Eine Wohngebäude-Batterie wird meist mit einer großen Zahl beworben: 10 kWh, 13.5 kWh, 16 kWh. Diese Zahl ist wichtig, sagt aber nicht aus, ob das System während eines Stromausfalls gut funktioniert. Ein sinnvoller Backup-Entwurf muss zwei unterschiedliche Fragen beantworten. Können Batterie und Wechselrichter die höchste Leistung liefern, die das Haus in einem Moment benötigen kann? Und ist genug gespeicherte Energie vorhanden, um die ausgewählten Lasten über die wichtigen Stunden hinweg zu versorgen? Einfach gesagt: kW zeigt, ob das System die Last tragen kann, während kWh zeigt, wie lange es das tun kann.
Der einfachste Ausgangspunkt ist nicht der Batteriekatalog. Es ist das Backup-Ziel. Legen Sie fest, was bei Netzausfall eingeschaltet bleiben soll und wie lange diese Lasten verfügbar bleiben sollen. Ein Haushalt, der nur Kühlschrank, Beleuchtung, Internet und einige Steckdosen versorgen möchte, hat eine ganz andere Anforderung als einer, der Klimaanlage, Kochgeräte oder den Großteil des Hauses normal weiterbetreiben will. Die NREL-Leitlinie Battery Storage for Resilience nennt kritische Last und erwartete Ausfalldauer als zentrale Faktoren bei Auswahl und Dimensionierung von Backup-Technologien. (NREL)
Leistung und Energie beantworten unterschiedliche Fragen
Nehmen wir an, eine Gruppe wichtiger Lasten benötigt während eines zehnstündigen nächtlichen Ausfalls im Durchschnitt 0.8 kW. Über diese zehn Stunden brauchen die Lasten etwa 8 kWh Energie. Wenn jedoch der Kühlschrankkompressor, Beleuchtung und ein weiteres Gerät kurz gleichzeitig laufen und die Nachfrage auf 2.6 kW steigt, muss das Batteriesystem diesen 2.6 kW Moment trotzdem liefern können, auch wenn die durchschnittliche Nachfrage viel niedriger ist.
Deshalb reicht der durchschnittliche Haushaltsverbrauch für die Dimensionierung nicht aus. Der monatliche Stromverbrauch kann beschreiben, wie viel Energie ein Haus insgesamt nutzt, zeigt aber nicht, welche Lasten während eines Ausfalls gleichzeitig laufen. Eine nützliche Backup-Schätzung konzentriert sich auf die Stromkreise, die versorgt bleiben sollen, und fragt, wie viel Leistung sie gleichzeitig benötigen können und wie viel Energie sie über den gewünschten Zeitraum verbrauchen.
Verschiedene Lasten können diese beiden Anforderungen in unterschiedliche Richtungen treiben. Ein Gerät mit hoher Leistung, das nur wenige Minuten läuft, kann einen großen Einfluss auf die erforderlichen kW haben, aber nur wenig zu den gesamten kWh beitragen. Eine kleinere Last, die viele Stunden läuft, verändert die Spitze kaum, kann aber einen relevanten Anteil der gespeicherten Energie verbrauchen. Das Entfernen einer nicht wesentlichen Hochleistungslast kann ein Backup-System daher deutlich einfacher auslegbar machen, selbst wenn sich der tägliche Gesamtverbrauch nur wenig ändert.
DOE zieht dieselbe Grundunterscheidung bei der Beschreibung von Batteriespeichern: Leistungskapazität ist die Leistung, die ein System in einem bestimmten Moment liefern kann, während Energiekapazität die Energiemenge ist, die es speichern kann. (DOE) Eine große kWh-Batterie mit unzureichender Ausgangsleistung kann mit einer hohen gleichzeitigen Last trotzdem Schwierigkeiten haben, während ein leistungsstarkes System mit zu wenig Energie die Last problemlos tragen kann, aber früher als erwartet leer wird.
Die Lastanforderung ist nicht dasselbe wie das Batterielabel
Wenn die ausgewählten Lasten über den geplanten Ausfall 8 kWh benötigen, bedeutet das nicht automatisch, dass eine 8 kWh Batterie ausreicht. Batteriespezifikationen können zwischen nominaler und nutzbarer Energie unterscheiden. (NREL) Außerdem geht Energie verloren, wenn gespeicherte DC-Energie in AC-Strom für Haushaltslasten umgewandelt wird. Speicher sind nicht zu 100 % effizient, weil bei Umwandlung und Rückgewinnung Energie verloren geht. (DOE) Die zu Beginn eines Ausfalls verfügbare Menge hängt außerdem vom Ladezustand der Batterie ab.
Ein einfaches Beispiel zeigt, warum das Label zählt. Wenn 90 % der nominalen Batterieenergie für Backup verfügbar sind und der relevante Entladepfad 92 % effizient ist, wären für 8 kWh an den Lasten etwa 9.7 kWh nominal gespeicherte Energie erforderlich: 8 ÷ (0.90 × 0.92). Diese Prozentsätze sind nur eine Illustration, keine allgemeine Regel. Ein reales Produkt kann bereits einen Wert für nutzbare Energie veröffentlichen, und seine Effizienzdefinition kann eine andere Messgrenze verwenden. Wichtig ist, denselben Verlust nicht zweimal zu zählen und eine lastseitige Anforderung nicht direkt mit einer Batterieangabe zu vergleichen, die etwas anderes beschreibt.
Der anfängliche Ladezustand ist aus demselben Grund wichtig. Eine Batterie, die beim Beginn eines Ausfalls nahezu voll ist, hat mehr Backup-Energie verfügbar als dieselbe Batterie bei 50 %. NREL-Resilienzanalysen haben gezeigt, dass der Füllstand einer Batterie zu Beginn eines Ausfalls wesentlich beeinflussen kann, wie lange ein System seine geschützten Lasten weiter versorgen kann. (NREL) Wenn Resilienz ein wichtiges Ziel ist, muss die Betriebsstrategie genug Energie für das Ausfallszenario reservieren, das dem Hauseigentümer wirklich wichtig ist.
In einem backupfähigen System, das PV während eines Ausfalls weiter betreiben soll, kann Solarenergie das Backup verlängern, ist aber keine garantierte tägliche Energie. Wohngebäude-Solar benötigt einen richtig konfigurierten Wechselrichter und ein Speichersystem, um unabhängig vom Netz Strom zu erzeugen. (DOE) Die Solarleistung verändert sich außerdem je nach Tageszeit, Wetter und Saison. Während eines sonnigen Tagesausfalls kann PV einen Teil der Haushaltslast versorgen und die Batterie nachladen. Nachts oder bei Bewölkung kann der Beitrag sehr gering sein. Solarproduktion schwankt mit diesen Bedingungen, während Speicher Solarenergie in Zeiträume verschieben kann, in denen Erzeugung gering oder nicht verfügbar ist. (DOE)
Eine sinnvolle Größe für eine Wohngebäude-Batterie ist daher das Ergebnis eines konkreten Backup-Ziels. Entscheiden Sie, welche Lasten wichtig sind, schätzen Sie die höchste Leistung, die sie gemeinsam benötigen können, und schätzen Sie die Energie, die sie über die gewünschte Backup-Dauer verbrauchen. Berücksichtigen Sie danach nutzbare Batterieenergie, anfänglichen Ladezustand, Umwandlungsverluste und einen realistischen Solarertrag. Lassen Sie abschließend eine angemessene Reserve für Unsicherheit bei tatsächlicher Last und Ausfalldauer, statt exakt auf die Schätzung zu dimensionieren.
Das Endergebnis sollte wie ein Anforderungspaar aussehen und nicht wie eine einzelne Schlagzeilenkapazität: genug kW für die Spitzenlast der kritischen Lasten und genug nutzbare kWh, um diese Lasten über den geplanten Zeitraum zu betreiben. Wenn diese beiden Zahlen klar sind, wird der Vergleich von Wohngebäude-Batterien viel einfacher und deutlich aussagekräftiger als die bloße Wahl des Produkts mit der größten kWh-Zahl.
