Warum die Entladungstiefe bei der Auswahl eines Solarbatteriespeichersystems wichtig ist

Die Entladungstiefe (DoD) ist eine der Schlüsselzahlen, die bei der Auswahl von Batterien für ein Solarenergiesystem berücksichtigt werden müssen. Was ist die Entladetiefe und welchen Einfluss sollte sie auf die Wahl Ihrer Batterien haben?

Was ist die Entladungstiefe?

Der Begriff „Entladetiefe“ ist ziemlich selbsterklärend – er beschreibt den Grad der Entladung einer Batterie im Verhältnis zu ihrer Gesamtkapazität. Wenn Sie über eine Batteriebank mit einer Nennkapazität von 10 Kilowattstunden (kWh) verfügen, verfügt diese Batteriebank beispielsweise bei 70 % DoD über eine verbleibende Ladung von 3 kWh.

Entladungstiefe und Zyklenlebensdauer

Die chemische Zusammensetzung der meisten Batterien (einschließlich Blei-Säure und Lithium-Ionen) verschlechtert sich beim Laden und Entladen, wodurch ihre Fähigkeit, Energie zu speichern, allmählich abnimmt. Dies wirkt sich auf die Lebensdauer der Batterie sowie auf die Gesamtzahl der Kilowattstunden aus, die sie während dieser Lebensdauer speichern kann.

Zwei der kritischsten Faktoren für die Batterieverschlechterung sind: a) die Anzahl der Entlade- und Wiederaufladezyklen und b) die maximale Tiefe, bis zu der sie entladen werden. Wenn beispielsweise eine Blei-Säure-Batterie bei jedem Gebrauch zu 100 % entladen wird, verschlechtert sich ihr Elektrolyt schneller, als wenn sie nur maximal 50 % entladen würde.

Aus diesem Grund wird in Batteriespezifikationsblättern der Begriff „Zykluslebensdauer“ (mit dem Zusatz „bei X DoD“) verwendet. Diese Spezifikation kann einmal (wenn es nur eine empfohlene DoD-Stufe gibt) oder mehrmals (wenn der Hersteller Beispiele für verschiedene Anwendungsfälle zeigen möchte) erscheinen. Beispielsweise kann eine Batteriebank 10.000 Zyklen bei 20 % DoD haben, aber nur 1.000 Zyklen bei 80 % DoD.

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Kapazität auf dem Typenschild im Vergleich zu Betriebsdauer und Lagerkosten

Auch wenn eine Batteriebank auf dem Typenschild eine Kapazität von 10 kWh hat, heißt das nicht zwangsläufig, dass sie nutzbare 10 kWh Energie speichern kann; Maximale DoD-Beschränkungen bedeuten, dass es realistischerweise nur möglich sein kann, auf 8, 5 oder sogar nur 2 kWh zuzugreifen, je nachdem, wie das System konzipiert ist (siehe Abschnitt unten über die Lebensdauer).

Eine zu tiefe Entladung von Batterien kann den Wert, den sie über ihre Lebensdauer bieten, erheblich verringern. In dem in der folgenden Tabelle beschriebenen Beispielszenario einer Batteriebank (5.000 US-Dollar für ein 10-kWh-Blei-Säure-Array) würde beispielsweise eine regelmäßige Entladung auf 80 % DoD zu ungefähren Levelised Cost of Storage (LCOS) von über 65 c/h führen. kWh. Dies liegt daran, dass die Batteriebank Energie nur etwa zwei Jahre lang zuverlässig speichern würde (~8.000 kWh Speicherkapazität), bevor sie das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht.

Wenn der DoD der Batteriebank hingegen auf 50 % begrenzt wäre, würden die LCOS um die Hälfte – etwa 28 c/kWh – reduziert und die Nutzungsdauer der Batterie auf etwa 7 Jahre (bei etwa 17.500 kWh Speicher) mehr als verdreifacht.

Beispiel: Leistung einer Blei-Säure-Batteriebank bei 80 %, 50 % und 20 % DoD

Die folgende Tabelle verwendet eine theoretische 10-kWh-Blei-Säure-Batteriebank (unter der Annahme von 500 Zyklen pro Jahr), um zu veranschaulichen, wie sich DoD auf die Zykluslebensdauer, die Betriebslebensdauer und den Wert der über die Zeit bereitgestellten gespeicherten Energie auswirkt. Obwohl die Zahlen nicht von einer tatsächlichen Batterie stammen, sind sie Richtwerte und bieten einen Einblick in die Rolle, die das Verteidigungsministerium bei der Batterielebensdauer spielt.

Wie man sieht, kann eine tiefere Entladung zwar kurzfristig eine größere Menge an verfügbarer gespeicherter Energie bereitstellen (z. B. ~75 kWh/Woche bei 80 % DoD), dies geht jedoch auf Kosten der Langlebigkeit der Batteriebank (die auf reduziert wird). ca. 2 Jahre bei 80 % DoD) und dem Wert der gespeicherten Energie.

Lebensdauer der Batterie: Berücksichtigung des DoD in realen Nutzungsszenarien

Im Wesentlichen bedeutet dies, dass das Verteidigungsministerium bei der Gestaltung jedes Batteriespeichersystems eine zentrale Rolle spielen sollte. Die „Designlebensdauer“ einer Batteriebank ist die Anzahl der Jahre, die sie innerhalb der Parameter, für deren Funktion sie ausgelegt ist, betreiben sollte. Der Entwurfsprozess sollte die Energieverbrauchsmuster des Hauses berücksichtigen, in dem die Batteriebank installiert werden soll, und wenn möglich sollte das Batteriemanagementsystem (BMS) des Systems so konfiguriert sein, dass DoD begrenzt wird, sodass der Lebensdauerwert der Batteriebank maximiert wird.

Die Zahlen in der Tabelle oben dienen auch als Erinnerung daran, warum der auf dem Typenschild angegebene Preis von $/kWh nicht der beste Maßstab für den Wert einer Batteriebank ist. Viel wichtiger ist der Wert der gespeicherten Energie, die die Batterie über die Lebensdauer des konzipierten Systems liefert. Vor diesem Hintergrund ist es wahrscheinlich sinnvoller, die Kapazität einer Batteriebank anhand der Menge der nutzbaren Energie zu definieren – z. B. sollte man sich eine 10-kWh-Batteriebank auf dem Typenschild mit einem geplanten maximalen DoD von 50 % besser als eine 5-kWh-Batteriebank vorstellen .

Denken Sie daran: Die Leistung variiert je nach Batterietyp

Wir haben in diesem Artikel das Beispiel einer Blei-Säure-Batteriebank verwendet, aber auf dem australischen Markt sind bereits viele andere Arten von Batteriechemien erhältlich, die toleranter gegenüber Tiefentladung sind.

Flow-Batterien (von Redflow und Imergy) können beispielsweise zu 100 % entladen werden, ohne den Elektrolyten zu beschädigen, und theoretisch unbegrenzt geladen und entladen werden. Ebenso werden die salzwasserbasierten AHI-Batterien von Aquion für den Einsatz bei 100 % DoD für mehr als 3.000 Zyklen empfohlen.

Der Salzwasser-Akku des Aquion kann bis zu 100 % entladen werden.

Die ZCell von Redflow hat eine nutzbare Kapazität von 10 kWh – 100 % Entladetiefe.

Und obwohl eine vollständige Entladung nicht empfohlen wird, sind Lithium-Ionen-Batterien mit 70–90 % des empfohlenen DoD immer noch deutlich toleranter gegenüber Tiefentladungen als Blei-Säure-Batterien, was sie im Hinblick auf die Kosten pro kWh (oder LCOS) zunehmend wettbewerbsfähig macht .

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