DIY Batteriespeicher - Grundlagen

Nachdem die PV-Anlage noch nichtmal drei Monate in Betrieb ist, möchte ich direkt meinen Eigenverbrauch bzw. die Autarkie erhöhen. Dabei hilft aktuell zwar schon das E-Auto mit Überschussladen, aber optimal ist das alles noch nicht. Da wir beide selbstständig sind und von zu Hause aus arbeiten, können wir zwar auch die Spülmaschine, Waschmaschine, Trockner, usw. dann einschalten, wenn wirklich genügend Überschuss vorhanden ist, aber über Nacht haben wir logischerweise immer Netzbezug. Und diesen gilt es jetzt mit einem Batteriespeicher zu minimieren. Und wenn Du mich kennst und schon länger dabei bist, tauche ich auch hier wieder wesentlich tiefer ein als die meisten: Ich möchte einen Speicher selbst bauen!

Wenn man das Projekt im Jahr 2023 oder später angeht, dann ist man allerdings längst kein Pionier mehr auf dem Gebiet. Es gibt unzählige Foren-Beiträge, YouTube-Kanäle und Blogs, welche sich ausschließlich diesem Thema gewidmet haben oder zumindest den Schwerpunkt auf PV-Anlagen, Inselbetrieb/Off-Grid und Batteriespeicher ausgelegt haben. Nichtsdestotrotz möchte ich das Thema hier auch noch einmal aufnehmen. Und dafür starten wir ganz entspannt mit einem Grundlagen-Video zum Thema mit Jörg von meintechblog.de. Was ihn für das Thema qualifiziert? Ich kann mit Sicherheit sagen: Wenn er etwas macht, dann richtig. Er hat einen ersten Speicher (~28kWh) vor 1,5 Jahren gebaut und mittlerweile eine noch größere Variante im Einsatz (~100kWh), welche sogar Notstromfähig ist. Das alles hat er ausführlichst auf seinem Blog dokumentiert. Und jetzt hilft er mir, in das Thema einzusteigen.

Video

Grundlagen

Akku / Zellchemie

Wie bei jeder Technologie gibt es auch bei Akkus / Batterien verschiedene Möglichkeiten die Energie zu speichern. Dabei kommen die Unterschiedlichsten Materialien zum Einsatz. Meistens stolpert man über

• LFP / LiFePO4 (Lithium Eisenphosphat)
• NMC / LiNiMnCoO2 (Lithium Nickel Mangan Kobalt)
• NCA / LiNiCoAlO2 (Lithium Nickel Kobalt Aluminium)
• LCO / LiCoO2 (Lithium Kobaltdioxid)
• LTO / Li2TiO3, Li4Ti5O12 (Lithium Titanat)

Wenn Du die Akkus in Deinen Geräten zu Hause aufmachst, wirst Du wohl am häufigsten über NCM-Akkus stolpern. Diese sind gerade in Smartphones, Tablets, Notebooks, E-Bikes, Saugrobotern oder auch Akkubetriebenen “Handwerksgeräten” wie einem Akkuschrauber am häufigsten zu finden. Oft werden entweder Pouch-Zellen verwendet, oder man findet bei größeren Geräten die Akkus in der Bauform 18650. Der Name kommt daher, dass eine Zelle dabei 18mm im Durchmesser hat und 65mm lang ist. Eventuell stolperst Du bei der Recherche sogar noch über ältere Videos, in welchen mutige Leute alte E-Bike Akkus auseinandernehmen und probieren die “guten” Zellen herauszusuchen und zu einem neuen Batteriepack für einen Heimspeicher zusammen zu bauen. Davon würde ich in jedem Fall abraten!

Heutzutage setzt man eher auf wenige Zellen mit einer höheren Kapatizät und auf eine andere Zellchemie: LFP. Diese (meist) prismatischen Zellen werden von den bekannten Herstellern (CATL, EVE, …) in unterschiedlichen Varianten angeboten. Die meisten nutzen aktuell 280Ah-Zellen für ihre Heimspeicher. Auch in fertigen Akku-Packs findet man genau diese Zellen wieder! Die Nennspannung einer einzelnen Zelle liegt dabei bei 3,2V. Um die Kapazität in einem Batteriepack zu erhöhen, werden mehrere dieser Zellen in Reihe geschaltet. Meistens findet man Projekte mit 16 oder 18 Zellen in Reihe, woraus sich eine Nennspannung von 51,2V bzw. 57,6V pro Pack ergibt.

Die einzelnen Zellen werden im Pack untereinander mit sog. Busbars verbunden. Das zeige ich aber noch in weiteren Videos. Und alleine in diesem scheinbar einfachen Thema kann man sich schon verlieren. Die Zellen expandieren beim Laden ein wenig und sollten daher mit 300kg verspannt werden. Dafür werden oft Gewindestangen, Holzplatten und die wildesten Spannvorrichtungen verwendet. Daher entsteht auch schnell eine Grundsatzdiskussion, ob die Zellen mit flexiblen Busbars verspannt werden müssen, um den nötigen Spielraum zu bieten. Weiterhin muss auf das richtige Anzugsdrehmoment der Muttern, gute Leitfähigkeit / Auflagefläche, Vermeidung von Korrosion uvm. geachtet werden. Außerdem müssen die Zellen voneinander isoliert werden. Es ist nicht so trivial wie es im ersten Moment klingt!

BMS

Ein Batterie-Management-System sollte in jedem Fall pro Pack eingesetzt werden, um die einzelnen Zellen zu überwachen. Dabei wird an jede Verbindung zwischen den einzelnen Zellen die Spannung gemessen, damit eventuelle Probleme sehr schnell erkannt werden können. Zu hohe oder zu niedrige Spannungen einer einzelnen Zelle sind auf jeden Fall ein großes Problem und müssen um jeden Preis vermieden werden! Deswegen sollte ein Akku-Pack niemals ohne BMS betrieben werden! Neben den Spannungen wird auch noch die Temperatur überwacht. So wird sichergestellt, dass man die Zellen nur in ihrem Wohlfühlbereich betreibt. Also bei optimalen Temperaturen und im optimalen Spannungsbereich (mit etwas Reserve). Aber auch das lässt sich hier nicht in ein paar Sätzen beschreiben. Nur, dass Du es schonmal gehört hast.

Außerdem werden die Ströme gemessen. Sollte irgendein Parameter ausbrechen, wird das Pack vom BMS abgeschaltet. Da so ein Pack mit einer relativ kleinen Spannung (V) von unter 60V arbeitet, brauchen wir leider sehr hohe Ströme (A) um überhaupt nennenswerte Leistungswerte aus dem Akku entnehmen zu können. So kommen schnell mehrere hundert Ampere zusammen. Es ist also penibel auf die jeweiligen Verbindungen zu achten und alle Übergangswiderstände so klein wie möglich zu halten!

Inverter

Da wir im Haus mit Wechselstrom (AC) arbeiten, und eine Batterie mit Gleichstrom (DC) arbeitet, muss eine Umwandlung stattfinden. Dafür nutzen gefühlt 99% der Leute da draußen die Produkte von Victron Energy. Das Unternehmen kommt ursprünglich auf dem Off-Grid-Bereich (also netzunabhängige Installationen) wie zum Beispiel auf Booten/Yachten. Das Victron-System lässt sich dabei bis ins kleinste Detail konfigurieren und nach den eigenen Anforderungen zusammenstellen. Aber dazu auch später mehr.

Anmeldung / Abnahme

Das schwerste ist natürlich, das System am Ende beim Netzbetreiber anzumelden bzw. überhaupt abnehmen zu lassen. Das muss durch einen eingetragenen Elektrofachbetrieb geschehen und entsprechend sollte man da frühzeitig Leute ins Boot holen, welche da Lust drauf haben. Ansonsten steht man am Ende mit seinem fertiger Speicher da und kann diesen nicht in Betrieb nehmen / nutzen. Auch ich weiß (Stand heute) noch nicht, wie ich das umsetzen werde. Ich möchte natürlich alles so sicher wie möglich umsetzen und keine Risiken eingehen. Daher ist eine Abnahme/Prüfung durch einen Elektriker in jedem Fall erforderlich und auch der Anschluss an das Hausnetz muss von einem Elektriker durchgeführt werden.

Ich weiß, dass schon viele Anlagen mit genau dieser Konfiguration bei einigen Netzbetreibern ganz offiziell angemeldet wurden. Es ist also definitiv möglich und man kann das Projekt ganz legal im offiziellen Rahmen umsetzen. Ich hoffe mein Netzbetreiber spielt da auch mit.

Falls Du mich bei dem Projekt unterstützen möchtest, dann melde Dich doch gerne bei mir!