesentlich geringer. Teilt man diese jedoch auf die Lebensdauer, also die Zyklen auf, merkt man schnell das man hier einem Trugschluss aufsitzt. Auch gibt es zumindest heute noch ein paar Fährverbindungen wo Lithiumbatterien in Wohnmobilen nicht gerne gesehen werden, weil man Angst hat diese könnten explodieren. Wenn ich mit meinem Wohnmobil 2 Wochen Urlaub im Jahr mache und die restliche Zeit die Anlage abschalte, mag mir das ja vielleicht noch egal sein ob die Batterien nur 300 Zyklen halten, im Heimbereich, wo ich täglich nahezu volle Zyklen fahre, komme ich um Lithium-Akkus jedodch nicht drum herum.
Die LFP-Technologie
Bei Lithium Akkus denken die meisten in erster Linie vielleicht an Tesla-Akkus. Vielleicht haben einige auch Horror-Bilder von abbrennenden E-Autos im Kopf. Aber man sollte sich klar machen das wahrscheinlich jeder, der gerade diesen Artikel liest, mindestens einen Lithium-Akku ganz nahe am Körper trägt. Im Handy steckt einer, der Laptop bezieht seine Energie aus einen, Smartwatch, Kopfhörer, Tablet, E-Book Reader... ja nahezu jedes elektrische Gerät, welches ohne Stecker auskommt, besitzt einen Lithium-Ion Akku. Hier verschwendet man auch keinen Gedanken daran, dass das Handy in der Hosentasche plötzlich explodieren könnte.
Eine Weiterentwicklung der Lithium-Polymer Akkus, welche vorrangig in elektronischen Haushaltsgeräten zum Einsatz kommen, ist der Lithium-Eisenphosphat Akku, auch LiFePo4 oder kurz LFP Akku genannt. Diese Zellen haben zwar eine geringere Energiedichte, weswegen sie sich für den Einsatz in Mobiltelefonen disqualifizieren, sind aber auch wesentlich robuster und haben vor allem eine wesentlich geringere Brandgefahr.
Kommt es in Lithium-Akkus zu einem Fehler und einer thermischen Reaktion, so kann eine Kettenreaktion entstehen. Die Reaktion löst weitere Reaktionen aus und es knallt gewaltig. Es sind enorme Energiemengen, die sich dann in einem Schlag entladen. Die Bilder von hoch gehenden Lithium Akkus hat sicher jeder schon einmal gesehen. Bei LFP-Zellen fällt diese Reaktion wesentlich harmloser aus. Zwar können auch diese noch versagen und ausbrennen, aber die Reaktion fällt nicht mehr so heftig aus das eine Kettenreaktion entsteht. Tatsächlich kann man sogar mit einem Bohrer durch LFP-Akkus bohren. Die Zelle ist dann zwar defekt und aus dem Bohrloch qualmt es heftig und mit einer Temperatur von über 300°C, was weiterhin Brandschutzmaßnahmen an naheliegenden Bauteilen nötig macht, aber hier explodiert nichts mehr.
LiFePo4 Akkus sind außerdem extrem belastbar. Die angegebene Amperestundenzahl kann komplett entnommen werden, ohne das die Spannung signifikant einbricht. Auch ist es vollkommen egal in welchem Ladezustand die Zellen über lange Zeiträume verweilen. Solange eine untere Spannungsgrenze nicht durch Selbstentladung unterschritten wird, passiert mit den Zellen nichts. Ebenso sind die Zellen absolut zyklenfest. Angegeben sind Diese mit einer Lebenserwartung von 4000 bis 6000 Vollzyklen. Nutzt man die Kapazität der Zellen nicht ganz, erhöht sich dieser Wert nochmal um ein Vielfaches. Zwar unterliegen die Zellen einen natürlichen Alterungsprozess, welcher dazu führt das die Zellen nach vielen Jahren alterungsbedingt an Kapazität einbüßen, doch die maximale Anzahl der Zyklen ist da oft noch lange nicht erreicht. Und zum Alterungsprozess gibt es derzeit lediglich theoretische Werte, da die Technologie eben noch nicht alt genug ist als das man dazu was aus der Praxis nennen könnte. Genaueres wird erst die Zukunft zeigen. Nichts desto trotz macht sie all das zu einem idealen Energiespeicher fürs Eigenheim.
Der Aufbau
Zwar gibt es LFP-Zellen auch in runder Form, aufgrund der einfacheren Handhabung werden im Heim-Bereich jedoch überwiegend prismatische Zellen, also eben diese typischen "blauen Klötze", verwendet. Diese haben eine Leerlaufspannung von ca. 3,2 Volt und werden zum Erreichen der nötigen Systemspannung in Reihe geschaltet.
Die Leerlaufspannung hält sich über die gesamte Lade-/Entladekurve hinweg recht konstant. Erst zum Ende hin, also wenn der Akku entweder ganz voll, oder ganz leer ist, weicht diese stark ab. Dabei dürfen Spannungen beim Laden von über 3,65 Volt keinesfalls überschritten werden. Auch beim Entladen darf die Spannung niemals unter 2,5 Volt fallen. Andernfalls droht die komplette Zerstörung der Zelle. Daher ist der Einsatz eines geeigneten Batteriemanagement-Systems (kurz BMS) zwingend erforderlich, welche die Einhaltung dieser Grenzwerte überwacht. Und aufgepasst: Je nach Zellenhersteller können diese Grenzwerte leicht variieren. Es ist absolut notwendig die exakten Grenzwerte dem entsprechenden Datenblatt zu entnehmen und sich nicht auf theoretische Werte zu verlassen!
Da die Leerlaufspannung so konstant ist, lässt sich daran auch nicht der Ladezustand der Batterie ableiten. Auch dieses übernimmt das BMS, welches genau überwacht wieviel Strom in welche Richtung geflossen ist, und daran eben weiterrechnet in welchem Ladezustand sich die Batterie gerade befindet. Geringe Abweichungen werden hierbei an den Endpunkten kalibriert. Geht die Spannung beim Laden plötzlich stark nach oben, registriert das BMS das der Akku bei 100% ist, fällt die Spannung beim Entladen stark ab, erkennt es die 0%. Dazwischen wird einfach nur gezählt und weiter gerechnet.
Auch überwacht das BMS nicht nur den kompletten Akku, sondern jede einzelne Zelle. Je nach Auslegung des BMS kann hier auch ein Balancen erfolgen. Also Ladungsunterschiede zwischen den einzelnen Zellen werden ausgeglichen um eine möglichst hohe Gesamtkapazität zu erreichen.
In einer Reihenschaltung muss der Stromfluss immer durch alle Zellen hindurch erfolgen. Das führt dazu das wenn eine Zelle leer ist, auch der Strom aus den restlichen Zellen nicht weiter fließen kann. Durch ein Balancen der Zellen gleicht man dieses aus um alle Zellen mit ihrer kompletten Kapazität nutzen zu können.
BMS gibt es von verschiedensten Herstellern. Auch Victron bietet hier Systeme an. Diese sind jedoch für den Betrieb mit Victron Akkus ausgelegt. Der hohe Preis eben dieser Akkupacks macht deren Einsatz für mich uninteressant. Für DIY-Akkupacks ist häufig vom "Battrium-BMS" die Rede. Hierbei handelt es sich wohl um ein modular aufgebautes, gut skalierbares und Datenbusfähiges BMS, welches sich gut mit anderen Herstellern kombinieren lassen soll. Meinen ersten Akku habe ich jedoch als Bausatz gekauft und da war ein Daly-BMS aus China dabei. Zwar haben diese den Ruf qualitativ nicht besonders hochwertig zu sein, und leider kann ich das auch nur bestätigen, nachdem mir eines bereits nach 6 Monaten Betrieb in Rauch aufgegangen ist, aber sie sind unschlagbar günstig und erfüllen ihren Zweck. Sollten jedoch nicht dauerhaft mit dem angegebenen maximalen Strom belastet werden.
Der Übergabepunkt ins Victron-System ist da bei mir dann der Victron-Shunt, welcher den Ladezustand überwacht. Zwar ist Daly grundsätzlich auch CAN-Bus fähig, und verwendet man ein Raspberry-Pi mit Venus-OS als Victron Zentrale lässt es sich theoretisch auch direkt einbinden, jedoch nutze ich das originale CerboGX, welches diese Möglichkeit nicht besitzt.
Auch ist das Balancing der Daly BMS nicht das Beste. Zwar fließen geringe Ausgleichsströme über die Sensorleitungen und wenn die Zellen sehr identisch sind scheint das auch auszureichen. Immerhin bei meinem ersten Akkupack, wo alle Zellen aus der gleichen Charge von EVE sind, funktioniert das super. Bei meinem zweiten Akku, wo die Zellen jedoch aus verschiedenen Produktionen von CATL stammen, kam das BMS nicht mehr hinterher was dazu führte das eine Zelle schon sehr frühzeitig die Mindestspannung von 2,5 Volt erreicht hatte und das BMS abgeschaltet hat. Hier musste ich einen zusätzlichen Balancer verbauen, um den Ladezustand der einzelnen Zellen langsam wieder auszugleichen.
"Clamping"
...oder wie ich aus den Zellen ein Pack "schnüre".
Beim Thema "Clamping", also dem Verspannen oder Verpressen der Zellen, scheiden sich die Geister. Theoretisch müssen LFP Zellen, für den Betrieb, mit einer im Datenblatt angegebenen Kraft verpresst werden, um das Bilden von Gasblasen in den Zellen zu verhindern. Hierzu werden die Zellen in Gehäusen mit Spanngurten oder Gewindestangen aneinander gepresst. Oft habe ich schon gelesen das dieses überhaupt nicht erforderlich sein soll da das Bilden dieser Gasblasen nur anfangs, bei neuen Zellen, auftritt und die Lebensdauer der Zellen kaum merkbar beeinflusst. Aber Hersteller wie EVE oder CATL geben es nach wie vor im Datenblatt an, und das wohl nicht ganz ohne Grund. Auch ist die mechanische Belastung auf die Batteriepole geringer wenn die Zellen schön an Ort und Stelle bleiben, statt einfach nur lose im Regal zu stehen.
Von dem Verspannen mit Spanngurten kann ich nur dringend abraten! Dann kann man auch genauso gut ganz darauf verzichten. Mein erster Bausatz-Akku kam mit einer solchen Lösung daher. 3D gedruckte Endplatten, welche mit Spanngurten zusammen geschnürt wurden. Zum einen habe ich so festgestellt das es stimmt, LFP-Zellen machen einen Bauch durch Bildung von Gasblasen, und ein ordentliches Verpressen nach Datenblatt ist sicher sinnvoll. Zum anderen musste ich feststellen das die 3D-gedruckten Teile viel zu schwach sind um den Druck aufzunehmen. Die äußerste Zelle hat die Endplatte einfach durchgebrochen und den Spanngurt nach oben gedrückt. Andererseits muss ich aber auch zugeben das die jetzt bauchige Zelle weiterhin gut funktioniert und wirklich nicht merkbar an Kapazität eingebüßt hat.
Ich habe dann ein System aus Sperrholzplatten und Gewindestangen konstruiert, hier lässt sich die nötige Anpresskraft von 300kg durch Drehmoment, beim Festziehen der Gewindestangen, wesentlich besser einstellen. Auch macht das System die Akkupacks "stapelbar", wodurch ich jetzt die beiden Akkupacks einfach aufeinander stellen kann. Wer Interesse hat das Teil nachzubauen, hier sind die Fusion360-Dateien zum Download:
https://www.mykaefer.net/data/uploads/downloads/batteriekasten.zip
Ausgelegt ist der Kasten für prismatische 280Ah Zellen, beispielsweise von CATL oder EVE. Die Gewindestangen sind kreuzweise, nacheinander anzuziehen um einen gleichmäßigen Anpressdruck zu erreichen. Bei einem Drehmoment von 6Nm, auf allen 4 Gewindestangen, ist eine Anpresskraft von ca. 300kg erreicht, welche der empfohlenen Anpresskraft laut Datenblatt entspricht.
Zum aufeinander stellen mehrerer Batteriepacks eignen sich Aluminium H-Profile, welche man beispielsweise von Amazon bestellen kann. Diese werden einfach zwischen die Seitenwangen gelegt und verhindern das die Kästen voneinander abrutschen.
Zusammenbau und erste Inbetriebnahme
Neue LFP-Akkuzellen kommen meist in einen Ladezustand von ca. 60%. Aufgrund der flachen Ladekurve kann man dieses aber nicht messen und kontrollieren, und sollte sich nicht darauf verlassen das die Zellen wirklich gleich voll sind. Ist der Ladezustand zu unterschiedlich, würde hier auch ein Balancer-Modul nicht mehr hinterher kommen. Daher ist es zwingend erforderlich, vor dem ersten Verschalten der Zellen, ein so genanntes Top-Balancing durchzuführen. Hierbei werden zunächst alle Zellen parallel geschaltet. Dann schließt man eine Konstantstromquelle an, welche man auf exakt 3,5 Volt einstellt. Also eine Spannung die über der normalen Ladekurve liegt, jedoch unterhalb der Spannung wo die Zellen Schaden nehmen würden. Hierzu eignen sich schon kleine Labornetzteile, diese benötigen jedoch mehrere Wochen da sie zu wenig Power haben. Für den einmaligen Gebrauch durchaus eine günstige Lösung, für den Professionellen Einsatz gibt es hierzu aber auch spezielle Ladegeräte.
Anschließend können die Zellen verpresst werden. Hierbei dürfen die Zellen sich nicht direkt berühren, da die blaue Folie, in welche die Zellen verpackt sind, nicht als Isolator ausreicht. Kommen die darunter liegenden Metallschichten zweier Zellen miteinander in Kontakt, kommt es zu einem Kurzschluss. Als Isolator gibt es hier spezielle, dünne Acrylglasscheiben, welche man sich für paar wenige Euro in China direkt mitbestellen kann. Von dem Einsatz von Gummi-Zwischenlagen würde ich aus persönlicher Erfahrung eher abraten. Zwar ist die Isolation erstmal auch gegeben, jedoch können Kriechströme im Gummi höher sein als im Acrylglas. Auch ist die Geruchsbildung extrem und in geschlossenen Räumen durchaus störend. Und wenn man dann doch aus Wartunsgründen mal an eine Zelle heran muss, und sie aus dem Akkupack entnehmen will, kleben sie so sehr aneinander, das sie sich kaum beschädigungsfrei voneinander lösen lassen.
Beim Verbinden der Pole muss mit äußerster Vorsicht gearbeitet werden. Die Batteriezellen besitzen keinen Ausschalter und stehen die ganze Zeit unter Spannung. Je nach Anzahl der hintereinander geschalteten Zellen, können hier auch sehr hohe Spannungen auftreten. Bereits bei 8 in Reihe geschalteten Zellen ist die anliegende Spannung durch die Haut deutlich spürbar. Bei 16 Zellen wird es schmerzhaft und darüber hinaus kann es auch tödlich enden, je nachdem durch welche Körperteile der Strom fließt.
Man sollte nur mit isoliertem Werkzeug arbeiten, damit ein versehentlich runterfallender Schraubenschlüssel keinen Kurzschluss erzeugen kann. Dabei sollte man die Schrauben ach exakt mit dem richtigen Drehmoment anziehen, sowie eine Kontaktpaste verwenden um spätere Kontaktprobleme zu vermeiden. Durch die Pole fließen hohe Ströme bei recht geringem Querschnitt. Wurde hier geschlampt und eine Verbindung ist nicht 100%-ig in Ordnung, entsteht an der fehlerhaften Kontaktstelle Hitze, welche den Batteriepol zerstören, sowie im schlimmsten Fall einen Brand auslösen könnte.
Parallelschaltungen
Benötigt man höhere Ströme, oder größere Kapazitäten, möchte aber die Systemspannung nicht erhöhen, kommt die Parallelschaltung ins Spiel. Grundsätzlich ist dieses an 3 Stellen des Speichers möglich. Hier kommt es darauf an was man damit erreichen möchte.
- Zellen parallel schalten
- BMS parallel betreiben
- Akkupack samt BMS parallel betreiben
Zellen parallel schalten
Vor dem BMS lassen sich die Batteriezellen parallel schalten. Hierbei verdoppelt man lediglich die Anzahl der Zellen und schaltet immer je zwei parallel zueinander. Wichtig ist hierbei nur das in der Reihe jedes Zellenpaar die gleiche Gesamtkapazität aufweist, denn was passiert wenn ein Zellenpaar frühzeitig leer ist, haben wir bereits weiter oben erläutert. (Stichwort Balancing)
Schaltet man je zwei Zellen parallel und 16 Paare in Reihe, spricht man beispielsweise von einem 16S2P Akku und erhält eine Batterie mit einer Nennspannung von rund 52 Volt. Im Gegensatz zum 16S1P Akku, hat man jedoch eine größere Kapazität und kann die doppelte Stromstärke fließen lassen. Jedoch beeinflussen sich zwei direkt paralle geschaltete Zellen auch gegenseitig. So ist das Paar immer nur so gut wie seine schlechteste Zelle. Fällt eine aus, reißt sie ihren Nachbarn auch mit "ins Verderben". Daher sollten direkt parallel geschaltete Zellen immer möglichst identisch sein. Auch ist ein limitierender Faktor, bei der Stromentnahme, häufig auch das BMS. Hiergegen hilft die zweite Variante:
BMS Parallel betreiben
Auch einige BMS unterstützen es parallel betrieben zu werden. Für Daly gibt es beispielsweise ein Zusatzmodul, womit das erreicht werden kann. Wichtig ist nur das es unterstützt wird, da sonst die BMS "gegeneinander" arbeiten. Dann versucht eines zwei Zellen zu Balancen und das andere "wundert" sich über die auseinander driftenden Spannungen und steuert gegen. Nur wenn beide BMS das unterstützen, und zusammen arbeiten, funktioniert eine solche Parallelschaltung.
Hierdurch erreicht man eine größere Strombelastbarkeit, sowie eine geringere Wärmeentwicklung, da sich die fließenden Ströme auf beide BMS aufteilen. Benötigt man aber gleichzeitig eine größere Kapazität des Batteriespeichers, empfiehlt sich die dritte Variante:
Akkupack samt BMS parallel betreiben
Hierzu baut man zwei eigenständige Akkupacks samt eigenständiger BMS. Diese BMS werden dann Ausgangsseitig parallel geschaltet. Dieses ist, meiner Einschätzung nach, die idealste Variante, aber auch die teuerste, da man alles doppelt benötigt.
Besondere Anforderungen an die verwendeten BMS gibt es hierbei nicht. Grundsätzlich können alle BMS, auch verschiedenster Hersteller, ausgangsseitig parallel geschaltet werden, insofern die Akkupacks die gleiche Spannung aufweisen. Man erhält eine größere Kapazität und erhöht die Strombelastbarkeit seines Systems. Gleichzeitig beeinflussen sich die Zellen nicht direkt gegenseitig, da sie durch ihr jeweiliges BMS geschützt werden. Nebenbei erhöht man auch die Ausfallsicherheit, da beim Ausfall eines Akkupacks, das Zweite ungehindert weiter arbeitet.
Es ist jedoch darauf zu achten, das die Akkupacks, zum Zeitpunkt des Zusammenschaltens, die gleiche Spannung aufweisen. Es empfiehlt sich die Akkupacks bei einem Ladezustand von um die 50% zusammen zu schalten. Umso größer die Spannungsdifferenz, umso größer ist auch der Strom, welcher zum Ausgleich fließt. Im Idealfall würde dann nur das schwächere beider BMS abschalten, schlimmstenfalls könnten aber auch Kabelbrände entstehen.
Fazit:
Zusammenfassend kann man sagen, ein Batteriespeicher lohnt sich für jeden, der seine Eigenverbrauchsquote erhöhen, oder sich unabhängig vom Stromnetz machen möchte. Ob man sich letztendlich für ein fertiges Produkt, oder eine Eigenbaulösung entscheidet, hängt von verschiedenen Faktoren, wie zum Beispiel dem Preis, der Skalierbarkeit, dem Einsatzzweck und auch den persönlichen Fertigkeiten ab. Ein Batteriespeicher ist sicher weder die wartungsfreieste, noch günstigste Lösung, um seinen Stromverbrauch zu senken. Seine Vorteile liegen eher darin, sich ein Stück weit unabhängig vom öffentlichen Stromnetz zu machen. Und auf Langzeit werden wir als kleine "Kraftwerkbetreiber" nicht drum herum kommen, da das öffentliche Stromnetz die Wechselbelastung bei der immer weiter steigenden Anzahl an Photovoltaikanlagen, nicht mehr kompensieren kann.