Bygg egen batteribank: Litium knuser blybatterier på totalprisen

En batteribank knyttet til el-anlegget hjemme kan bidra til lavere strømregning. Batteribanken kan overta for nettstrøm i periodene av døgnet der strømprisen er høyest, og avlaste nettstrøm-bruken i perioder med stort effektuttak. Det løses med å lade opp batteriene når strømmen er billig, og så bruke av denne strømmen når prisen er høy. Oppladingen skjer enten med «gratis» strøm fra solcellepaneler eller med nettstrøm i lavprisperioder.

Det finnes to alternativer for en slik privat batteribank: Enten kjøpe en ferdig pakke, eller bygge opp sin egen bank, etter egne behov og premisser. I denne artikkelen skal vi se på selvbygg med batteripakker i standardformat som er tilgjengelig og lett å skaffe på det norske markedet. Fokuset vårt er på valg av batterier og konkrete, praktiske regnestykker for disse.

Valg av batterier

Vi har tidligere sett nærmere på egenskapene til de forskjellige grunnteknologiene som er i bruk i batterier i dag. For denne analysen ønsker vi å sammenligne batterier fra to av hovedfamiliene: Bly- og litiumbaserte batterier, i batteripakker som er enkelt tilgjengelig på markedet.

Blybaserte batterier er attraktive fordi dette er den rimeligste batteritypen. For vår anvendelse leter vi etter «deep cycle-batterier», altså batterier som har høy kapasitet for rolig utlading over litt tid. I tillegg ønsker vi vedlikeholdsfrie batterier, slik at vi slipper å etterfylle batterivann på cellene. Når vi holder disse kravene opp mot prisnivået, finner vi at AGM-batterier er det mest kosteffektive.

Vi har funnet slike batterier hos den norske leverandøren Skanbatt. Vi har sjekket et utvalg av alternativene blant AGM-batterier med høy kapasitet i nettbutikken der, og regnet på hvor mange kroner vi må betale per kilowattime (kWh) med kapasitet. Vinneren her ble et stort AGM-batteri med hele 260 Ah i kapasitet til 6.795 kroner, som gir oss en pris per kWh på 2.278 kroner.

Å velge blant litiumbatterier er litt enklere. Det er batterikjemien LiFePO4 (LFP) som er mest utbredt, blant annet fordi denne typen regnes som den aller tryggeste blant litiumbatteriene, i tillegg til at prisen er i det lave området for litiumbatterier.

Det eneste å ta stilling til i tillegg, er intern oppvarming eller ei. Litiumbatterier er ikke glade i å lades opp i minusgrader, og derfor finnes det batterier med innebygd oppvarming. Slike batterier er aktuelle på hytta eller i en helårs campingvogn eller bobil, men de koster naturligvis litt mer enn batterier uten oppvarming. I vårt eksempel tenker vi oss at batteribanken plasseres på et sted med oppvarming i forbindelse med boligen, og velger LFP-batterier uten oppvarming, rett og slett fordi disse er billigere.

På nettbutikken Makspower.no finner vi passende litiumbatterier. Et batteri med 200 Ah kapasitet til 12.990 kroner gir oss en pris per kWh på 5.412,50.

Størrelsen på banken

En batteribank kan i prinsippet være så stor som helst. Problemet er at prisen på banken øker med størrelsen, så investeringen kan bli så stor at den i praksis ikke er realistisk. Derfor er vi nødt til å gjøre noen forutsetninger for å kunne sette opp et regnestykke som er forankret i den virkelige verden.

For å unngå pris- og effektopper på daglig basis må kapasiteten til banken kunne dekke behovet i noen timer per dag. Hvor mye strøm som trenges fra batteriene kommer dermed an på den aktuelle forbruksprofilen – vi baserer oss på gjennomsnittstall, blant annet fra SSB, i denne analysen:

Totalt forbruk per døgn: 57 kWh

Antall timer på batteridrift: 6

= Behov for batterikraft per døgn: 9,5 kWh

For å utnytte denne energien i hjemmet må vi omforme likestrømmen med lav spenning på batteriene til vekselstrøm på 230 volt, som hjemmet bruker. Til det må vi ha en vekselretter (inverter), og som i alle andre sammenhenger der vi snakker om energi, så må vi regne med tap. Gode vekselrettere for slik bruk har en effektivitet på over 95 prosent, noen større modeller helt opp mot 98,5 prosent, så vi bruker 3,5 prosent som representerer et gjennomsnittlig tap i denne delen av anlegget. Dette øker kraftbehovet i banken vår til 9,83 kWh, som er tallet vi baserer de videre regnestykkene på.

I tillegg må vi definere hvor lenge denne løsningen skal vare. Den komponenten som varer lengst i en slik løsning, er vekselretteren. Ofte opererer leverandørene med minst 10 års levetid på slike enheter, så vi velger det tallet for vårt regnestykke.

Batterier og levetid

Batterier varer ikke evig. Levetiden er bestemt av batterikjemien og hvordan batteriene brukes, og her er variasjonene store. Nøkkeltallet i denne sammenhengen er antall ladesykluser (på engelsk «Cycle Life»), som altså er antallet ganger batteriet kan lades ut og opp igjen, før det er utrangert. Men dette tallet er ikke en konstant for hver batteritype, i tillegg kommer antall ladesykluser an på hvor langt ned man lader ut batteriet før man lader det opp igjen. Begrepet som ofte brukes om dette er DOD – «Depth of discharge», altså graden av utlading, målt i prosent. 100% DOD tilsvarer helt tomt batteri, mens 50% DOD betyr at batteriet er halvveis utladet.

Felles for alle batterityper er at jo mer du tømmer det før neste opplading, desto lavere blir totalt antall ladesykluser batteriet tåler. Denne degraderingen går gradvis, og for batteriene i elbiler regnes de som utrangerte når de har gått ned til 80 prosent av opprinnelig kapasitet.

Dette fenomenet er særlig viktig når det handler om blybaserte batterier. Levetiden går kraftig ned om man lader ut batteriene mer enn 50 prosent, mens en lavere DOD vil øke levetiden. Grafen over er klippet fra databladet til AGM-batteriet vi valgte, og vi ser en dramatisk forskjell på levetiden i forhold brukt til DOD. Om vi bruker elbil-standarden på 80 prosent kapasitet ved utrangering, så leser vi de forskjellige syklustallene ut fra grafen:

Ved 100% DOD: 281
Ved 50% DOD: 562
Ved 30% DOD: 1331

For litiumbatteriene er antall ladesykluser en av de store fordelene disse batteriene tilbyr. Det er fordi det er en annen kjemi i bruk i disse batteriene, og den degraderer langt langsommere enn det blybatteriene sliter med.

For batteriet vi valgte på grunnlag av prisen per kWh, er tallene for antall ladesykluser oppgitt slik:

Ved 100% DOD: 3000
Ved 80% DOD: 6000

Dette er veldig signifikant siden vi valgte å beregne prisen på en levetid på batteribanken på 10 år, som utgjør 3650 ladesykluser. Vi ser at vi klarer oss med den opprinnelige banken om vi bruker litiumbatterier som vi ikke lader helt ut, mens det er opplagt at vi må skifte ut blybatteriene i løpet av bankens levetid. Hva blir det rimeligste alternativet når vi tar dette med i beregningen?

Tre alternativer for blybatteriene

Når vi lader ut mindre strøm enn det som totalt finnes i batteriet, så må vi ha flere batterier for å ta ut samme totale energimengde. For AGM-batteriet på 260 Ah må vi først finne ut hvor mange kWh vi får ut ved forskjellige nivåer av DOD:

100%DOD: 12V x 260 Ah = 3120 Wh, eller 3,12 kWh
50% DOD: (12V x 260 Ah) x 50/100 = 1560 Wh, eller 1,56 kWh
30% DOD: (12V x 260 Ah) x 30/100 = 936 Wh, eller 0,936 kWh

Deretter må vi regne ut hvor mange batterier som trenges for å få de 9,83 kWH som vi trenger hver dag ut av batteribanken:

100% DOD: 9,83 kWh / 3,12 kWh = 3,15
50% DOD: 9,83 kWh / 1,56 kWh = 6,3
30% DOD: 9,83 kWh / 0,936 kWh = 10,5

Så beregner vi hvor mange batteriskifter vi trenger for de forskjellige utladingsnivåene, basert på at vi trenger 3650 ladesykluser over de ti årene:

100% DOD: 3650 / 281 = 12,98
50% DOD: 3650 / 562 = 6,49
30% DOD: 3650 / 1331 = 2,74

Nå kan vi regne på kostnadsforskjellene for de tre bruksprofilene våre. Vi må selvsagt runde av alle tallene oppover, siden det ikke går an å kjøpe 3,15 batterier, og heller ikke skifte dem ut 12,98 ganger:

100% DOD: 4 x 13 = 52 batterier á kr. 6.795: 353.379 kroner
50% DOD: 7 x 7 = 49 batterier á kr. 6.795: 332.992 kroner
30% DOD: 11 x 3 = 33 batterier á kr. 6.795: 224.260 kroner

I tillegg vil montasjekostnader for batteribanken måtte legges til regnestykket. Dette er helt klart elektrikerarbeid – en 10 kWh batteribank inneholder fryktelig mye energi, så fagmessig riktig installasjon er helt påkrevd. I oppsummeringstabellen i slutten av artikkelen har vi estimert installasjonen slik: Timespris 1000 kroner, 20 minutt installasjonstid per batteri, 200 kroner i materiell.

Det er flest batteriskifter for det dyreste alternativet, slik at elektrikerkostnaden vil bli større for det alternativet, enn for de to andre. Det billigste alternativet blir relativt sett enda billigere når vi tar inn montasjen, så vi kan trygt konkludere at alternativet med en batteribank med 11 batterier som skal skiftes ut 2 ganger i tillegg til den første installasjonen i løpet av levetiden er det billigste alternativet når vi bruker AGM-batterier.

Enklere med litium-bank

For litiumbatterier er regnestykket adskillig enklere. Vi har allerede fastslått at vi klarer oss med de samme batteriene over hele tiårs-perioden, om vi bare ikke tar de helt ned i 100% DOD. Ved å tegne en enkel graf over de to verdiene for DOD som vi har fått oppgitt, så ser vi at om vi lader ut batteriene til maks 95% DOD, så vil de få et livssyklustall på 3650 ganger, som er de ti årene vi er ute etter.

Da kan vi gjøre den tilsvarende kalkylen som vi gjorde for AGM-batteriene, bare på 12V 200Ah litiumbatterier:

95% DOD: (12V x 200 Ah) x 95/100 = 2280 Wh, eller 2,28 kWh

Deretter trenger vi å finne hvor mange batterier vi må ha for å levere 9,83 kWh per dag:

95% DOD: 9,83 kWh / 2,28 kWh = 4,31

Antallet batteribanker vi trenger er 1 ved 95% DOD, så det trenger vi ikke å regne på. Så da er det som gjenstår å finne kostnaden på batteriene for ti års drift:

95% DOD: 5 x 1 = 5 batterier, á kr 12.990: 64.950 kroner

Siden det bare er fem batterier som skal installeres én gang i løpet av levetiden til anlegget, vil installasjonskostnaden være på mindre enn en sjettedel av det billigste alternativet for AGM-batteriene. Det er svært enkelt å konkludere etter denne studien:

Konklusjon: Litium!

Takket være det enormt mye høyere antall ladesykluser i litiumbatteriene, er dette det rimeligste alternativet, med svært god margin – litiumløsningen koster godt under en tredjedel av løsningen med blybatterier, enda det enkelte batteriet koster nær dobbelt så mye.

Om vi regner tilbake etter avrundingene våre, blir regnesykket enda bedre. Setter vi en DOD på 80% på de fem batteriene, så får vi 9,6 kWh per utlading, samtidig som levetiden nå øker til 6000 sykluser. Det tilsvarer 16 og et halvt års levetid med en daglig lade/utlade-syklus

I tabellen over har vi estimert prisen på vekselretteren til 24.000 kroner. Dette er på basis av nettsøk etter en enhet med passe kapasitet for denne anvendelsen, i tillegg til en times montasjearbeid. Om batteribanken skal brukes i forbindelse med solceller, trenges en mer avansert utgave, som både er ladekontroller fra solcellepanelene og nettstrømmen, i tillegg til vekselretter for begge likespenningskildene. Prislappen på denne vil være høyere, og modellen må tilpasses den konkrete systemløsningen.

Den siden av regnestykket må derfor ikke glemmes, men i denne studien var det pris og ytelse på batteriene vi var ute etter å finne ut av – og der er de tilsynelatende dyre litiumbatteriene overraskende mye billigere, når vi ser på totalløsningen over hele levetiden. Det eneste som mangler er at Enova innfører støtte til slike batteribanker, slik at flere klarer å regne investeringen hjem.