Indevolt Batterieoptimierer: Technologischer Durchbruch für Balkonkraftwerk mit Speicher

Mit der zunehmenden Verbreitung von stapelbaren Solaranlagen mit Speicher auf Balkkon in Haushalten werden Unterschiede in der nutzbaren Akkukapazität sowie technische Probleme bei der Kombination alter und neuer Akkus immer offensichtlicher. Die gesamte nutzbare Energiemenge des Systems wird häufig durch den sogenannten „Flaschenhals-Effekt“ limitiert, bei dem das schwächste Akkuzelle die Gesamtleistung erheblich einschränkt. Besonders kritisch wird es, wenn ein Zelle komplett ausfällt, da dies das gesamte System zum Stillstand bringt.

Indevolt bringt nun als erstes Unternehmen ein Solarspeicher für Solaranlagen auf den Markt, das serienmäßig mit integrierter Batterieoptimierer-Technologie ausgestattet ist. Wie durchbricht diese Innovation die bisherigen technischen Grenzen – und was bedeutet das für die Zukunft der Heim-Energiespeicherung? Dieser Beitrag liefert die Antworten.

Die Akkukapazität ist nicht gleich nutzbare Energie

In Heim-Energiespeichersystemen ist die tatsächlich nutzbare Energiemenge von zentraler Bedeutung. Zwar liefern Akkus aus derselben Serie zu Beginn ähnliche Leistungen, jedoch führen Alterungsprozesse, Lade- und Entladezyklen sowie Schwankungen von Temperatur und Feuchtigkeit im Laufe der Zeit zu einem erheblichen Leistungsverlust.

Wächst der Strombedarf im Haushalt, reicht die ursprüngliche Speicherkapazität nicht mehr aus – neue Akkus werden ergänzt. Doch der Mischbetrieb alter und neuer Akkus verschärft das Problem:

Bei Laden haben Alte Akkus einen höheren Innenwiderstand und geringere Effizienz, wodurch neue Akkus inaktiv bleiben. Die Systemladeleistung sinkt. Beim Entladen sind alte Akkus schneller leer, während neue Akkus überlastet werden – das führt zu ungleichmäßiger Abnutzung und kürzerer Lebensdauer.

Ob durch Alterung oder Mischbetrieb – all diese Faktoren verringern die verfügbare Speichermenge und damit den tatsächlichen Nutzen des Systems.

Warum bremst ein gealterter Akku das ganze System aus?

Beginnen wir mit den technischen Grundlagen der traditionellen Stapelschaltung: Im Kern handelt es sich um eine zentrale Parallelschaltung – alle positiven Pole der Akkus sind miteinander verbunden, alle negativen Pole sind parallel geschaltet, wodurch ein Arbeitsmodus mit „gleicher Spannung und Stromüberlagerung” entsteht.

Der entscheidende Nachteil dieser Struktur besteht darin, dass bei unterschiedlichen Spannungen oder Innenwiderständen der verschiedenen Batteriegruppen der Strom entgegen der Logik der Energieübertragung von den Batteriegruppen mit geringem Innenwiderstand zu den Batteriegruppen mit hohem Innenwiderstand fließt und so einen unwirksamen Stromkreis innerhalb des geschlossenen Kreislaufs bildet.

Der Hauptgrund für diesen unwirksamen Stromkreis ist die Inkonsistenz zwischen den Leistungen der Batteriegruppen, die im Folgendem detaillierter erläutert werden:

1. Spannungsunterschied: Passive Entladung von „Hochspannung“ zu „Niederspannung“

Der Alterungsgrad, die Betriebstemperatur und die Anfangskapazität der Akkupacks können zu Unterschieden führen, sodass ihre Spannung im voll aufgeladenen Zustand nicht identisch ist. Beispielsweise erreicht Akkupack A aufgrund seiner kurzen Nutzungsdauer und des guten Zustands der Zellen eine volle Ladespannung von 52 V, während Akkupack B aufgrund langjähriger häufiger Lade- und Entladezyklen und starker Alterung nur eine volle Ladespannung von 50 V erreicht. Wenn beide parallelgeschaltet werden, führt die hohe Spannung des Akkus A den Strom zum Akku B dazu, dass ein Teil der Energie, die eigentlich vollständig zur Versorgung dienen sollte, im Akku einen „Entlade-Lade-Zyklus“ bildet. Dieser Strom ist somit völlig nutzlose Energieverschwendung. Außerdem beschleunigt er die Überladung des Akkus B und die Überentladung des Akkus A, was die Lebensdauer der Akkus weiter beeinträchtigt.

2. Unterschiede im Innenwiderstand: „Konflikte“zwischen „kleinem Innenwiderstand” und „großem Innenwiderstand”

Der Innenwiderstand ist einer der Kernfaktoren für die Effizienzschwäche einer Stromquelle. Seine Größe wirkt sich direkt auf die Ausgangsleistung und Lebensdauer des Geräts aus. Bei einem Akku mit erhöhtem Innenwiderstand führt das Ohmsche Gesetz (I=U/R) zu einer Verringerung des Ausgangsstroms. Gesunde Akkupacks müssen hingegen eine übermäßige Menge an Strom aufnehmen. Diese unausgewogene Belastung führt nicht nur zu einem ineffizienten Energiekreislauf zwischen den Akkupacks, sondern beschleunigt durch die durch den Innenwiderstand erzeugte Wärme auch die allgemeine Alterung und führt zu einem Teufelskreis aus „Verschlechterung des Stromkreislaufs → Ungleichgewicht des Innenwiderstands → größere Verschlechterung des Stromkrreislaufs“.

3. Ungleichmäßige Temperaturverteilung: Der Verstärkungseffekt von „Temperaturunterschieden“

Wenn das Kühlsystem während des Betriebs des Akkus die Temperatur nicht genau regeln kann, führt dies zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung zwischen den einzelnen Akkupacks, wobei Temperatur und Innenwiderstand eng miteinander verbunden sind: Mit jedem Anstieg der Temperatur um 10 °C sinkt der Innenwiderstand des Akkupacks um etwa 5 %. Akkupacks mit niedriger Temperatur und hohem Innenwiderstand haben eine geringere Stromabgabeleistung, während Akkupacks mit hoher Temperatur und niedrigem Innenwiderstand eine Stromabgabe haben, die die normale Menge weit übersteigt, was die Probleme der Energieverschwendung und Akkubeschädigung im System verschärft.

Batterieoptimierer – für den optimalen Zustand jedes einzelnen Akkus

Die oben genannte Analyse zeigt, dass herkömmliche Energiespeicher vor allem aufgrund der zwischen den Akkupacks entstehenden Rückkopplungseffekte unter dem „Holzfass-Effekt“ leiden, was nicht nur zu einer Verschwendung der Gesamtkapazität führt, sondern auch den Verschleiß des Systems beschleunigt. Dieses technische Problem wird nun durch das Indevolt SolidFlex 2000 Balkon-Energiespeichersystem als bahnbrechende Innovation gelöst. Der darin enthaltene Batterieoptimierer ist mit einem unabhängigen System für jedes Akkupacks ausgestattet, der dem Energiespeichersystem eine Art „intelligentes neuronales Netzwerk“ verleiht und so die traditionelle Problematik auf grundlegender Ebene löst. Im Folgenden werden wir eingehend analysieren, wie diese innovative Technologie die Effizienz und Lebensdauer der Energiespeicherung in Haushalten neu gestaltet.

Was ist ein Batterieoptimierer?

Zunächst wollen wir uns die Hauptarchitektur von Batterieoptimierern und herkömmlichen zentralen Systemen ansehen

Durch den Einbau eines Energieoptimierers in jedes Akkupack kann das System den Betriebszustand jedes einzelnen Akkuzelle in Echtzeit überwachen und unabhängig voneinander regulieren. Dabei werden Parameter wie Kapazitätsverlust, Spannungs- und Temperaturänderungen einzelner Module präzise gesteuert. Gleichzeitig wird durch dynamische Ausgleichsregulierung, was die dynamische Anpassung der Lade- und Entladeschwellenwerte entsprechend dem Akkuzustand, die Verwendung einer Strategie, die den Zustand der Akkus priorisiert, um Akkus im guten Zustand vorrangig zu verwenden und so die Anzahl der Ladezyklen alternder Akkus zu reduzieren, sowie die aktive Ausgleichung der Spannung aller Akkupacks einschließt, der „Holzfass-Effekt” vermieden, bei dem schwächere Akkus die Leistung beeinträchtigen.

Die konkreten Vorteile sind wie folgt:

1. Effizienzsteigerung und längere Lebensdauer

Durch modulare Steuerung kann jedes Akkupack unabhängig arbeiten. Gesunde Akkus werden stärker beansprucht, während geschwächte geschont werden. Das verbessert die Gesamteffizienz und verlängert die Lebensdauer des Systems.

2. Höhere nutzbare Kapazität

In einem herkömmlichen Batteriesystem wird die Gesamtkapazität des Systems durch den ältesten Akku mit der schlechtesten Leistung begrenzt, wenn ein alter Akku mit zwei neuen Akkus parallel geschaltet wird. Durch den Einsatz eines Batterieoptimierers wird jeder Akku unabhängig voneinander geladen und entladen, sodass der alte Akku ihre tatsächliche Kapazität entfalten kann und die neuen Akkus mit voller Leistung arbeiten können. Dadurch erhöht sich die nutzbare Kapazität des Systems um mindestens 10 %.

Beispielrechnung mit SolidFlex 2000 (eine alte + zwei neue Akkus):

Szenario	Formel	Nutzbare Kapazität
Klassisch (alle 80%)	1.8kWh × 80% × 3	4.32kWh
Mit Optimierern	1.8kWh×80% + 1.8kWh×100% + 1.8kWh×100%	5.04kWh
Zuwachs	0.72kWh	+16,7%

3. Fehlerisolierung in Millisekunden

Herkömmliche Stapel-Energiespeichersysteme verwenden eine zentralisierte Topologie. Wenn ein einzelnes Akkumodul ausfällt, wird ein Mechanismus ausgelöst, der die gesamte Gruppe zwangsweise abschaltet, was zu einer Verringerung der Systemeffizienz und der Versorgungssicherheit führt. Batterieoptimierer, die auf einer verteilten intelligenten Verwaltungsarchitektur basieren, verfügen über eine Fehlerisolierungsfunktion im Millisekundenbereich. Wenn sie eine Anomalie beim Laden oder Entladen eines Akkumoduls feststellen, schalten sie den fehlerhaften Modulkanal sofort ab, während die übrigen funktionsfähigen Module weiterhin mit voller Leistung arbeiten.

4. Aktive Balancierung

Im Rahmen es Batteriemanagementsystems (BMS) erzielen wir durch eine spezielle Ausgleichsschaltungstechnik eine präzise Kalibrierung der Spannung zweier Zellen: Einerseits wird die überschüssige Energie von Zellen mit hoher Ladung präzise abgeleitet, um eine beschleunigte Alterung einiger Akkus durch langfristige Überladung zu vermeiden, sodass alle Akkus in der Gruppe stets einen ähnlichen Ladezustand aufweisen, was die Konsistenz der Batteriegruppe deutlich verbessert. Andererseits reduzieren wir die kumulativen Spannungsabweichungen der einzelnen Zellen während des Lade- und Entladevorgangs und verringern irreversible Schäden wie Alterung und Elektrolytaufspaltung, die durch langfristige Ungleichgewichte verursacht werden. Dadurch wird verhindert, dass eine einzelne Zelle aufgrund des „Holzfass-Effekts“ die Kapazität des gesamten Akkusatzes einschränkt,was die Lebensdauer des Akkusatzes deutlich verlängert.ht die Einheitlichkeit des Akkupacks und verhindert die Limitierung durch einzelne schwache Zellen.

5. Probleme an der Wurzel gelöst

Je mehr Zellen vorhanden sind, desto ausgeprägter sind die Probleme der Systemkapazitätsdegradation, der verkürzten Lebensdauer und des Effizienzverlusts, was sogar zu potenziellen Sicherheitsrisiken führen kann.

Um dieses Problem der Branche zu lösen, verwendet Indevolt SolidFlex 2000 ein innovatives, minimalistisches Design mit zwei in Reihe geschalteten Zellen mit hoher Kapazität und verzichtet vollständig auf eine Parallelschaltung: Durch die erhebliche Reduzierung der Anzahl der Zellen wird die Wahrscheinlichkeit von Verlusten durch den Ausgleich der Reihenverbindung von Grund auf verringert und die durch mangelnde Konsistenz der Zellen verursachten Leistungsverluste in herkömmlichen Reihen- und Parallelschaltungen perfekt vermieden. Dieses Design sorgt nicht nur für eine wesentliche Steigerung der Systemleistung, sondern bietet auch zahlreiche Vorteile wie Effizienzsteigerung, längere Lebensdauer, geringere Risiken und höhere nutzbare Kapazität.

Fazit: Effizienz, Zuverlässigkeit und Zukunftsfähigkeit

Zusammenfassend kann man sagen: Während herkömmliche Energiespeichersysteme nach wie vor durch den „Holzfass-Effekt“ und die damit verbundenen Leistungsengpässe eingeschränkt sind, löst Indevolt SolidFlex 2000 das Problem der Ungleichgewichte im Akkupack durch eine Kombination aus drei Technologien: „Batterieoptimierer + Hochleistungszellen + spezielle Ausgleichsschaltung“. Dadurch wird eine unabhängige Verwaltung und Optimierung jedes einzelnen Akkupacks ermöglicht, die nutzbare Kapazität erhöht, die Lebensdauer der Akkus verlängert und die Kapitalrendite der Energiespeicherung verbessert.