So dimensionieren Sie eine Batteriebank für Laufzeit und Leistungsreserve

Eine Batteriebank kann ihre Nennkapazität erreichen und sich dennoch vor der erwarteten Laufzeit abschalten. Häufige Ursachen sind die Auslegung allein anhand des durchschnittlichen Energiebedarfs, das Übersehen von Wechselrichterverlusten oder die Annahme, dass die gesamte Nennkapazität nutzbar ist. Eine zuverlässige Auslegung beginnt mit den Verbrauchern und Betriebsgrenzen und ergänzt anschließend eine begründete Reserve.

## 1. Berechnen Sie den Energiebedarf Ihrer Verbraucher Listen Sie jeden Verbraucher, seine Leistung in Watt und die Betriebsstunden während des Auslegungszeitraums auf. Multiplizieren Sie Watt mit Stunden, um Wattstunden (Wh) zu erhalten, und addieren Sie anschließend die Verbraucher. Bei Geräten mit einer Angabe in Ampere rechnen Sie mit der korrekten Systemspannung um: Watt = Volt x Ampere. Verwenden Sie, sofern verfügbar, gemessene Verbrauchswerte, insbesondere bei Kühlschränken, Pumpen und anderen zyklisch betriebenen Verbrauchern.

Ein Verbraucher mit 300 W, der 8 Stunden läuft, benötigt beispielsweise 2.400 Wh. Ein Gerät mit 60 W, das 10 Stunden läuft, benötigt weitere 600 Wh. Insgesamt sind das 3.000 Wh Wechselstromenergie (AC), die den Verbrauchern bereitgestellt werden. Wenn die Verbraucher je nach Jahreszeit oder Betriebsmodus variieren, legen Sie das System für den kritischen Auslegungsfall und nicht anhand eines Jahresdurchschnitts aus.

## 2. Rechnen Sie den Bedarf in die Nennkapazität der Batterie um Berücksichtigen Sie den Wirkungsgrad des Wechselrichters, bevor Sie den AC-Bedarf in die Energie auf der Batterieseite umrechnen. Bei einem Wirkungsgrad von 90 % erfordert die Bereitstellung von 3.000 Wh AC-Energie etwa 3.333 Wh aus der Batterie. Teilen Sie diesen Wert durch den vorgesehenen nutzbaren Kapazitätsanteil. Bei einer LiFePO4-Batterie, die auf 80 % DoD ausgelegt ist, lautet die Berechnung: 3.333 Wh / 0,80 = 4.166 Wh Nennkapazität.

Bei 51,2 V entspricht das ungefähr 81 Ah: 4.166 Wh / 51,2 V. Dies ist ein Ausgangspunkt, keine endgültige Auswahl. Prüfen Sie die Nennspannung und die Bezugsgrundlage der Kapazitätsangabe der Batterie. Berücksichtigen Sie außerdem DC-Verbraucher, Standby-Verbrauch, den Eigenverbrauch des Ladesystems und die im Beispiel nicht enthaltenen Umwandlungsverluste.

## 3. Prüfen Sie Laufzeit, Leistung und Reserve Die Kapazität bestimmt die über einen Zeitraum verfügbare Energie. BMS und Batteriekonfiguration müssen außerdem die momentane Leistung unterstützen. Vergleichen Sie den Dauer- und Spitzenleistungsbedarf des Wechselrichters mit dem Dauerentladestrom der Batterie, den BMS-Grenzwerten, Kabeln, Sicherungen und Temperaturbeschränkungen. Selbst eine Batteriebank mit ausreichend kWh kann abschalten, wenn ihre C-Rate oder Stromgrenze für den Verbraucher zu niedrig ist.

Im Beispiel liefert eine Batteriebank mit 5,12 kWh bei 80 % DoD eine nominal nutzbare Energie von 4,096 kWh. Bei einem Wechselrichterwirkungsgrad von 90 % entspricht das etwa 3,69 kWh AC und reicht bei einer konstanten Last von 300 W für ungefähr 12,3 Stunden. Die tatsächliche Laufzeit hängt von Lastzyklen, Leerlaufverbrauch des Wechselrichters, Temperatur, Alterung und den tatsächlichen Entladegrenzen der Batterie ab.

Planen Sie Reserven für konkret definierte Bedingungen ein, nicht als willkürlichen Prozentwert. Berücksichtigen Sie unerwartetes Lastwachstum, die Leistung bei kaltem Wetter, Alterung, eine längere Autonomiezeit und die Erholungszeit nach der Entladung. Prüfen Sie die Kapazitätsreduzierung und die Ladegrenzen des Herstellers bei der Installationstemperatur. Vergleichen Sie bei Solarsystemen den täglichen Energieverbrauch mit der erwarteten Erzeugung und mehreren Tagen mit geringer Sonneneinstrahlung. Eine größere Batteriebank kann eine dauerhaft unterdimensionierte Ladequelle nicht ausgleichen.

- Trennen Sie kritische von nicht essenziellen Verbrauchern, damit das Autonomieziel klar ist.

- Verwenden Sie die niedrigste erwartete Betriebstemperatur und die angenommene Kapazität am Lebensdauerende, sofern diese Bedingungen zutreffen.

- Prüfen Sie Dauerstrom und kurzzeitigen Spitzenstrom anhand der Spezifikationen von BMS und Wechselrichter.

- Planen Sie ausreichend Platz ein und bestätigen Sie die elektrische Kompatibilität, bevor Sie eine Erweiterung der parallelen Batteriebank vorsehen.

## 4. Vergleichen Sie Optionen anhand derselben Annahmen Ein praxisgerechter Vergleich sollte Nennenergie, nutzbaren DoD, Wechselrichterwirkungsgrad und Lastprofil angeben. Bei einer täglichen AC-Last von 3,0 kWh, einem Wechselrichterwirkungsgrad von 90 % und einem DoD von 80 % beträgt der berechnete Nennbedarf etwa 4,17 kWh. Eine Batteriebank mit 5,12 kWh liefert bei diesem DoD und Wirkungsgrad etwa 3,69 kWh AC, während eine Bank mit 8,0 kWh etwa 5,76 kWh AC liefert. Diese Werte berücksichtigen weder temperaturbedingte Kapazitätsreduzierung noch Alterungsreserve, Standby-Verbrauch oder Leistungsgrenzen.

Vergleichen Sie Zellchemie und Produktspezifikationen unter gleichwertigen Bedingungen. LiFePO4-Batterien bieten bei den angegebenen DoD-Werten und Bedingungen häufig eine hohe Zyklenlebensdauer. Angaben zur Zyklenlebensdauer sind jedoch nicht vergleichbar, wenn Prüftemperatur, C-Rate und End-of-Life-Kriterium voneinander abweichen. Prüfen Sie Nenn- und Nutzenergie, Lade- und Entladestrom, BMS-Schutzfunktionen, SOC/SOH-Anzeige, Garantie und erforderliche Zertifizierungen wie UN38.3 für den Transport, IEC 62619 oder UL 1973, soweit diese für Anwendung und Markt relevant sind.

Prüfen Sie bei Telekommunikations- und USV-Installationen die Überbrückungsdauer bei der tatsächlichen Last und bestätigen Sie, dass Batterie und Wechselrichter oder Gleichrichter das erforderliche Übergangs- und Entladeprofil erfüllen können. Modellieren Sie bei Solarspeichern die saisonale Erzeugung und die Ladezeit. Bei Marine- und Antriebsanwendungen sind zudem Vibrationen, Gehäuseschutz, Ladegeräte und Einbaubeschränkungen zu berücksichtigen.

Bestätigen Sie vor der Bestellung die angestrebte Laufzeit bei der erwarteten Last, die Berechnung der nutzbaren Energie, Spitzen- und Dauerstrom, Ladequelle, Betriebstemperatur, Erweiterungsplan und geltende Zertifizierungsanforderungen. Wenn eine Standardkonfiguration nicht zur Anwendung passt, teilen Sie Newbeebattery als OEM/ODM-Partner für kundenspezifische Batteriepacks das Lastprofil und die Umgebungsbedingungen mit.

Die richtige Batteriebank ist die kleinste Konfiguration, die Laufzeit- und Leistungsgrenzen unter realen Betriebsbedingungen zuverlässig erfüllt und anwendbare Kapazitätsreduzierungen sowie künftigen Bedarf ausdrücklich berücksichtigt. Prüfen Sie die Annahmen anhand der gemessenen Lasten und des Datenblatts der ausgewählten Batterie erneut, bevor Sie die Auslegung abschließen.