Ladestrategien

Betriebsarten beim Laden und Entladen

Wird durch die Verbraucher mehr Energie angefordert, als durch die PV-Anlage bereitgestellt werden kann, werden die Batterien entladen. Dabei gelten die im Abschnitt Energie-Management genannten Bedingungen.

Das Laden der Batterien kann unterteilt werden in die stromgeführte Ladung (I-Ladung), die den Standardfall darstellt, und spannungsgeführte Ladeverfahren, die im Wesentlichen der Pflege der Batterien dienen und deren Lebensdauer steigern können. Hierbei wird zwischen zeitlich begrenzten Ladeverfahren (U0-Ladung) und der zeitlich unbegrenzten Erhaltungsladung (U-Ladung) unterschieden.

In PV*SOL® ist eine IU0U-Ladestrategie implementiert, wie sie für die meisten Batterien auf Basis von Bleisäure oder -gel üblich ist. Hierbei schließt sich einer I-Ladung ab einem bestimmten Ladezustand eine kurze U0-Ladung an, um diversen Alterungseffekten vorzubeugen. Wird die Batterie zwischenzeitlich nicht zur Deckung der Last benötigt, schließt sich dann eine zeitlich unbegrenzte U-Ladung an, auch Erhaltungs- oder Floatladung genannt.

Systematische Darstellung des IU0U-Ladeverfahrens

Quelle: Wikipedia

Zusätzlich werden in einem festen Rhythmus zwei weitere U0-Ladungen vorgenommen, die die Lebensdauer der Batterien erhöhen können:

  • Vollladung, etwa 5h lang, alle 2 bis 4 Wochen
  • Ausgleichsladung, etwa 10h lang, alle 4 bis 6 Monate

Befindet sich die Batterie auf einem hohen Ladezustand und wird nicht entladen, kann durch eine U-Ladung ihre Selbstentladung kompensiert werden. Dieses Ladeverfahren wird auch Erhaltungsladung genannt.

Zeitlicher Ablauf des IU0U-Ladeverfahrens

Ladeverfahren im Überblick

I-Ladung

Die I-Ladung, auch stromgeführte Ladung oder Bulk-Ladung genannt, ist der Normalfall, bei dem die Batterien mit allem zur Verfügung stehenden Strom geladen werden. Die Batteriespannung ist dabei abhängig vom Füllstand (SOC) der Batterie und von der Ladestromstärke. Je voller die Batterie wird, desto höher steigt die Batteriespannung. Daher ist es nicht effizient, die Batterien mit maximalem Strom ganz vollzuladen. Überlicherweise endet die I-Ladung bei etwa 85% bis 90% ihrer Gesamtkapazität.
Die Energie für die I-Ladung wird ausschließlich vom PV-System genommen, nie aus dem Netz.

U0-Ladung

Die anschließende U0-Ladung, auch Boost-Ladung genannt, ist spannungsgeführt und hat eine vordefinierte Dauer (die 0 in U0 steht für die zeitliche Komponente der Ladung). Mit konstanter Spannung wird die Batterie in einem vorgegebenen Zeitraum (üblicherweise 2 Stunden) ein wenig voller geladen, jedoch nicht ganz voll. Üblich ist hier die Ladung auf 90 bis 95%. Dies ist für alle Batterien ein wichtiger Lademodus, da hier die Kathoden und Anoden gesäubert werden, was deren Lebensdauer erhöht.
Die U0-Ladung läuft mit hoher Priorität und wird daher notfalls mit Energie aus dem Netz gefahren, sollte nicht ausreichend PV-Energie zur Verfügung stehen.

Erhaltungsladung

Die Erhaltungsladung, auch engl. Float-Ladung genannt, ist ein spannungsgeführter Lademodus, der angewandt wird, wenn die Batterien voll sind (nach der U0-Ladung) und gerade nicht benötigt werden. Es wird dabei immer nur so viel in die Batterien nachgeladen, wie durch ihre Selbstentladung verloren geht.
In diesem Modus kann die (sehr geringe) Energie sowohl von der PV-Anlage als auch vom Netz gedeckt werden.

Voll- und Ausgleichsladung

Diese beiden Lademodi zur Pflege der Batterien sind, wie die Boost-Ladung auch, U0-Ladungen. Sie erfolgen also spannungsgeführt und nur für einen vordefinierten Zeitraum. Im Gegensatz zur normalen U0-Ladung erfolgen diese beiden Pflegeladungen nur von Zeit zu Zeit. Die Voll-Ladung soll dafür sorgen, dass die Batterien ab und zu richtig vollgeladen werden, um irreversible Ablagerungen an Anode oder Kathode vorzubeugen. Die Ausgleichsladung soll in einer Batteriebank dafür sorgen, dass Unterschiede im elektrischen Verhalten der einzelnen Batterien, das sich mit der Zeit unweigerlich einstellt, ausgeglichen werden.
Diese Ladeverfahren sind hoch priorisiert. Wenn keine PV-Energie zur Verfügung steht, wird die benötigte Energie dem Netz entnommen.

Batterien auf Lithium-Basis benötigen keine Voll- und Ausgleichsladung.

Siehe auch