Energiespeicher Solarbatterie

Ladezyklen – was sagt die Zyklenanzahl über einen PV-Stromspeicher aus?

Ladezyklen entscheiden

Was ist ein Ladezyklus?

ladezyklenMit Ladezyklus wird bezeichnet, wenn ein Akku bzw. eine PV-Batterie nach dem Entladen wieder geladen wird. In der Regel wird im Zusammenhang mit den Eigenschaften eines PV-Stromspeichers von Vollladezyklen bzw. Vollzyklen gesprochen. Je höher die Anzahl der möglichen vollen Ladezyklen (Vollzyklen) ist, desto höher die Lebensdauer der Batterie.

Was bedeutet Vollzyklus und was heißt DoD?

Mit DoD (Depth of Discharge) wird die Entladetiefe beschrieben, denn viele Stromspeicher lassen keine komplette Entladung zu, um das System zu schonen. Die Differenz aus maximal und minimal möglicher Entladung ist die Entladetiefe. Lässt sich das System beispielsweise von 100 % bis hinab auf 20 % Ladung entladen, beträgt die Entladetiefe 80 %. Für Blei-Batterien ist eine DoD von 50 % typisch, bei Li-Ionen-Akkus beträgt die DoD in der Regel 80 % bis 95 %.
Mit Vollzyklus wird eine Komplettladung von 0 auf 100 % bezeichnet, die in der Realität in der Regel nicht umgesetzt wird (siehe DoD). Die Angabe der möglichen Vollzyklen gibt dennoch wieder, wie haltbar ein Akku ist, denn zum Beispiel entspricht das zehnmalige Laden um 10 % meist derselben Belastung wie ein Vollladezyklus.
Um Herstellerangaben zu vergleichen, sollte neben der Anzahl der Ladezyklen auch verglichen werden, welche DoD angegeben wird. Speicher, die bei gleicher Anzahl der Ladezyklen eine größere Entladungstiefe zulassen, sind haltbarer bzw. bieten Ihnen einen größeren Nutzen.

Wie viele Vollzyklen muss eine PV-Batterie jährlich leisten?

Bei einer PV-Batterie geht man von etwa 250 Vollzyklen pro Jahr aus. Das bedeutet aber nicht, dass der Speicher tatsächlich 250 Mal exakt bis zur vorgesehenen Untergrenze (DoD) geleert und wieder voll aufgeladen wird. Im Sommer und vor allem während des Urlaubs wird ein PV-Stromspeicher selten seinen niedrigsten Ladezustand erreichen, im Winter wird die Sonnenenergie an einigen Tagen wiederum nicht ausreichen, um den Speicher komplett zu füllen. Die in der Praxis erreichte Anzahl der Ladezyklen hängt von der Auslegung des Speichers, der PV-Anlage sowie vom Nutzungsverhalten ab.

Hält ein Stromspeicher länger, wenn er nur teilweise entladen und geladen wird?

Der Vollzyklus mit maximalem (Ent-)Ladestrom ist die anspruchsvollste Belastung für einen Speicher. Sanftes Laden oder Entladen mit einem geringeren Strom fordert eine Batterie weniger. Die Einflussmöglichkeiten sind jedoch begrenzt, denn um möglichst großen Nutzen aus dem Speicher zu ziehen, werden Sie möglichst viel überschüssigen PV-Strom in der Batterie speichern wollen. Umgekehrt ergeben sich bei Verwendung von Kochfeld, Backofen oder Wasserkocher und anderen Verbrauchern im Haushalt zwangsläufig hohe Entladeströme. Meistens sorgt aber die Ladeelektronik des Stromspeichers dafür, verschleißfördernde Betriebsweisen zu vermeiden, so zum Beispiel auch bei der Caterva-Sonne.

Wie wirken sich häufige, kurze Lade- und Entladevorgänge auf die Haltbarkeit eines PV-Stromspeichers aus?

Sowohl der Einsatz eines PV-Stromspeichers zur Erhöhung des solaren Deckungsgrads als auch ein Be- und Entladen des Speichers zur Stabilisierung des Netzes oder andere Aufgaben in einem Speicherverbund bringen häufige, kurze Be- und Entladevorgänge mit sich. Experten gehen davon aus, dass sogenannte Mikrozyklen deutlich weniger Auswirkungen auf die Haltbarkeit des Lithium-Ionen-Energiespeichers haben. Ein Entlade- und Ladezyklus von zum Beispiel 100 % auf 20 % und wieder auf 100 % bedeutet daher ein Vielfaches mehr an „Stress“ für die Batterie als sie 80 Mal um 1 % zu entladen und zu laden. (Wissenswertes hierzu finden Sie hier )

Lassen sich ungünstige Ladezustände systembedingt vermeiden?

Nutzung von EnergiespeichernEine sehr tiefe Entladung des Stromspeichers – insbesondere die schädigende Tiefentladung eines Lithium-Ionen-Akkus – sollte von der Elektronik des Speichers ebenso wie ein „Überladen“ ausgeschlossen werden, um einer zu schnellen Alterung vorzubeugen.
Bei der Caterva-Sonne werden extreme (Ent-)Ladezustände vom integrierten Batteriemanagement sowie von einem übergeordneten Energiemanagement vermieden: Das übergeordnete Energiemanagement dient dazu, viele Caterva-Sonnen zu einem virtuellen Großspeicher („Caterva-Sonnensystem“) zu vernetzen und mit ihm durch Laden oder Entladen zur Stabilisierung des Stromnetzes beizutragen (siehe „Netzstabilität durch Regelleistung sicherstellen“). Dabei strebt das Energiemanagement des Speicherverbunds einen Ladezustand um ca. 50 % an, denn so kann der virtuelle Großspeicher optimal auf Netzschwankungen reagieren.
Das Energiemanagement überwacht außerdem die Lade- und Entladevorgänge (Ladezyklen) sowie die Temperatur der einzelnen Caterva-Sonnen. Sowohl von der Elektronik der Caterva-Sonne selbst als auch vom Energiemanagement des virtuellen Großspeichers wird somit ein schonender Einsatz des PV-Speichers angestrebt, was sich positiv auf die Lebensdauer auswirkt.

Bietet die Caterva-Sonne mir denselben Nutzen wie andere Stromspeicher, auch wenn sie meistens nur zum Teil geladen ist?

Die Caterva-Sonne in Kombination mit dem Caterva-Energiemanagement bietet den maximalen Nutzen eines Eigenstromsystems: zeitunabhängiger Verbrauch der Erzeugung bis zur vereinbarten Menge. Möglich wird dies durch das Zusammenwirken eines großzügig dimensionierten Speichers mit 20 kWh Kapazität und 20 kW Leistung mit einem leistungsfähigen Steuerungsrechner im Speicher und zentraler, vernetzter Intelligenz im Caterva-Rechenzentrum.

Für wie viele (Voll-)Ladezyklen ist ein PV-Stromspeicher wie die Caterva-Sonne ausgelegt?

Die Zahl der möglichen Vollzyklen hängt vom verwendeten Batterietyp ab. Die Angabe der möglichen Zyklenzahl bezieht sich darauf, wie viele Vollzyklen das System absolvieren kann, bis die tatsächlich nutzbare Speicherkapazität auf 80 % der Nennkapazität abgesunken ist. (Die 80 % haben sich als „Alterungsgrenze“ etabliert, es können aber theoretisch auch Angaben gemacht werden, die sich auf eine andere nutzbare Restkapazität beziehen.)
Bei Blei-Säure & Blei-Gel-Akkus sind beispielsweise Angaben von etwa 2000 Vollzyklen typisch, woraus sich bei ca. 250 Vollzyklen pro Jahr etwa acht Jahre Nutzung ergäben; Lithium-Ionen-Akkus, wie sie auch in der Caterva-Sonne verwendet werden, halten ca. 4000 bis 7000 Vollzyklen lang, was ca. 16 bis 28 Jahren Nutzungsdauer entspräche. Da die Batterien bei Erreichen dieser Alterungsgrenze aber nicht aufgebraucht oder defekt sind, lassen sie sich auch nach Erreichen der angegebenen Anzahl der Ladezyklen weiterverwenden.

Bedeuten identische Zyklenzahlen verschiedener PV-Stromspeicher auch immer, dass der Nutzen identisch ist?

Der Vergleich der Zyklenzahl alleine ist nur bedingt aussagekräftig – die Zyklenzahl gibt an, nach wie vielen Vollzyklen die Speicherkapazität des Systems auf eine bestimmten Restwert (in der Regel 80 % der Nennkapazität) abgesunken ist. Wichtig sind auch die absolute Speicherkapazität (gemessen in kWh) und die mögliche Entladetiefe.

größere Speicher mit mehr LadezyklenEin vereinfachtes Rechenbeispiel soll dies verdeutlichen:

Nehmen wir an, Ihre Solaranlage produziert genügend Energie, um Ihren Energiespeicher regelmäßig voll zu laden und den Strom zeitversetzt zu nutzen. Sie wählen ein Modell mit einer Bruttokapazität von 10 kWh und möchten es 250 Mal pro Jahr bis zur Entladetiefe (DoD) entladen und wieder aufladen (Vollzyklen). Die Zyklenzahl ist mit 5000 angegeben (das entspräche dann 20 Jahren Nutzungsdauer). Speicher A habe eine Entladetiefe (DoD) von 75 %, Speicher B eine Entladetiefe von 90 %.
Bei Speicher A ließe sich also von der Nennkapazität von 10 kWh nur 7,5 kWh nutzen. Bei 5000 Zyklen könnten Sie in 20 Jahren also insgesamt 37500 kWh elektrische Energie ein- und auslagern. Bei Speicher B ließen sich in 20 Jahren stattdessen 45000 kWh speichern und wieder entnehmen. Sie könnten also im Laufe der 20 Jahre Nutzung 7500 kWh Strom mehr aus eigener PV-Erzeugung nutzen. Bei Anlage A müssten Sie diese 7500 kWh ins Netz einspeisen und zeitversetzt wieder zurückkaufen. Bei einer Differenz zwischen Vergütung und Strompreis von 0,15 Euro/kWh würden Sie bei Speicher A also für 1125 Euro mehr Strom von Ihrem Versorger kaufen müssen.

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2 Comments

  • Klaus Traunspurger

    Inwiefern nimmt Caterva – bei der optimalen Ausnutzung untertäglicher Strompreisschwankungen – Rücksicht auf eine möglichst speicherverträgliche Be- & Entladung?
    Oder andersrum: Nimmt Caterva in Kauf, untertägliche Strompreisschwankungen Netz-Überkapazitäten (zu) schnell auf die Schwarmspeicher (die ja Eigentum der einzelnen Mitglieder sind) einzuspeisen bzw. Netz-Unterkapazitäten von diesen (zu) rasch zu ‚entnehmen‘?
    Meines Wissens wäre beides der Lebensdauer vorhandener Lithium-Ionen-Speicher nicht zuträglich.

    • Joachim

      Sehr geehrter Herr Traunspurger,

      vielen Dank für Ihre Anfrage.

      Wir optimieren den Betrieb unserer Speicher auf Lithium-Ion-Basis auf einen Zeitraum von 20 Jahren. Die Auswirkungen auf die Lebensdauer Batteriespeicher sind vielfältig. Lithium-Ion Speicher haben die höchste Lebensdauererwartung bei kleinen Lade- und Entladezyklen und Raumtemperatur. Weitere Informationen können Sie der Seite https://energie-wissen.de/ladezyklen/ entnehmen.
      Caterva nutzt untertägliche Strompreisschwankungen um sich wirtschaftlich zu optimieren. Die Optimierung beinhaltet neben den Strompreisen auch die Kosten für die Nutzung der Batteriespeicher. Zudem führen wir Wartungen durch, falls Probleme mit dem Speicher auftreten sollten.

      Gerne stehe ich Ihnen für weitere Fragen zur Verfügung.

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