Lernfeld 11 · Prüfung Teil 2

Batteriespeicher und Netzanschluss

Batteriespeicher im Wohngebäude: nutzbare Kapazität, Wirkungsgrad, AC- und DC-Kopplung, Eigenverbrauch, Autarkie und NA-Schutz kurz erklärt.

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Darum geht es

Ein Batteriespeicher hebt tagsüber erzeugten Solarstrom für den Abend auf und erhöht so den Eigenverbrauch. Heute sind Lithium-Ionen-Speicher üblich, meist mit Lithium-Eisenphosphat-Zellen. Das Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht jede Zelle auf Spannung, Strom und Temperatur und gleicht die Zellen aus.

Nicht die ganze Bruttokapazität ist nutzbar: Die zulässige Entladetiefe schützt die Zellen. Beim Laden und Entladen entstehen außerdem Verluste, die der Speicherwirkungsgrad erfasst. Der Speicher sollte zur Anlage und zum Verbrauch passen; ist er zu groß, wird er im Winter kaum voll und im Sommer abends nicht leer, die Mehrkosten zahlen sich nicht aus.

Beim DC-gekoppelten Speicher hängt die Batterie mit am PV-Wechselrichter (Hybridwechselrichter), es gibt eine Umwandlung weniger. Ein AC-gekoppelter Speicher hat einen eigenen Batteriewechselrichter und lässt sich gut an bestehenden Anlagen nachrüsten. Speicher und PV-Anlage speisen über einen Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz), der bei unzulässiger Spannung oder Frequenz trennt. Bei Ersatzstrombetrieb muss die Anlage sicher und allpolig vom Netz getrennt sein, bevor sie ein Inselnetz bildet.

Für die Bewertung unterscheidest du die Eigenverbrauchsquote (welcher Anteil des Solarstroms selbst genutzt wird) und den Autarkiegrad (welcher Anteil des Verbrauchs aus der eigenen Anlage kommt). Den Aufstellort wählst du nach Herstellerangaben, trocken und frostfrei, nicht in Flucht- und Rettungswegen.

Das solltest du dir merken

Nutzbare Kapazität ist Bruttokapazität mal zulässige Entladetiefe.
DC-Kopplung spart eine Wandlung, AC-Kopplung ist leicht nachrüstbar.
Eigenverbrauchsquote bezieht sich auf die Erzeugung, Autarkiegrad auf den Verbrauch.
Ersatzstrom nur mit sicherer Netztrennung.
Speicher nicht in Flucht- und Rettungswegen aufstellen.

Formeln

Nutzbare Kapazität: $W_{nutz} = W_{brutto} \cdot D oD$; $W$ Energie in kWh, $D oD$ zulässige Entladetiefe als Dezimalzahl
Speicherwirkungsgrad: $η = \frac{W _{ab}}{W _{zu}}$; $W_{ab}$ entnommene und $W_{zu}$ eingeladene Energie in kWh
Eigenverbrauchsquote: $q_{EV} = \frac{W _{direkt} + W _{Speicher}}{W _{PV}}$; $W_{direkt}$ direkt genutzter und $W_{Speicher}$ über den Speicher genutzter Solarstrom, $W_{PV}$ Erzeugung, alles in kWh
Autarkiegrad: $a = \frac{W _{direkt} + W _{Speicher}}{W _{Verbrauch}}$; $W_{Verbrauch}$ gesamter Strombedarf des Haushalts in kWh

Typische Fehler in der Prüfung

Eigenverbrauchsquote und Autarkiegrad verwechselt, also durch den falschen Nenner geteilt.
Mit der Bruttokapazität statt der nutzbaren Kapazität gerechnet.
Wirkungsgrad als zugeführte durch entnommene Energie gebildet und so über 100 % erhalten.
Notstrom ohne Netztrennung angenommen.

Tipps aus der Werkstatt

Der NA-Schutz überwacht Spannung und Frequenz am Netzanschluss und trennt die Erzeugungsanlage, wenn das Netz aus dem Fenster läuft. Er schützt das Netz und die Monteure, nicht die Batterie.
DC-gekoppelt hängt der Speicher vor dem Wechselrichter am PV-Zwischenkreis, AC-gekoppelt hat er einen eigenen Wechselrichter und lässt sich leichter nachrüsten. Nutzbare Energie = Bruttokapazität mal zulässige Entladetiefe.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

15 Aufgaben zu „Batteriespeicher und Netzanschluss“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in (18.12.2020), Lernfeld 11 EGT; VDE-AR-N 4105; VDE-AR-E 2510-2. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.