Akkuheizung für den Winter

Tatsache: LiFePo4-Akkus dürfen nicht unter 0°C geladen werden, ohne die Lebensdauer erheblich zu verkürzen.

Dies schmerzt in einer Outdoor-PV-Insel besonders, da die wenigen Sonnenstunden im Winter möglichst vollständig in den geladen werden Akku müssen, damit dieser zumindest die Beleuchtung und die Überwachungskameras im Garten versorgen kann. Wie immer bei PV: Was im Sommer im Überangebot ist, ist im Winter viel zu wenig.

Damit der Akku also nicht erst durch natürlichen Anstieg der Aussentemperaturen und die eigene Entladung über 0°C warm werden muss, führe ich den Versuch durch, die Energie aus 3x 100W-PV-Modulen bei Sonnenaufgang direkt per Wärmefolien auf das Akkugehäuse zu übertragen. Dadurch kann die Ladung früher beginnen, sobald die Untertemperatur-Schutzschaltung des PV-Ladereglers die Ladung freigibt.

Im Inneren meines LiFePo4-Akkus ist leider kein Platz, um die Wärmefolien direkt an den Zellen anzubringen. Zudem soll durch die Anbringung der Wärmefolien am Edelstahl-Gehäuse eine möglichst gleichmäßige Erwärmung aller 4 prismatischen Zellen erreicht werden.

Aufbau:

  1. Aufständerung von 3x 100W-Modulen aus Altbestand:

Aufständerung 1 Aufständerung 2 Aufständerung 3 Aufständerung 4 Aufständerung 5 Aufständerung 6 Aufständerung 7

Elektrik:

  • Aufgrund der Länge der Zuleitung von 20m wähle ich die Serienschaltung der PV-Module und erreiche so eine Leerlaufspannung von ca. 60V. Mit einem Leitungsquerschnitt des Solarkabels von 6mm² treten zu vernachlässigende Verluste auf.
  • Um den Ertrag und die Spannungs- und Stromwerte beobachten zu können, kommt ein DC-Power Meter mit Messwiderstand zum Einsatz. Dieses kann Spannungen von 6,5V - 100V und Strom bis 100A messen.
  • Als Heizung verwende ich 2 Stk. Wärmefolien mit 12V Betriebsspannung und 25W Leistung.
  • Der DC-Wandler ist für den Einsatz mit 48V beworben, beim näheren Hinsehen eignet er sich jedoch eingangsseitig für einen Spannungsbereich bis 60V und erzeugt daraus 12V mit einer Leistung bis zu 360W. Durch den direkten Anschluss der Wärmefolien wird auch bei Dämmerung noch Energie erzeugt, die Spannung fällt dann zwar unter 12V und die Wärmefolien erzeugen dann halt einfach weniger Wärme.
  • Als Trennschalter verwende ich einen 1-poligen Ausschalter aus der Haustechnik, den ich noch rumliegen hatte.

Elektrischer Aufbau Messinstrument Erfolgreicher Test der Wärmefolien Anbringung am Akku Isolation am Akku

Ergebnis:

  • Bereits bei mäßiger Bestrahlung der PV-Module erreichen die Wärmefolien ihre Leistung und werden ohne Wärmeableitung an die 80°C heiß.
  • Die Isolation verringert die Abstrahlung in den Raum hinein und verteilt die Wärme besser an das Edelstahlgehäuse.
  • Die Temperatur im Inneren des Akkus kann ich nun über den PV-Laderegler ablesen, dessen externer Temperatursensor direkt an den Akkuzellen angebracht ist.

Geplante Weiterentwicklung:

  • Messung der Spannungs- und Temperaturwerte mit separatem ESP32-Mikrocontroller und Übertragung per MQTT und VPN an den heimischen ioBroker zur Überwachung aus der Ferne.