Nächstes Projekt: Batteriespeicher für daheim - SMA und Nissan Leaf

Nachdem ja nun das Carportprojekt so gut wie fertig (OK Susanne mag das anders sehen) - geht es zum nächsten Hightech-Projekt. Damit soll das Thema:

• Maximierung des Eigenverbrauchs &
• Möglichst große Unabhängigkeit von Strompreisschwankungen angegangen werden
• Ein finanzieller Vorteil spielt eine kleinrere Rolle für mich - wenn ich nicht draufzahle ist das OK

Die erste Frage die bei einem Batteriesystem immer kommt - "Lohnt sich des überhaupt"?? - der Leser bemerkt, das ist jetzt schon leicht schwäbisch angehaucht. Kurzum als Antwort: "In den meisten Fällen finanziell noch nicht" Schauen wir mal konkret mit Google. Einen der ersten Links http://www.solarladen.de/tst-pv-produkt…speichersysteme => 5kWh 9300€ (inkl. Mehrtsteuer aber zzgl. Transport etc.). Sind wir großzügig und sagen 5000 Zyklen (LiFePO) bei 80% Nutzung kommt man auf max. 5kWh*0,8*5000=20000kWh die man aus dem Speicher rausholt. 9.300€/20000 ergibt somit einen Preis pro kWh von ~47Cent. Alles klar? Sprich hier braucht man nicht weiter rechnen. 47Cent liegt ungefähr Faktor zwei über den Netzbezugskosten. Attraktiv mag das werden wenn Förderungen eingerechnet werden oder man sich ein system selber baut. Die Fördergeschichte habe ich für mich ausgeschlossen (wegen Aufwand der Beantragung in Kombination mit mangelder Beratung vorort). Bleibt also Selbstbau! ==> Im nächsten Posting kommen die benötigten Teile!

Ah OK - die LiOn Gegner oder Blei-Befürworter habe ich vegessen, also nehmen wir mal das "fette" System: 60kWh bei 50% DoD und 3200Zyklen. 21900/(0,5*60*3200)=22,8Cent. Aha, also in etwa der Netzpreis. Bei der Batteriegröße schlägt nat. der Overhead durch WR etc. weniger rein. Auf der anderen Seite braucht kaum jemand diese Größe und wo stellt man die Tonnen Blei hin? Nehmen wir noch ein kleineres System, damit es mit dem LiOn von oben vergleichbarer wird: 7,3kWh 50% DoD 2500 Zyklen: 7800/(0,5*7,3*2500)= 85cent. Wie zu erwarten: Bleibattereien sind recht günstigt, d.h. je größer desto besser die pro kWh Kosten, bei LiOn sieht das noch nicht ganz so gut aus - bewegt sich aber in eine ähnliche Richtung. Fazit zu den Kosten: Das muss individuell gerechnet werden! Ach ja mittlerweile hat der Caport mitsamt des Speichers und EV auch in die Presse geschafft: Pack die Sonne in den Tank

Allgemeine Anmerkung: Elektroarbeiten können lebens- und brandgefährlich sein - bitte nichts machen wo man sich nicht sicher ist was man tut.

• AC-DC-AC System oder DC-DC-AC,
• Blei oder LiOn
• Inselbetrieb möglich ja/nein?

Zu Punkt eins AC-DC-AC ist flexibler, da es auch wenn vorhanden BHKW Energie umwandeln kann, einfacher in das Hausnetz integriert wird. Nachteil höhere Wandlungsverluste wenn z.B. schon eine PV wie bei mir vorhanden ist. Die Dachmodule liefern ja Gleichstrom (DC) die hier erst in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden um dann wieder in DC für die Batterie gewandelt zu werden. Ich entschweide mich für ein AC-DC-AC system, da auch ein BHKW vorhanden und da die PV WR auch schon vorhanden sind. Punkt zwei: Wegen Größe, Gewicht und Wartung LiOn - auch wenn deutlich teurer in der Anschaffung Punkt drei - Inselbetrieb wäre schön braucht man in DE aber nicht wirklich (Netz ist (noch) recht stabil), da meine PV eh noch 20Jahre am Netz bleiben muss wegen dem EEG -> kein Inselbetrieb oder Notstrom. Also hier meine Teileliste:

• Wechselrichter welcher AC in Batterie DC und wieder zurück ins Hausnetz (AC) einspeist: SMA Sunny Island 6.0H - 2000€ (gebraucht)
• Die Remote Control Unit für den SMA nicht vergessen (Pflicht)
• Aus der PV Installation schon vorhanden oder nachzurüsten: E-Meter (im Prinzip tut es auch ein D0.. Leser vom Zweiwegzähler der EVU), SMA Home Manager
• SpeedWireModule für die PV WR - alternativ Blauzahn - empfehle aber SpeedWire (Hinweis: die neuen WR sollten das schon immer drin haben - hier eine Beispielversion zum Nachrüsten: Shop)
• AC Verkabelung 3x6qmm besser 3x10qmm
• Einen kleinen Switch zur Speedwireverkabelung
• SMA Batfuse oder ähnlichen Sicherungslastrenner
• DC LiOn NotLadegerät (bei leerer Battery wird der SMA nicht "anspringen") - ich habe eines von Marc-Ting genommen (ca. 230€, gibt es aber evtl. nicht mehr)
• Ein Batterie Management System (BMS): REC 9R welches mit dem CAN Bus vom SMA zurecht kommt - 750€
• Shunt zur Strommessung 100€
• PreCharging Unit 100€
• Rack um die Batterien und das BMS zu montieren 500€
• Kleiner Computer um das BMS zu konfigurieren: Asus EE - 300€
• ~30kWh LiOn Zellen aus abgewrackten Elektroautos: Leaf Batterieen 5000€
• FETTE DC Kabel - wir reden von Strömen jenseits 100A
• Batteriesicherung
• 1 Schalter (der bei der Sicherung ist optional)

also in Summe rund 12000€ für den Selbstbau. Der Aufbau ist dann in etwa wie folgt:

Machen wir noch die Wirtschaftlichkeitsrechnung für 12k€ und 30kWh bei 4000Zyklen und 80% DoD. 12.000/(30*0,8*4000)=12,5Cent/kWh. D.h. bei einer "eh da" PV (keine oder nur geringe Einspeisevergütung!) oder einem abgeschriebenem BHKW ist das sogar wirtschaftlich (auch wenn ich noch 10-20% Wirkungsgradverlust einrechne). Hier mal die REC Teile als Bestellliste:

Alle Angaben ohne Gewähr! Preise unterliegen Schwankungen und sind Stand Anfang 2015

Ein paar mehr Infos über die geplanten Leaf Batterien (für Produktionsjahre 2011-2013!)- Quelle u.a. http://www.hybridautocenter.com/HAC4/index.php…d=72&Itemid=631 Die kleinste Einheit, das Modul, besteht aus 4 einzelnen Zellen die 2P2S verschaltet sind. D.h. zwei parallel und 2 in Serie, was die Spannung und Stromfestigkeit je verdoppelt. Die Zellenspezifikationen sind wie folgt:

• Cell type: Laminate type
• Cathode material: LiMn2O4 with LiNiO2 Anode material:Graphite
• Rated capacity: (0.3C): 33.1 Ah
• Average voltage:3.8 V
• Length: 11.417" (290 mm) Width: 8.504" (216 mm) Thickness: 0.2795" (7.1mm)
• Weight 1.7624 lbs (799 g)

D.h. ein Modul hat 7,6V (aber einen "Mittelabgriff" auf die 3,8) und ca. 500Wh Energiegehalt. Die Modul-Spezifikationen:

• Length: 11.9291" (303 mm) Width: 8.7795" (223 mm Thickness: 1.3779" (35 mm)
• Weight 8.3775 lbs (3.8 kgs)
• Output terminal M6 nut Voltage sensing terminal M4 nut
• Module fixing hole diameter 0.3582" (9.1 mm)

Die für die BMS Einstellungen wichtigen Werte sind:

• Untere Spannung: 3,0Vmin - 3,2V Abschaltspannung (nach unten lieber etwas mehr Abstand, da die Kapa-Kurve steil afällt)
• Obere Spannung: 4,2Vmax - 4,1V Abschaltspannung

Entladekurve bei 0,3C & 20A (Temp. unbekannt)

Man könnte zwar an Min und Max rangehen, das birgt aber die Gefahr einer chemischen Zerstörung der Batterie. Noch wichtig für das BMS wäre eigentlich der Entladeverlauf bei unterscheidelichen Belastungen und Temperaturen, da hiermit eine genauere Aussage über den SOC gemacht werden kann. Leider stehen diese noch nicht zu Verfügung so dass das REC BMS sich nur an oberer und unterer Spannung orientieren kann, so dass ZwischenSOCwerte (SOC == State of Charge) nicht immer stimmen. Falls jemand die Kurven für Ladeströme (0.3C, 0.5C, 1C, 3 C, 5C @ 25°C) and Temperaturen von (0°C, 10°C, 25°C, 40°C @ 0.5C or 1C ).” hat möge er diese mir oder direkt an REC zusenden. Wenn ich nun 14 Module in Serie schalte (das REC BMS kann 15 Zellen verwalten) komme ich als Gesamtbatteriepackspannung auf 3,2V*14=44,8Vmin bis 4,1V*14=57,4Vmax. Die SunnyIsland Spezifikation liegt bei 41-63V - das passt dann also.Wichtig: Um eine Unterspannungfehlermeldung zu vermeiden (der Sunny lädt dann auch nicht mehr!) - darf die Spannung nicht unter ~14x3,4V (~47V) fallen, d.h. im Falle der Nissan Batterien kann man den unteren SOC Bereich nicht voll nutzen. Den Unterspannungsschutz im BMS kann man zwar deaktivierern (HW Änderung) - werde ich aber erstmal nicht machen. Aus einem Nissan Forum, SOC Anzeige des Fahrzeuges:

• 4,1V bei 100%
• 4,04 bei 80%
• 3,92 bei 50%
• 3,4x geht er in Turtlemode (das habe ich aus einer Grafik entnommen)

Noch zwei Links: - http://www.electricvehiclewiki.com/Battery_Capacity_Loss - http://endless-sphere.com/forums/viewtop…tart=50#p776453

Erste Teilebestellung (neu) ist raus:
- 2x6m 70qmm Kabel - mein lieber Scholli Kabel kosten 196€
- 14 Kabelschuhe (sollte nicht so viele brauchen aber evtl. geht mal einer beim quetschen kaputt) 18€
- Crimpzange für 10-300qmm Kabelschuhe - 34€ ich hoffe das Teil hält, aber ne Profizange brauche ich für die paar Schuhe nicht
- Trennschalter mit Sicherung DC (f.cking expensive) 550€ - evtl. kein Muss aber ein vernünftiger DC-Trennschalter am WR sollte her

- Leafbatterieen, BMS, Rack, Shunt, BatterieWR, PreChargeUnit,... sind für nächste Woche geplant (gebraucht)

Heute den AC Anschluss im Verteiler vorbereitet. Eine neue Klemmleiste für Neutral war nötigt (keine freie Klemmung mehr). Bei der Gelegenheit allles auf Hager umgestellt und auch eine Reihe mit Sicherungsautomaten gefüllt und damit eine 3P Phasenschiene komplett belegt.
Dabei dann auch gleich mal (unfreiwillig) getestet ob ein FI bei Schluß zwischen L1 und L2|L3 auslöst. Tut er erwartungsgemäß nicht und ich habe nun einen elektrischen Snakebit am Daumen (sprich zwei Verbrennungen).
Weitere Kabelkanäle müssen gesetzt werden.

PS: das bestellte Equipment ist eingetroffen - sieht alles OK aus, auch die Crimpzange.

Update Sonntag 15.02.2015: Gerade in Norwegen Leaf Akkus holen (Freitag Abends los um 17:30 mit der Fähre von Hirtshals nach Larvik übersetzen zu können).
Uff was fuer ein Akt von Sueddeutschland über Dänemark, dann Fähre nach Larvik und danach wieder Auto nach Oslo. Hotel in Oslo City war erstmal kompliziert, da gerade in der Innenstadt viel gebaut wird und das Navi die Innenstadt nicht mehr wirklich kannte - total übermüdete und genertv dann im vierten Anlauf dann doch gefunden (von der anderen Stadtseite angefahren)... Bei Abolung der Batterien dann gerlernt, wie man in Oslo am Hang wohnt - bestimmt 500 Höhenmeter Treppen gelaufen beim Akku aufladen, dabei sah es bei der Ankunft so easy aus mit der garage direkt an der Straße. Aber nein die Akkus mussten ja im Haus am am obersten Hangende stehen Dazu kam noch das ich keine Winterschuhe mit griffigen Sohlen dabei hatte - in Norwegen besteht wohl keine gesetzliche Räumpflicht wie im überorganisierten DE, so dass ich mich auf Eis und Schnee auch gleich auf den Boden legte.

Tickets für Fähre und gaanz tolle Pizza

Ach ja Tanken an Zapfsaeulen mit Bezahlsystem ist auch nicht so einfach,wenn die Karten nicht angenommen werden. Nach dem ich mir hab erklaeren lassen wozu der KASSA Knopf gut ist ging es dann (Angestellter schaltet die Säule für Barzahlung frei).
Montag morgans 5Uhr dann auch gelernt, dass man in Dänemark "vor kassa" an der Säule macht, da kann man sich lange wundern warum keine Sprit kommt. Irgendwe scheint DE hier anders drauf mit erst tanken dann zahlen. Um 7 wieder in "Good old Germany" -> erstmal ein paar Stunden schlafen bevor es weiter geht. 14Uhr dann weiterfahrt nach Stuttgart Ankunft 22:50 mit einem kurzem Tankzwischenstopp und 2min Stau sonst alles super geflutscht.
Hier mal ein paar Bilder vom Material:

Batterien & Sicherung & Shunt (Strommesser)

Sunny Island und BattFuse (Sicherung 2x 250A) + alle SMA mit Unterverteiler und Management

Eine weitere Kleinteilebestellung ist raus - leider stellt man ja erst nach und nach fest was alles noch so fehlt:

• 1m Schrumpfschlauch für 70qmm Kabel und Kabelschuhe
• Aderendhülsen
• 3x6qmm Kabel der SMA durchgang erlaubt leider kein 5x10qmm (von dem ich noch 20m habe)
• Crimpzange damit es vernünftig gequetscht ist

Die Batterien sind schon mal im Rack - morgen soll dann noch das 3x 6qmm AC Kabel und die Schrumpfschläuche geliefert werden.

 
Links die PreCharge-Unit und in der Mitte der Contactor drunter dann die Sunny Island Bedieneinheit

Am Samstag sollte ich dann soweit fertig sein, dass das System zum ersten mal online geht.

Gerade ist der Sunny Island online gegangen

Links die Anzeige im Portal (von der PV kommt um 9pm nat. nix) die einem sagt, dass wir gerade 530W aus dem Akku und 10W vom Netz beziehen (idealerweise wäre es 0W Netz). Das rechte Bild zeigt die BMS Ansicht mit den Zelleinstellungen und der Min/Max Spannung, Gesamtspannung und Strom sowie Temperaturen und dem SOC & SOH. Die Werte rechts sind die Batterienutzungsbereiche.

• 262.3 Da kein Ersatzstrombetrieb 0%
• 262.1 Tiefentladeschutz: 3% (wenn der Wert erreicht wird muss man manuell nachladen - von Generator oder Netz)
• 262.2 Batterieentladeschutz: 2% (untere Entladegrenze - ohne manuelles Nachladen - Netz)
• 262.4 Erhaltungsladung: 5% (rein aus PV Strom)

also 10% Abzug für Reserven und 70% (262.5 - die 262.x sind die Sunny Island ParameterIDs zum Einstellen) ist die Eigenstromnutzung am kürzesten Tag im Jahr (Nordhalbkugel hat den längsten im Juni). D.h. es steht am kürzesten Tag 70% und am längsten 90% für Eigenstromoptimierung zu Verfügung. Zumindest ist das meine Interpretation der Werte.

Kleine Grafik von SMA dazu und hier ein Video von der Funktionsweise: https://www.youtube.com/embed/9FxpKDtE_5o?rel=0

edit am nächste Morgen: das mit 30% rest SOC ist schon mal falsch bin gerade bei 29% wenn er jetzt bis 10% runtergeht wozu dienen dann die 70%? Irgendwie verwirrend wie SMA das aufdröselt.
edi II: bei 23% hat er aufgehört einzuspeisen und hat auf Netzbezug für das Haus umgestellt. Ein paar Watt werden nun hinund her geschoben (<<1kW) obwohl in Summe 3kW aus dem Netz genommen wird.
edit III: oder macht das doch Sinn - der kürzeste Tag ist ja im Dezember von daher muss er sich ja nur zwischen 30 und 10 einfinden... scheint also doch OK.

Hier mal der aktuelle Stand:

Heute war das Wetter gut und die Batterie wurde zum erstem mal voll geladen

    
die aktuellen Sertings:

Ein Problem wird im Sommer evtl. noch die BMS Balancing-temperatur die jetzt bei 6Grad Außen ca. 40Grad erreicht hat. Da muss eine bessere Kühlung her. Heatsink habe ich da aber eigentlich keinen Platz diesen zu montieren.

Gerade noch rausgefunden: den berechneten momentan unteren SOC Grenzwert für Eigenverbrauch kann man im SunyExplorer unter Momentanwerte auslesen: bei obigen Einstellungen steht da tatsächlich 23% (bei heutigem Datum) stellle ich von 70 auf 80 um kommt man auf 16% als untere SOC Grenze.

Es kam die Frage wie sind die Batterien verschaltet hoch und was für Spannungen haben wir nun konkret:

Verschaltung:

• Es sind je 10 Module parallel (im Rack stehen von diesen 10er Stapeln je Rackboden zwei nebeneinaner - nur oben einer in je 5 Module nebeneinander untergebracht) und davon 7 in Serie. Jedes Modul hat intern 2xseriell und 2 mal parallele zellen - siehe oben
• Also in Total 70 Module (a 4 Zellen) -> 280 Zellen
• Da jedes Modul zwei Spannungsabgriffe hat kommt man auf 2x7=14 "virtuelle" Zellen für das BMS mit je 3.8V Nennspannung

Kapazität liegt noch bei ca. 30kWh (33,1Ah*2 (Modul) *10=628,9Ah Nennkappa neu~33kWh (628,9Ah*53,2V)
Nennspannung: 7*7,6=53,2V
Kosten der Batterien: gebraucht ca. 3-5k€ je nach Alter

So nun sind auch die Kabelkanäle an der Wand fertig und die Anlage steht für das erste. Bilder vom Ergebnis findet Ihr hier.

Neu verschalten, weil nun

• 3 Wechselrichter statt einem
• Spannungen dann nicht zum Sunny passen
• oder weil Du den Speicher selber eh umbauen wolltest

Hast Du das vorher selber aufgebaut oder wurde es durch jemanden konfektioniert? Ist das im Inselbetrieb, oder Eigenverbrauchsoptimierung (mit/ohne Ersatzstrom)? Wo finde ich denn ein paar mehr Infos über Dein System?

Ich würde mal im SMA Planungsleitfaden anfangen (z.B. Kapitel 6.2.3): http://files.sma.de/dl/1353/SI-HoMan-PL-de-32.pdf

cooles Kabelwirrwarr - musst Du soviele Einzelzellen betreiben? Könnte man da nicht mehrere Zellen parallelschalten und dem BMS eine kapazitiv größere Zelle (ich habe je 20 parallel) vorgaukeln?
Was sind denn die Min/Max Spannungen Deiner Zellen, wir müssen ja im Spannungsbereich der SMA bleiben (41-63V).
Sehe gerade Dein vorherige WR arbeitet um die 400V - OK ich mag die kleineren Spannungen lieber, da sicherer. => Aber dafür höhere Ströme - hatte mich schon über Deine dünnen Batteriekäbelchen gewundert. Nebeneffekt Du kannst einige der Slaves verkaufen. Nachteil die restlichen produzieren mehr Abwärme, wenn die Zellen nicht so sortiert sind, dass es nur eine minimale Spannungsabweichung bei Volladung gibt.

Hast Du Logger infos vom BMS während des Ladevorgangs? Damit sollten sich die Zellen gut eingruppieren lassen - letztendlich ist sind die Spannungen kurz vor Ladeende das interessante um die Packages so zu schnüren, dass ein möglichst gleicher Spannungsverlauf für alle Pakete am Ende der Ladung rauskommt. Ohne jetzt die Min/Max zu kennen vermute (noch zu verifizieren) ich mal wir bräuchten 16 Pakete in Reihe a 6 Zellen parallel (9 wären dann übrig). Mit etwas Glück 15 Pakete a 7 Zellen und es geht genau auf - kommt jetzt auf die untere Spannungsgrenze der Zellen an (wenn >=2,75 sollte es gehen).

Anmerkung 1: Hab mal meine Brille genutzt und meine aus Deinen Bildern zu erkennen: untere nutzbare Spannung 2,8 => 15*2,8=42V obere 3,8V => 15*3,8=57V passt also nehmen wir ein MASTER REC BMS (keine Slaves nötig) und 15 Stapel a 7 Zellen in Parallelschaltung. Hier wäre es hilfreich die bisherigen Daten genau zu wissen - was ist im REC als Setting angegeben? - ansonsten könnten die Zellen schade nehmen.

Anmerkung 2: Wenn Du die zellen nach unten bis Kompletteentladung (nicht gut) hin nutzen willst 2,5V -> 17 in serie dann fahren wir aber mit der Max Spannung über 63V hinaus. Ich würde bei 15 oder 16 in Serie bleiben und lieber unten rum was verschenken. Anmerkung 3: bitte auf 50qmm besser 70qmm Batteriekabel wechseln bevor Du da was machst und eine entsprechende Sicherung... einbauen.