Batteriestromspeicher 18kWh C5 (21kWh C10)

Im Zuge der Reformierung des Erneuerbaren-Energie-Gesetzes und der weiteren Absenkung der Einspeisevergütung, ist es sinnvoll, den eigenerzeugten Strom selbst zu verrauchen. PV Strom kann heute (Stand 04/2015) für ca. 7 Cent/kWh erzeugt werden und müsste für rund 28 Cent/kWh beim EVU eingekauft werden. Es ergibt sich also ein Hub von 21 Cent/kWh.

Um den Eigenverbrauch weiter zu steigern, kann man seine Geräte/Verbraucher im Haus intelligent steuern (siehe SmartChargingController) oder auch den am Tage erzeugten Strom in einer Batterie speichern. So kommt man über die gesamte Nacht und ggf. einen weiteren Tag ohne Sonne.

Bei meinen ersten Tests (08/2013) mit dem sehr gut funktionierendem Nachbau des DIY Lithium Speichers von Christophe Hubert (DIY Speicher) stellte sich heraus, dass dies die falsche Leistungsklasse für mich ist. Für bis max. 2kW Systemleistung und einem Lithium basiertem Speicher passt das sehr gut zusammen, aber soll die Systemleistung (laden bzw. einspeisen) höher sein, wird das System bald unwirtschaftlich und nimmt zu viel Platz und Zeit in Anspruch.

Ein Plug & Play Speicher kam nicht in Frage, da sich der Speicher in jedem Fall in mein bestehendes System integrieren musste und die Preise zu den Kapazitäten der Batterien nicht so ganz in meine Vorstellung passte.

Meine Anforderungen waren:

– passt zu meinem smart charging des eAutos (KEBA KeContact Wallbox)
– verhält sich transparent zur Energie-Zuteilung steuerbar Geräte im Haus (KNX)
– teil-/vollautomatisierte Ladung des Elektroautos aus der gespeicherten Energie
– hohe Leistung >4kW und das mit >90% Wirkungsgrad
– einphasiger Betrieb oder mehrphasiger Betrieb möglich
– spätere Umstellung von Pb auf Li möglich
– >=4,6kW Ausgangsleitung, solange am Netzübergabepunkt keine Schieflast >4,6kVA entsteht
– 48V DC System

Mit den Anforderungen und dem Tipp von molab aus dem goingelectic Forum habe ich mich für das System von SMA entschieden. So sieht das Gesamtsystem inkl. gesteuerter Fahrzeugladung aus:

Schaltbild
(© SMA Solar Technology AG – Original Schaltbild aus dem Handbuch des SI, angepasst auf meine Situation)

Warum das SMA Energy Meter, wenn doch auch D0 am Stromzähler möglich wäre?

Der SmartChargingController auf dem Raspberry PI wertete in der frühen Entwicklungsphase die Daten per D0 Lesekopf des Zweirichtungszählers aus. Mit diesen Daten steuerte die Software die Wallbox von KEBA und gab diese Informationen auch ins KNX Netz weiter. Ergänzt man nun die bisherige Anlage um den Batteriewechselrichter von SMA, so braucht auch Dieser die Infos vom Zähler. Zwei D0 Leseköpfe kann man am Zähler nicht montieren. Natürlich ich bin durch einen D0 Kopf auch abhängig vom Wohlwillen meines EVU, dass er den Zähler nicht gegen einen völlig Anderen austauscht, ohne die nötigen Livedaten. Weiterhin unterstützt SMA nicht meinen Elster AS1440 Zähler und auch nicht den schon in EDL implementierten iskra MT175 Zähler.

Daher hatte ich mich schnell entschlossen auf den SMA Energy Meter zu wechseln. Dieser wurde nach dem Hauptschalter in der Hauptverteilung montiert. Dort misst er die Daten des Verbrauchs oder der Lieferung und gibt sie sehr genau und nahezu live über LAN (SMA nennt es Speedwire) weiter.

SMA

Die Leistungsdaten des SMA Energy Meter werden einerseits vom SmartChargingController als auch vom SMA Sunny Island empfangen. Um sicher zu stellen, dass das Auto auch weiterhin zuerst direkt von der Überschussleistung der PV Anlage geladen wird, benötigt der SmartChargingController zusätzlich noch die aktuellen Lade-& Entladedaten des Sunny Island. Die Kommunikation erfolgt direkt via LAN (Speedwire). Ist dann immer noch ein Überschuss vorhanden, gelangt dieser in den Stromspeicher. (Mein Dank geht an Luc von SBFsport für die Unterstützung beim „SI-Auslesen“.)

Warum einen Bleiakku und nicht Lithium?

Das ist eine gute Frage. Ich wollte in keinem Fall einen Säureakku als Speicher nutzen! Allein schon wegen der 50% DoD. D.h. will man den Akku auf längere Zeit betreiben, so kann man maximal 50% der Bruttokapazität nutzen. Eigentlich nicht so toll. Aber: Kauft man ein günstiges 48V Bleisystem mit z.B. 775 Ah, so sind immer noch gute 18 kWh nutzbar. Dazu kommt, dass jede weitere Blei-kWh wesentlich günstiger wird. Bei Lithium ist es derzeit anders herum.
Der SMA Sunny Island regelt & überwacht bei Bleiakkus die Ladung selbsttätig, stellt man auf Lithium um, muss die Ladelogik im Akku integriert sein. (z.B. BMS von REC) Daher kann man später jederzeit auf Lithium wechseln. Setzt man auf eine gute Pflege der Akkus, so kann man auch mit Blei 2000 Zyklen erreichen.

Gibt es keinen Selbstbau Lithiumspeicher?

Doch, den gibt es auch (Stand 04/2015). Dazu wird ein „Second Life“ Nissan LEAF Akku und das BMS System von REC benötigt. Wir genau dies funktioniert, wird hier sehr gut erklärt.

Was bedeutet EUM in der Grafik?

EMU heißt „ElektrolytUmwälzungsManagement“
Lädt man einen Bleiakku mit flüssigem Elektrolyt, so kommt es zum Ende hin zur sogenannten Gasungsphase (bei ca. >2,4V Ladespannung). Diese ist einerseits wichtig, andererseits etwas zu „spät“, kostet Energie und produziert Knallgas. Letzteres ist vor allem im Keller „ungünstig“. Um diese Problematik zu lösen, gibt es zwei Ansätze.

Rekombinationsstopfen:
Diese speziellen Stopfen werden anstelle des normalen Stopfens eingesteckt und wandeln mit Hilfe eines Katalysators den entstehenden Wasserstoff + Sauerstoff zurück in Wasser, der wieder in die Batterie tropft.

Vorteile:
– kein signifikanter Wasserverbrauch mehr
– Vermeidung von 99% Wasserstoff-/Sauerstoffgemisch (Knallgas)

Nachteile:
– eine Säureschichtung in der Batterie wird nicht verhindert.
– hoher Energiebedarf während der Gasungsladung bzw. bei starker Säureschichtung

So sieht ein solcher Rekombinationsstopfen aus:

$_57

Elektrolytumwälzung
Hier wird während des Ladevorgangs, gesteuert vom Ladegerät, Luft in jede Zelle geblasen. Damit wird die Säure gut durchmischt und beugt der Säureschichtung vor. Eine Gasungsphase ist so nicht mehr notwendig. Der sehr dünne, leicht starre Schlauch reicht bis nahe zu der Schlammgrenze in die Zelle.

Vorteile:
– Verhinderung der Säureschichtung
– Verkürzung der Ladezeit sogar um 30%
– Erhöhung der Ladungseffektivität
– Verlängerung der Batterielebensdauer
– Verminderung des Wasserverbrauchs
– Verkleinerung des Ladefaktors
– bis zu 15% Ladeenergieeinsparung
– Verringerung der Ladungstemperatur und der Absonderung von Gasen

Nachteile:
– es wird etwas Knallgas produziert, wenn auch nicht so viel, wie bei Gasungsladung
– „Energieaufwand“ für die Umwälzpumpe

Jetzt muss man sich entscheiden, was man kombiniert.

a.) Rekombinationsstopfen + Montageadapter + Elektrolytumwälzung
b.) Elektrolytumwälzung + Aquamatic (Wassernachfüllsystem)

In jedem Fall sind die Parameter im Sunny Island an die Rekombinationsstopfen und an eine Elektrolytumwälzung anzupassen.

Was wird alles an Teilen benötigt?

– SMA Sunny Island 6.0h inkl. Remote Control RC20 und Speedwire Interface für SI SWDMSI-NR10
– SMA Energy Meter
– 1x NH00 Sicherungslasttrennschalter f. Montageplatte, z.B. von Wöhner LTS-00
– 2x 160A NH00 Sicherungen
– 1x 32A Sicherung Charakteristik C, z.B. Hager MCN132
– 1x 1 poliger FI 30mA 40A. z.B. Hager CDA240D
– 2x 3m 50qmm Kabel zum Anschluss der Batterie an den BWR über die Batteriesicherung
– 6x 50qmm M8 Rohrkabelschuhe
– xm 3x10qmm NYM-J Kabel
– 2x Netzwerkkabel
– 48V Akkusystem, bestehend aus z.B. 24x 2V/775Ah (C5) Zellen
– Schwarzer Precision SP203-SA EUM Pumpe
– optional: Megapulse 48V zur Verhinderung von Sulfatablagerungen

Für die Elektrolytumwälzung (Nachrüstung):
– 24x T-Stücke mit Schlauch und 1x Rückschlagventil für EUM, z.B. von hier
– 2m Kunststoffschlauch 6mm Innendurchmesser

Das Lastprofil

So ungefähr kann ein Tag mit Hilfe eines Solarspeichers aussehen.

Lastprofil
(© SMA Solar Technology AG – Smart Home PDF)

Diese Grafik bezieht sich auf ein 5kWp Anlage mit einem nutzbaren Batteriespeicher von 5kWh. Ich setze aufgrund meines eAutos auf 18kWh netto. Eine Eigenverbauchsquote von 85-90% wird angestrebt.

Oder so:

Diagram
(© SMA Solar Technology AG – Planungsleitfaden PDF)

Arbeitsweise des Systems

In dem kleinen Video kann man gut die Arbeitsweise des Speichersystems erkennen. Durch die Eigenschaft des Zweirichtungszählers die Leistungen auf den einzelnen Phasen zu saldieren, kann man eben auf Phase L1 4kW ins Netz einspeisen und gleichzeitig 4kW auf L2 beziehen und der Zähler bleibt stehen. Ab dem 30.06.2014 wird es aber auch nötig sein darauf zu achten, dass am Zähler nie eine Schieflast von > 4,6kVA entsteht. Dann wird eine Einzelbetrachung der Phasen wichtig. So ist es auch heute schon sinnvoll, die Erzeugeranlagen auf die gleiche Phase zu legen, wie den Batteriewechselrichter. So vermeidet man schon beim Laden eine mögliche Schieflast. Vgl. PDF Dokument auf Seite 15.

Konfiguration des Sunny Island

Da der Akku bei C5 eine Kapazität von 775Ah hat, der Sunny Island aber den Wert bei C10 zu Eingabe will, muss man dies umrechnen. Die allgemeine Formel dazu ist:

C5/0,88=C10 => 880Ah als C10

Init-Parameter:
– FLA System
– 48V
– 880 Ah

Die Parameter für die Konfiguration des Sunny Island sind ziemlich undurchsichtig. Vor allem die kryptische Darstellung der Parameternamen ist ein Graus! Ich werde die Settings immer wieder updaten, bis ich die ideale Konfig herausbekommen habe. Die Einstellungen müssen im Expertenmodus vorgenommen werden.

– 222.01 BatChrgCurMax -> 105 A (maximaler Batterieladestrom)
– 222.02 AptTmBoost -> 240 min (Absorptionszeit der Schnellladung)
– 222.03 AptTmFull -> 10,0 h (Absorptionszeit der Vollladung)
– 222.04 AptTmEqu -> 10,0 h (Absorptionszeit der Ausgleichsladung)
– 222.05 CycTmFull -> 90 Tage (Zykluszeit der Vollladung)
– 222.06 CycTmEqu -> 180 Tage (Zykluszeit der Ausgleichsladung)
– 222.07 ChrgVtgBoost -> 2,35 V/Zelle (Sollwert der Zellspannung bei Schnellladung)
– 222.08 ChrgVtgFull -> 2,35 V/Zelle (Sollwert der Zellspannung bei Vollladung)
– 222.09 ChrgVtgEqu -> 2,35 V/Zelle (Sollwert der Zellspannung bei Ausgleichsladung)

– 232.60 EZAType -> adjusted (Default: symmetric)

– 261.01 SlfCsmpIncEna -> Enable
– 261.02 SlfCsmpPosSel -> Nord

– 262.01 ProtResSOC -> 10 % (Default: 10)
– 262.02 BatResSOC -> 35 % (Default: 30)
– 262.03 BUResSOC -> 0 % (Default: 0)
– 262.04 PVResSOC -> 5 % (Default: 5)
– 262.05 MinSlfCsmpSOC -> 20 % (Default: 35)

– 241.01 RlyOp1 -> AcdCir (Default: Off)
– 241.02 RlyOp2 -> Off (Default: Off)
– 241.07 ExtPwrDerMinIm -> 10 min (Default: 10)

Hier mal ein Updatebild meines Speichers

IMG_3208

Installation des Staplerakkus am Sunny Island 6.0h

Ich werde immer wieder gefragt, wie man einen solch schweren Bleispeicher in den Keller oder in die Ecke des Raumes bekommt. Ich habe ein paar Bilder ausgekramt: Anlieferung des Staplerakkus auf einer Europalette erste optische Kontrolle des gebrauchten Akkus Entfernen aller Kabel und Schläuche inkl. Beschriftung der Zellen Ziehen der einzelnen 42kg schweren Zellen mit …

Stromspeicher selber bauen – DIY Workshop 25kWh nutzbar

An einem aktuellen Beispiel soll hier die Installation und Inbetriebnahme eines Stromspeichers auf Bleibasis mit 25kWh nutzbarer Kapazität und einem Budget von FLA – 221,02 BatCpyNom -> 1057 (930Ah bei C5 / 0,88 = 1057Ah bei C10) – 221,03 BatVtgNom -> 48 – 222,01 BatChrgCurMax -> 105 Danach beginnt das System zu starten und der …

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