Hier mal ein richtig guter und interessanter Artikel zum Thema

Hallo Leute,

wieder einmal komme ich mit einem neuen Thema zu euch, welches uns alle in den folgenden paar Monaten beschäftigen wird: Der Winterbetrieb.

Die dunkleren Jahreszeiten sind für den gestandenen Solaristen nicht gerade voller hoher Ertragserwartungen. Eis, Schnee, Kälte und dabei so gut wie kein PV-Eingang werden dabei an der Tagesordnung sein. Trotzdem müssen wir uns mit unseren Speichern erstmal keine großen Sorgen machen. Schauen wir uns dazu einige Punkte genauer an:

1. Die PV-Module im Winter

PV-Module weisen im kalten Außeneinsatz ein paar Besonderheiten in der Nutzung auf. Die Spannung von PV-Modulen steigt bei niedrigeren Temperaturen nämlich an, insbesondere die Leerlaufspannung (Voc). Dafür sinkt aufgrund der geringeren Sonneneinstrahlung der Stromfluss in den Modulen [Bild 2]. Da die Erzeugungsleistung abhängig ist vom Produkt aus Strom und Spannung (P = U x I), wird der Wirkungsgradverlust durch die erhöhte Spannung etwas ausgeglichen – zwar nicht vollständig, aber es trägt trotzdem dazu bei, dass der Leistungsverlust im Winter geringer ausfällt, als man allein aufgrund der geringeren Lichtintensität erwarten würde. Das bedeutet, dass an kalten, aber sonnigen Wintertagen die PV-Module effizienter arbeiten können, als an heißen Sommertagen.

Da die Winterspannung der Module höher ist, muss bei deren Auswahl unbedingt darauf geachtet werden, dass diese die maximale Eingangsspannung der Kanäle von Stromspeicher und/oder Wechselrichter (60 VDC) nicht übersteigt. Am besten 10-15% auf die maximale Spannung im Moduldatenblatt hinzurechnen, um genügend Puffer zu haben. Eine zu hohe Spannung am Eingang kann die Geräte irreversibel schädigen. Die Solarbänke haben dafür eine PV-Eingangsüberwachung verbaut. Wer mit Voraussicht seine Anlagenteile auswählt, sollte dieses Problem aber besser gleich umgehen.

Schnee ist ebenfalls ein größeres Problem für die PV-Anlagen. Normalerweise sollten die PV-Module bereits ab Werk dafür ausgelegt sein, hohe Schneelasten zu ertragen, ohne dass Schäden daran befürchtet werden müssen. Die Standart-Belastbarkeit eines Moduls sind nach IEC-Norm 61215 auf 5400 Pa (immerhin 540 Kg/m²) festgelegt. Die tatsächlich erforderliche Belastbarkeit wird durch den geografischen Standort bestimmt. Deutschland ist dafür in Schneelastzonen (Zone 1 bis 3, mit Unterzonen wie 1a, 2a) eingeteilt (DIN EN 1991-1-3) [Bild 3]. Je höher die Zahl der Zone, desto mehr Schneelast muss ein Modul entsprechend aushalten. Für die meisten Gebiete in Deutschland (Zone 1+2) ist ein Standardmodul ausreichend, da die Last auf das Modul deutlich unter diesen Werten liegt. In schneereicheren Regionen (Zone 3 oder höhere Lagen) muss ein Fachplaner die genaue Berechnung durchführen und gegebenenfalls Module mit höherer Belastbarkeit oder einer robusteren Unterkonstruktion wählen, um sicherzustellen, dass die Modul-Spezifikation die lokalen Normen erfüllt. An dieser Stelle kommen nämlich noch weitere Aspekte, wie Nass- oder Pulverschnee; Eisbildung; Stauwasser bei Flachdächern usw. mit hinzu. Als kleine Orientierung sollten die Zonenangaben hier jedoch ausreichend sein.

In der Regel rutscht der Schnee je nach gewähltem Neigungswinkel auch von alleine von den Paneelen (min. 30°). Je steiler die Neigung, desto weniger problematisch wird der Einfluss von Schneelasten.

Wenn die Module schneefrei sind, aber Schnee in der näheren Umgebung liegt, kann die weiße Fläche das Sonnenlicht übrigens auch reflektieren. Dieser sogenannte „Albedo-Effekt“ [Bild 4] kann die Lichtausbeute auf den Modulen leicht erhöhen und den Ertrag steigern.

2. Energiespeicher im Winter

Die Anker Solarbänke haben eine spezielle Form der Lithium-Ionen-Akkumulatoren verbaut, nämlich sog. Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus, auch LFP- oder LiFePO4-Akku genannt. Diese Form ist nicht nur sehr leistungsstabil und durch die Zellstruktur quasi gar nicht mehr anfällig für ein thermisches Durchgehen (Überhitzung und Brand), sondern glänzt mit einer hohen Langlebigkeit. Deswegen werden häufig Garantien für mindestens 6000-8000 Ladezyklen vergeben mit anschließender 70% Restkapazität. Anders als ihre nahen Verwandten, die NMC-Akkus, benötigen sie weder Kobalt noch Nickel, was Rohstoffkosten deutlich senkt. Eisen und Phosphat sind leichter verfügbar und auch weniger kritische Rohstoffe. LFP-Akkus haben zwar eine niedrigere Energiedichte, d.h. sie sind für die gleiche Kapazität größer und schwerer, als andere Speicher. Aber dafür sind sie wartungsfrei und weisen außerdem eine sehr geringe Selbstentladung auf (max. 2-4% / Monat). Gerade die geringe Entladung im Leerlauf macht sie besonders interessant für den Einsatz im Außenbereich und bei niedrigen Temperaturen.

Der besondere Aufbau der Speicherzellen bietet die Möglichkeit einer Nutzentladung bis zu -20°C. Anders als bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien schaden die kalten Temperaturen den LFP-Speichern nicht, allerdings verlangsamen sich die chemischen Prozesse und der Innenwiderstand der Zellen steigt. Dadurch kann nicht mehr die volle Nennkapazität abgerufen werden, sondern nur noch 60-80% davon. Um diesen Vorgang möglichst zu verhindern, haben alle Anker Solarbänke der zweiten Generation (Solarbank 2 Plus; Pro; AC und Solarbank 3) bereits eine integrierte Folienheizung und ein intelligentes Batteriemanagementsystem (BMS) mit an Bord [Bild 5]. Letzteres sorgt auch dafür, dass der Speicher nur bis maximal +5°C mit sehr geringen Energiemengen beladen werden kann, um Beschädigung und Verschleiß effizient entgegen zu wirken. Dadurch kann es natürlich sein, dass bei einer hohen PV-Eingangsleistung, begünstigt durch die niedrigen Temperaturen, leider nicht sehr viel gespeichert werden kann, sondern entweder ins öffentliche Stromnetz abgegeben werden muss, oder durch die „Null-Einspeisungsfunktion“ verloren geht. Ein Szenario, dass bereits der Eine oder andere in den aktuellen herbstlichen Wetterlagen schon beobachten konnte. Steigt die Zelltemperatur der Solarbank, dann kann natürlich auch wieder mehr Energie den Weg in den Speicher finden. Ab 21°C Speichertemperatur stehen dann wieder die vollen Ladegeschwindigkeiten zur Verfügung. Im Anhang werde ich eine Liste der Ladeleistungen anfügen, da sich diese je nach Solarbank und Anzahl der Erweiterungsspeicher unterscheiden [Bild 6+Bild 7]. Entladen geht wie bereits erwähnt, stabil bis -20°C. Damit sollte zumindest klar sein, dass die IP65 zertifizierten Solarbänke auch im Außenbereich bei schwierigen Witterungsverhältnissen genutzt werden können.

3. Integrierte Heizungsfunktion und Ladeerhaltung

Bereits die erste Generation der Solarbänke (E1600) konnte den Winter durch extrem geringe Selbstentladung gut überstehen. Allerdings boten diese nicht die Funktionen der neueren Solarbank 2 und 3 Systeme, die deutlich mehr Energie für ihre Funktionen brauchten, was deswegen zu einer erhöhten Entladung führte (Ausnahme bildet hier die Solarbank E1600v2 Typ: A17C03A2 – Diese hat ebenfalls Heizfolie und integrierten Null-Watt-Ausgangsschalter für Lade Priorisierung an Bord). Da bei geringen Temperaturen eine Aufladung sehr schwierig ist ohne den Akku zu beschädigen, wurde mit der SB2 im Jahr 2024 erstmals eine Folienheizung mit verbaut. Diese springt bei Zelltemperaturen unter +15°C an und sorgt für eine gleichmäßige Erwärmung, bis die Innentemperatur +21°C erreicht hat, was der optimalsten Umgebungsbedingung entspricht. Manchmal wird das Heizungssymbol in der Anker App nicht richtig angezeigt. Trotzdem verrichtet die Folie ihre Dienste, was an dem wärmer werdenden Gehäuse auch erfühlt werden kann. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass dafür genügend Leistung aus PV oder Netz zur Verfügung gestellt wird. Jede Speichereinheit hat nämlich seine eigene Folie, die jeweils bis zu 80W für die Erwärmung benötigt. Für einen Leistungsteil mit einer Erweiterung werden also mindestens 160W benötigt. Reicht die Leistung aus den PV-Modulen dafür nicht aus, dann schaltet sich die Heizung auch nicht ein. Der Hausbezug muss dabei ebenfalls mit einkalkuliert werden. [Bild 8]

Die Solarbank 2 AC und Solarbank 3 können in ihrer Weiterentwicklung auch bidirektional aus dem öffentlichen Stromnetz aufgeladen werden. Das funktioniert auch manuell und sorgt dafür, dass die Energie für die Heizung auch aus dem Netz benutzt werden kann. Schaltet man die Funktion „Laden mit Netzstrom“ ein, beziehen beide Speicher ihre Energie aus dem Netz und laden sich entsprechend damit auf. Wichtig zu erwähnen ist, dass der Leistungsteil der Solarbänke immer Vorrang vor den Erweiterungsakkus genießt. Dabei kann es zu einer unregelmäßigen Aufladung der Speichermodule kommen. Das ist normal und wird durch das BMS intelligent gesteuert – ebenso die Heizungsnutzung. Auf diese Weise kann die Anlage sehr effizient auch im Winter genutzt werden, ohne eine dauerhafte Energieverschwendung durch sinnloses Aufheizen befürchten zu müssen. Als zusätzlichen Vorteil kann durch die Netzladung natürlich auch ein Absinken unterhalb der minimale Entladeschwelle eingehalten werden.

4. Lagerung der Erweiterungsbatterien im Winter

Auch wenn die Speicher gänzlich für den Außeneinsatz und Betrieb im Winter geeignet sind, benötigen sie doch eine gewisse Wärme um mit voller Leistung aufgeladen werden zu können. Da jeder Erweiterungsakku ca. 80W für den Betrieb der Heizfolie benötigt, kann dafür sehr viel PV-Leistung notwendig werden. Aus diesem Grund werden viele Speicher separat gedämmt oder direkt abgebaut und eingelagert. Das ist natürlich alles legitim und machbar. Für ein Entfernen der Erweiterungspacks muss die jeweilige Solarbank lediglich abgeschaltet werden. Das heißt also Stecker abziehen, keine PV-Leistung anliegen lassen und dann per 3-sekündigem Tastendruck ausschalten. Dann können die Erweiterungspakete einzeln demontiert und eingelagert werden.

Für die Lagerung sollten allerdings einige Punkte beachtet werden. LFP-Speicher werden am besten bei einem SOC (Ladestand – State of Charge) von 30%-60% oder nach den spezifischen Empfehlungen des Herstellers, die jedoch oft in diesem Bereich liegen, gelagert. Eine Tiefenentladung muss genauso verhindert werden, wie eine Vollladung. Beides bewirkt eine verstärkte und vorzeitige Alterung der Zellen, wenn dieser Zustand längere Zeit anhält. Ein starkes Selbstentladen muss man jedoch von den LFP-Erweiterungsspeichern nicht erwarten. Sind diese einmal im entsprechenden Bereich geladen und verwahrt, dann sollten diese den Winter ohne Probleme überstehen.

An die Lagerbedingungen an sich gibt es gar nicht so hohe Anforderungen. Grundsätzlich kann von einer Lagertemperatur zwischen 0°C und 20°C im frostfreien Trockenraum ausgegangen werden. Direkte Sonnenstrahlung sollte ohnehin gemieden werden, um eine unnötige Hitzeentwicklung zu vermeiden.

5. Zukunftsaussichten

Die Firma Bluetti Pioneer hat auf der diesjährigen IFA in Berlin bereits die erste Powerstation mit Natrium-Ionen-Akkus vorgestellt. Mit hoher Wahrscheinlichkeit werden diese Speichermedium in Zukunft noch viel bedeutsamer werden.

Natrium-Ionen Akkus kann man als eine Weiterentwicklung der LFP-Akkutechnologie sehen. Sie haben ebenfalls sehr viele Vorteile für den Betrieb im Winter. Versprochen werden unter anderem eine Tiefenentladefähigkeit, eine hohe Ladezyklenfestigkeit und volle Leistungsnutzung bis -20°C, vereinzelt wird sogar von bis zu -40°C gesprochen.

Durch den Verzicht auf kritische Metalle, wie beispielsweise Kobalt, und der Nutzung von Natrium als Ladungsträger sind Natrium-Ionen Akkus sehr viel Umweltfreundlicher und auch in der Produktion fast 40% günstiger als Akkus auf Lithium Basis (Schätzung).

Die Technologie ist natürlich momentan noch nicht ganz ausgereift. Ein großer Nachteil ist die aktuell noch recht niedrige Energiedichte. Das bedeutet für eine gleich große Kapazität wie beispielsweise ein LFP-Akku, muss der Na-Ionen Akku deutlich größer ausgebaut sein und bringt auch viel mehr Gewicht auf die Waage. Aber natürlich standen die LFP-Akkus auch einmal am Anfang einer längeren Entwicklungszeit und anhand der immer größer werdenden Kapazitäten zu günstigeren Preisen kann man schon sehen, dass auch bei Na-Ionen Akkus in Ihrer Entwicklung noch viel Potential ungenutzt ist.

Ich hoffe, dass euch dieser Artikel ein bisschen mehr Infos über den Betrieb unserer Anlagen im Winter geben konnte. Viele Fragen, die hier täglich im Forum erscheinen, sollten damit auch ausreichend beantwortet worden sein. Falls noch Fragen oder Anmerkungen offen sind, dann bitte ich euch diese wie immer in den Kommentaren unterhalb des Beitrags zu posten. Sicher können diese hier ebenfalls noch geklärt werden. Gerne nehme ich wie immer auch Anregungen für künftige Themen auf.

Außerdem möchte ich an dieser Stelle nochmals auch auf meine anderen Guides rund um das Thema BKW und Klein-PV-Anlagen hinweisen. Darin findet ihr sorgfältig gesammeltes Wissen rund um verschiedene Themen, wie: Anmeldung, Erdung und Blitzschutz, Brandschutz und Sorgfaltspflichten im Umgang mit den Systemen.

Ansonsten wünsche ich euch trotz des bescheidenen Wetters eine gute Zeit mit möglichst vielen Erträgen 😊

Hier geht es zu den Guides:

Anmeldung von BKW und PV-Anlagen

Ausrichtung PV Module

Brandschutz und Sicherheit

Erdung und Potentialausgleich

Sicherheit und Sorgfaltspflichten

Quellen:

https://www.envitron-systems.com/

https://batteryuniversity.com

https://akkudoktor.net/

http://www.ankersolix.com/de

https://miniminipower.com/

https://www.pv-magazine.de

https://de.bluettipower.eu/

https://www.enbw.com/ (Blog)

https://www.envitron-systems.com

https://www.xn--ing-bro-junge-0ob.de/

https://www.overeasy.no/

Google Gemini (Bilderstellung)

Quelle Artikel: Solarspeicher, Heizung & Winterbetrieb