Batterien in Serie vs. Parallel - Detaillierter Vergleich

In der Welt der Solarsysteme ist die Verbindung der Batterien ein entscheidender Faktor, der die Gesamtleistung beeinflusst. Die Entscheidung, Batterien in Reihe oder parallel oder in einer Kombination aus beiden zu verschalten, wirkt sich erheblich auf die Effizienz und Lebensdauer des Systems aus. Dieser umfassende Leitfaden untersucht die Feinheiten dieser Optionen.

Batterien in Reihe vs. parallel – Was ist der Unterschied?

Die Wahl der richtigen Batteriekonfiguration hängt von den Anforderungen Ihres Geräts und Ihrem Energiebedarf ab. Hier ist eine kurze Übersicht, wie jede Anschlussart funktioniert:

• Reihenschaltung = Spannung summiert sich, Kapazität bleibt gleich.
• Parallelschaltung = Kapazität summiert sich, Spannung bleibt gleich.

Funktion	Reihenschaltung	Parallelschaltung
Spannung (V)	Summe aller Batteriespannungen	Bleibt gleich wie bei einer einzelnen Batterie
Kapazität (Ah)	Bleibt gleich wie bei einer einzelnen Batterie	Summe aller Batteriekapazitäten
Maximalstrom (A)	Bleibt gleich (Begrenzt durch die schwächste Batterie)	Addiert sich (Summe aller maximalen Ströme der Batterien)
Lastverteilung	Voller Systemstrom auf jeder Batterie	Systemstrom wird auf die Batterien verteilt

Verdrahtung von Batterien in Reihe

Verbinden Sie den Minuspol der ersten Batterie mit dem Pluspol der zweiten Batterie. Fahren Sie mit diesem "Daisy-Chain"-Muster für alle Batterien fort. Der endgültige Ausgang Ihres Batteriepacks ist der Pluspol der allerersten Batterie und der Minuspol der allerletzten Batterie.

Anzahl der Batterien in Reihe

Das Verbinden von Batterien in Reihe erhöht die Systemspannung, daher hängt die Anzahl der Reihenschaltungen von der benötigten Spannung Ihres Systems ab, wie z. B. 12V, 24V oder 48V.

• Ein 12V-System ist die einfachste Solarkonfiguration und benötigt nur eine einzelne 12V-Batterie. Es eignet sich für Wohnmobile, Boote, Campingausrüstung und Niedrigstrombeleuchtung und liefert eine bescheidene Leistung für den mobilen Einsatz.
• Ein 24V-System erfordert das Verbinden von zwei 12V-Batterien in Reihe, um eine Gesamtspannung von 24V zu erreichen. Häufig in mittelgroßen Wohnmobilen, kleinen netzunabhängigen Häusern und Telekommunikationsstationen verwendet, halbiert es den Strom im Vergleich zu 12V, reduziert Verluste und verbessert die Effizienz.
• Das 48V-System ist die gebräuchlichste Konfiguration für die solare Energiespeicherung im Wohnbereich und erfordert vier 12V-Batterien in Reihe. Es wird am häufigsten in Wohnspeichern und größeren Anlagen verwendet.

Darüber hinaus können Sicherheitszertifizierungen und Versicherungsanforderungen Einschränkungen für Reihenschaltungen auferlegen. Zum Beispiel erlaubt die PowMr 12V 100Ah Batterie Reihenschaltungen von bis zu 4 Einheiten.

Beachten Sie stets die vom Hersteller angegebenen maximalen Werte unter Berücksichtigung der Einschränkungen des Batteriemanagementsystems, der Sicherheitsstandards, der Zertifizierungsanforderungen und der Garantieverpflichtungen.

Vorteile der Reihenschaltung von Batterien

Erhöhte Spannung: Durch das Reihenschalten von vier 12V 100Ah LiFePO4-Batterien wird ein robustes 48V-System erreicht, ohne die Gesamtkapazität zu verringern. Diese Verbindung behält eine Kapazität von 100Ah bei und zeigt die Vielseitigkeit der Reihenschaltung.

Niedrigerer Strom & dünnere Kabel: Für die gleiche Leistung (Leistung = Spannung × Stromstärke) führt eine höhere Spannung zu einem niedrigeren Strom. Dadurch können kleinere, kostengünstigere Kabel verwendet und Energieverluste bei langen Kabelstrecken reduziert werden.

Erhöhte Effizienz bei der Stromübertragung: Die durch die Reihenschaltung erhöhte Systemspannung führt zu einer Verringerung des Systemstroms. Dies ermöglicht die Verwendung dünnerer Kabel, was die Effizienz der Stromübertragung verbessert und Spannungsabfälle im System minimiert.

Nachteile der Reihenschaltung von Batterien

Begrenzung durch die schwächste Batterie: In einer Reihenschaltung wird die Gesamtleistung durch die schwächste Batterie eingeschränkt. Unterschiede im Ladezustand der Batterien können die gesamte Bank beeinträchtigen. Daher ist eine effektive Ausbalancierung mit einem hochwertigen BMS entscheidend, um das Pack zu schützen und langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Verminderte Redundanz: Wenn eine Batterie in einer Reihenschaltung ausfällt oder ihre Kapazität erheblich abnimmt, kann dies die gesamte Batteriebank beeinträchtigen und die Gesamtleistung der angeschlossenen Geräte oder des gesamten Systems beeinflussen.

Begrenzungen bei Anwendungen mit erhöhter Spannung: Diese Maßnahme erfordert, dass alle Ihre Anwendungen mit einer erhöhten Spannung betrieben werden. Wenn Sie beispielsweise zwei 12V-Batterien in Reihe schalten, beträgt die resultierende Spannung 24V. Ohne Einsatz eines Konverters können Sie in diesem Setup keine 12V-Geräte mit Strom versorgen.

Batterien parallel verkabeln

Beim Parallelschalten von Batterien verbinden Sie die Pluspole miteinander und die Minuspole miteinander. Während die Verkabelung bei kleinen Batteriezahlen relativ einfach ist, erfordern großflächige Parallelschaltungen eine fundierte Schaltungsplanung, um eine ausgewogene Stromverteilung sicherzustellen.

Es wird empfohlen, diagonale Verkabelung oder Battery Busbars zu verwenden, um Überhitzung oder eine verkürzte Lebensdauer durch ungleichmäßige Stromverteilung zu vermeiden. Für detailliertere Verkabelungsschemata und bewährte Verfahren konsultieren Sie bitte unseren professionellen Leitfaden.

Anzahl der Batterien in Parallelschaltung

Die Anzahl der parallel anschließbaren Batterien hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Kapazität des Battery Management System (BMS), der Verkabelungsspezifikationen und den spezifischen Empfehlungen des Herstellers.

Innerhalb sicherer Grenzen kann die Anzahl der Batterien basierend auf der vom System benötigten Stromversorgungsdauer bestimmt werden. Die meisten Batteriesysteme unterstützen 2-4 parallel geschaltete Batterien für Wohnanwendungen.

Betrachten Sie ein netzunabhängiges Wohnmobil mit einem Tagesverbrauch von 10kWh:

• Eine 48V, 100Ah (5kWh) Batterie benötigt zwei Parallelsysteme für eine zweitägige Notstromversorgung.
• Für eine vier Tage lange Notstromversorgung werden vier Parallelsysteme benötigt.

Die Skalierbarkeit von parallelen Batterieverbindungen vereinfacht die Kapazitätsplanung und erweist sich besonders vorteilhaft für Anwendungen, die einen verlängerten autonomen Betrieb erfordern. Beispiele sind netzunabhängige Systeme, Notstromversorgung bei längeren Ausfällen oder saisonale Energiespeicherung.

Vorteile der Parallelschaltung von Batterien

Erhöhte Kapazität & Laufzeit: Das Verbinden von Batterien in Parallelschaltung erhöht die Gesamtkapazität bei gleichbleibender Batteriespannung und verlängert so die Stromversorgungsdauer des Systems.

Zum Beispiel, wenn Sie zwei 24V 100Ah Batterien parallel schalten, beträgt die Gesamtkapazität 200Ah. Die Spannung bleibt gleich, aber die Betriebsdauer der Batterien verdoppelt sich.

Systemredundanz: Wenn eine Batterie in einer Parallelschaltung eine verminderte Leistung aufweist oder ausfällt, können die verbleibenden Batterien weiterhin das System mit Strom versorgen. Dies bietet eine bessere Fehlertoleranz im Vergleich zu Serienschaltungen, obwohl die Gesamtkapazität reduziert wird.

Spannungskompatibilität: Die Parallelschaltung hält die gleiche Spannung wie einzelne Batterien aufrecht, wodurch Spannungswandler überflüssig werden. Ein 12V-Parallelsystem kann alle 12V-Geräte und -Apparate direkt ohne zusätzliche Umwandlung versorgen.

Nachteile der Parallelschaltung von Batterien

Höhere Stromanforderungen: Parallelschaltungen erhöhen den Gesamtstrom bei gleicher Leistungsausgabe, da die Systemspannung niedriger ist als bei Serienschaltungen. Dies erfordert dickere Kabel, um den höheren Strom sicher zu führen, was die Installation komplexer macht.

Erhöhte Kabelkosten und Verluste: Die Verwendung von Kabeln mit größerem Durchmesser reduziert den Spannungsabfall und den Innenwiderstand, erhöht jedoch die Materialkosten. Insgesamt sind Parallelschaltungen in der Regel teurer und arbeitsintensiver als äquivalente Serienschaltungen.

Unausgeglichene Lastverteilung: Batterien in Parallelschaltung können aufgrund von Unterschieden im Innenwiderstand oder Gesundheitszustand ungleichmäßig entladen werden. Ohne richtige Ausbalancierung arbeiten einige Batterien härter als andere, was zu ungleichmäßigem Verschleiß führt und möglicherweise die Lebensdauer des gesamten Batteriepools verkürzt.

Batterien in Reihe vs. parallel: Was ist das Richtige für Sie?

Die Entscheidung zwischen Reihen- und Parallelschaltung hängt nicht davon ab, welche "besser" ist, sondern welches das richtige Werkzeug für Ihre spezifische Aufgabe ist. Lassen Sie diesen einfachen Leitfaden die Wahl erleichtern:

Wählen Sie eine REIHEN-Schaltung, wenn:

• Sie benötigen höhere Spannung. Ihr Hauptziel ist es, einen 24V-, 48V- oder höher spannenden Wechselrichter oder ein Gerät zu betreiben.
• Effizienz über lange Strecken ist entscheidend. Sie bauen ein größeres stationäres System (wie eine netzunabhängige Hütte), bei dem die Minimierung der Drahtstärke und des Leistungsverlusts wichtig ist.
• Sie identische, nagelneue Batterien und ein hochwertiges BMS haben, das die kritische Aufgabe des Zellenausgleichs übernimmt.

Wählen Sie eine PARALLEL-Schaltung, wenn:

• Sie benötigen längere Laufzeit. Ihr Hauptziel ist es, die Amperestunden-Kapazität zu maximieren, um Ihr bestehendes 12V- (oder 24V-) System so lange wie möglich am Laufen zu halten.
• Sie müssen Geräte mit hohem Stromverbrauch versorgen. Sie müssen den maximalen Entladestrom mehrerer Batterien kombinieren, um einen leistungsstarken Wechselrichter, Motor oder andere schwere Last zu starten.
• Systemredundanz hat Priorität. Sie möchten, dass Ihr System auch dann betriebsbereit bleibt, wenn eine Batterie ausfällt.

Kann man Batterien in Reihe und parallel verdrahten?

Sie können Batterien in Reihe und parallel anschließen, um gleichzeitig höhere Spannungen und größere Kapazitäten zu erreichen und den Strom über mehrere Wege zu verteilen, um die Belastung einzelner Zellen zu reduzieren.

Hier ist ein Beispiel für den Aufbau eines 24V-Systems mit 12V 100Ah Batterien, die maximal vier in Reihe und vier parallel zulassen. Die optimale Lösung ist, zwei Batteriegruppen in Reihe zu schalten, um eine 24V 100Ah Spezifikation zu erreichen. Durch die Erstellung von vier dieser Reihengruppen und anschließendes Parallelschalten der Gruppen bleibt die Systemspannung bei 24V, während die Kapazität auf 400Ah erhöht wird.

Dieser Ansatz erweist sich besonders praktisch, wenn die vorhandenen Batteriespezifikationen die Anforderungen an Spannung und Kapazität nicht vollständig erfüllen können, und ermöglicht flexible Anpassungslösungen mit Standardbatterien.

Tipps zum Anschluss von Solarbatterien

Beim Anschluss von Solarbatterien sind mehrere Überlegungen zu beachten, um eine sichere und effiziente Einrichtung zu gewährleisten. Hier sind einige Tipps zum Anschluss von Solarbatterien:

Batterieauswahl

Es ist wichtig sicherzustellen, dass alle in einer Reihen-/Parallelschaltung verwendeten Batterien vom gleichen Typ und Alter sind, die gleiche Kapazität und Spannung haben und richtig ausbalanciert sind, um eine Überladung oder Entladung einzelner Batterien zu verhindern. Blei-Säure- und Lithium-Ionen-Batterien sind gängige Arten von Solarbatterien für Wechselrichter. Berücksichtigen Sie Faktoren wie Kapazität, Spannung und Lebensdauer.

Laderegler- und Wechselrichterkompatibilität

Passen Sie die Einstellungen des Ladereglers gemäß den Empfehlungen des Batterieherstellers an, einschließlich Absorptionsspannung, Erhaltungsladungsspannung und Temperaturkompensation. Stellen Sie sicher, dass der Wechselrichter mit der Spannung und dem Typ des Batteriebanks kompatibel ist und beachten Sie spezifische Anschlussanforderungen.

Kabeldimensionierung

Verwenden Sie Kabel mit angemessener Größe zum Anschluss der Batterien. Zu kleine Kabel können zu Spannungsabfällen und verringerter Systemeffizienz führen. Orientieren Sie sich an einer Kabelgrößentabelle für Batteriekabel im Produktmanual basierend auf Stromstärke und Entfernung.

Temperatur und Belüftung

Installieren Sie Batterien an einem gut belüfteten Ort und erwägen Sie bei Bedarf Belüftungssysteme. Außerdem arbeiten Batterien optimal in einem bestimmten Temperaturbereich. Vermeiden Sie extreme Temperaturen und ziehen Sie eine temperaturkompensierte Ladung in Betracht, wenn Ihr Laderegler dies unterstützt.

Sicherung und Schutzschaltung

Installieren Sie geeignete Batteriesicherungen und Leistungsschalter, um den Batteriebank vor Überstrom und Kurzschlüssen zu schützen. Platzieren Sie Sicherungen sowohl auf der positiven als auch auf der negativen Seite des Batteriebanks.

Beachten Sie stets die Richtlinien und Spezifikationen des Herstellers für die spezifischen Batterien und Komponenten, die Sie in Ihrem Solarsystem verwenden. Zusätzlich sollten lokale elektrische Vorschriften und Normen bei der Installation eingehalten werden. Wenn Sie unsicher oder unerfahren bei der Installation sind, ziehen Sie in Erwägung, einen Fachmann mit der Installation und dem Anschluss der Solarbatterien zu beauftragen. Dies hilft Fehler zu vermeiden und ein sicheres sowie effizientes System zu gewährleisten.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Kann ich alte und neue Batterien in meinem Akkupack mischen?

Auf keinen Fall. Eine ältere Batterie beeinträchtigt die Leistung und Lebensdauer des gesamten Akkupacks, unabhängig vom Verbindungstyp.

Welche Verbindung belastet einzelne Batterien mehr?

Es hängt von der Art der Belastung ab.

• Für Strombelastung ist die Reihenschaltung höher. In einem Reihenschaltkreis muss jede Batterie 100 % des Systemstroms bewältigen. In einem Parallelschaltkreis wird der Strom aufgeteilt.
• Für Spannungsausgleich ist die Reihenschaltung komplexer. Das BMS muss die Spannung jeder Batterie einzeln aktiv steuern. Eine Parallelschaltung ist aus Spannungssicht weitgehend selbstbalancierend.

Mein Wechselrichter benötigt 150A, aber meine Batterien sind nur für maximal 100A Entladung ausgelegt. Was soll ich tun?

Sie müssen eine Parallelschaltung verwenden. Wenn Sie zwei 100A-max Batterien parallel anschließen, kann Ihr neuer Akku eine kombinierte Stromstärke von 200A liefern und somit sicher den Bedarf Ihres Wechselrichters decken. Eine Reihenschaltung würde die maximale Stromstärke nicht erhöhen.

Müssen meine Kabel die gleiche Länge haben?

Für Parallelschaltungen ist das tatsächlich entscheidend. Die Verwendung von Kabeln mit identischer Länge und Querschnitt sorgt für eine gleichmäßige Stromverteilung. Ungleiche Kabellängen führen zu ungleichmäßiger Lastverteilung.