De beste batterij voor jouw project: efficiency, volume en gewicht

Met de efficiency van een batterij bedoelen we de efficiency van de batterij zelf. Geen enkele batterij is van zichzelf 100% efficiënt: na het omzetten van stroom naar chemische energie en weer terug blijft er in het gunstigste geval een efficiency van 95% over.

Deze efficiency is niet onder alle omstandigheden hetzelfde, maar wordt beïnvloed door factoren zoals de omgevingstemperatuur. Een NMC-batterij is bij lage temperaturen bijvoorbeeld efficiënter dan een LFP-batterij. Je kan er dan dus meer (en sneller) energie in opslaan én meer (en sneller) energie uit halen.

Maar de efficiency van een batterijchemie is natuurlijk niet het hele verhaal. In de praktijk is een batterij voor stationaire opslag onderdeel van een systeem dat meer of minder efficiënt kan zijn. Als we willen weten hoe efficiënt een batterij voor stationaire opslag is, moeten we dus naar de efficiëntie van het totale systeem kijken, oftewel de round-trip efficiency.

Dit kunnen we het beste illustreren aan de hand van een AC-gekoppeld en een DC-gekoppeld systeem.

In een AC-gekoppeld systeem (retrofit, vaak toegepast in situaties waar de batterij achteraf wordt toegevoegd aan een bestaand PV-systeem) wordt de gelijkstroom (DC) uit de zonnepanelen door de PV-omvormer omgezet naar wisselstroom (AC), die direct in huis gebruikt kan worden.

In een batterij kan alleen DC-stroom worden opgeslagen, dus op het moment dat er overtollige zonnestroom naar de batterij wordt gestuurd, vinden er twee conversies plaats: eerst zet de PV-omvormer de DC-stroom die van de panelen komt in AC-stroom. Vervolgens zet de batterij-omvormer deze AC-stroom weer om in DC-stroom die in de batterij opgeslagen kan worden.

Op het moment dat de bewoner de in de batterij opgeslagen stroom wil gebruiken in huis, komt daar nog een derde conversie bij: de batterij-omvormer moet de DC-stroom uit de batterij weer omzetten naar AC-stroom.

Er vinden in een AC-gekoppeld systeem dus drie conversies plaats van DC naar AC, en andersom. Uitgaande van een efficiency van 98% bij het omzetten van DC naar AC, verlies je op de manier maar liefst 6% van de opwekte PV-stroom. Je wilt, in de basis, dus het aantal conversies zo veel mogelijk beperken.

In deze video van SolarEdge wordt dit de ‘triple conversion penalty’ genoemd. Het is alsof je een auto wilt kopen en eerst je eigen munteenheid moet omzetten naar een buitenlandse munteenheid (conversie 1), weer terug naar je eigen munteenheid (conversie 2) en weer terug naar de buitenlandse munteenheid (conversie 3). Elke omzetting gaat gepaard met transactiekosten en dat geldt ook voor conversies van DC naar AC en van AC naar DC.

Gelukkig is er een oplossing om het aantal conversies omlaag te brengen: een DC-gekoppeld systeem. In dit systeem wordt de PV-omvormer vervangen door een hybride omvormer. De overtollige PV-stroom gaat direct via DC-DC koppeling de batterij in en de hybride omvormer vormt de DC-stroom slechts één keer om naar AC-stroom wat ‘s avonds in huis gebruikt wordt. Hier is dus maar één conversie nodig.

Om de vergelijking met het kopen van een auto er weer bij te pakken: je betaalt maar één keer transactiekosten om je auto in een buitenlandse munteenheid te kunnen betalen.

In onze blog Thuisbatterij AC of DC: wat zijn de verschillen? gaan we uitgebreider in op de verschillen tussen een AC-gekoppelde en DC-gekoppelde configuratie en lees je in welke situatie we welk systeem adviseren.

In de praktijk is het verschil tussen een AC- en DC-gekoppeld systeem overigens minder groot dan je op basis van bovenstaande informatie over het aantal conversie zou verwachten.

Dat komt doordat er hierboven van uitgegaan wordt dat er géén verliezen optreden op het moment dat elektrische energie in de batterij wordt opgeslagen in de vorm van chemische energie en vervolgens weer wordt omgezet naar elektrische energie.

Maar aan het begin van deze blog gaven we al aan dat een batterij door zijn chemische proces in het gunstigste geval ongeveer 95% efficiënt is. Alle conversieverliezen als gevolg van het omzetten van DC naar AC en weer terug verlagen de round-trip efficiëntie op systeemniveau verder. Staar je dus niet blind op AC- óf DC-gekoppelde systemen als het om efficiency gaat: het chemische proces in batterij is zelf de grootste beperkende factor voor de totale systeem efficiency in de meeste gevallen.

Reken maar na: de efficiency van het omzetten van DC naar AC of andersom is 98% en chemisch is de batterij in totaal 95% efficiënt. Bij een DC-gekoppeld systeem kom je dan uit op een round-trip efficiency van 0,98 x 0,95 = 93,1%. Bij een AC-gekoppeld systeem is dit: 0,98 x 0,98 x 0,95 x 0,98 = 89,4%.

Een ander aandachtspunt betreft het volume en gewicht van de batterij. Dit speelt doorgaans vooral een rol in mobiele toepassingen zoals elektronica of EV's en dus niet direct bij stationaire opslag voor elektriciteit. Mocht volume of gewicht toch een belangrijk punt zijn voor je klant, dan is het interessant om naar NMC-batterijen te kijken. Deze hebben een hogere energiedichtheid dan LFP-batterijen en er kan dus meer energie in opgeslagen worden, vergeleken met een LFP-batterij van dezelfde afmetingen.

De meeste batterijen in de Memodo-shop hebben een efficiency van rond de 95%. Goede keuzes zijn:

Als volume en gewicht belangrijk zijn, kom je voor stationaire opslag bij een NMC-batterij uit. De LG Chem is de lichtste NMC-batterij, maar hiervoor zijn geen brandwerende maatregelen getroffen en dat brengt dus een risico met zich mee. NMC-batterijen waarbij brandwerendheidsvoorziening (UL9540A) door middel van compartimentering is inbegrepen, zoals de SolarEdge 400V 9,7kWh, worden dan meteen groter en zwaarder, zoals in onderstaande tabel te zien is.

Een LFP-batterij is zwaarder dan een NMC-batterij, maar relatief ook veiliger en je kan het gewicht en de omvang beperken door een modulair uitbreidbare batterij kiezen. Op die manier heb je nooit meer kWh in huis dan nodig is en hiermee bespaar je ruimte en geld.

Goede, modulaire uitbreidbare LFP-batterijen zijn:

• De BYD LVS of de SolarEdge 48V 4,6kWh (laagspanningsbatterijen)
• De BYD HVM of HVS, SMA of de Lynx Home F+ van GoodWe (hoogspanningsbatterijen)
• Fox ESS ECS2900 en ECS4300 batterijtorens
• Pylontech, Dyness enzovoorts

Hulp nodig bij het kiezen van de meest efficiënte, lichtste of kleinste batterij voor jouw project? Onze energie-experts zitten voor je klaar. Bel 088-7867243 of mail naar info@remove-this.memodo.nl.