[1]Maximale Unabhängigkeit durch Eigenverbrauch von Solarstrom zu jeder Tageszeit – das geht nur mit einem Batteriespeicher. Zur Wahl stehen dabei unterschiedliche Technologien. Für Privathaushalte kommen Batterien mit Zellen auf Basis von Lithium oder Blei in Betracht. Beide Technologien haben verschiedene spezifische Merkmale, die sie für unterschiedliche Anwendungszwecke geeignet machen. Dieser Beitrag vergleicht unterschiedliche Speichertechnologien hinsichtlich Lebensdauer, Nutzkapazität, Wirkungsgrad und Sicherheitsanforderungen.
Lebensdauer und Zyklenfestigkeit
Man unterscheidet eine Zyklen- und eine kalendarische Lebensdauer. Bei Lithium-Speichern geht man aufgrund der bislang gesammelten Erfahrungswerte von einer kalendarischen Lebensdauer von rund 15 Jahren aus. In einem Privathaushalt kann man davon ausgehen, dass ein Speicher ca. 270 bis 300 mal im Jahr vollständig be- und wieder entladen wird. Eine vollständige Be- und Entladung ist dabei ein Zyklus. Werden Sie also hellhörig, wenn Hersteller mit 10.000 Zyklen oder mehr werben. Diese können in einem normalen Haushalt in 15 Jahren niemals realistisch erreicht werden und sind eher ein Fall für Spezialanwendungen oder die Marketingabteilung.
[2]Bei Blei-Akkus kommt es durch die chemischen Reaktionen bei der Energiespeicherung im Laufe der Jahre zu innerer Korrosion der Elektroden und einer Sulfatierung der Bleiplatten [3]. In Verbindung mit einem Batteriemanagement, das die Be- und Entladung optimiert und in festgelegten Intervallen Ausgleichsladungen durchführt um die Sulfatierung zu reduzieren, erreichen Bleispeicher eine recht hohe Lebensdauer von rund 10 Jahren, bevor es zu einem signifikanten Leistungsabfall kommt. Rein technisch ist die Lebensdauer erreicht, wenn die Kapazität 80% unterschreitet. Die Batterie kann aber auch danach noch weiterbetrieben werden, wenn kein technischer Defekt vorliegt und die Restkapazität noch für den Anwendungszweck ausreichend ist.
Schwarmstromkonzepte (für die es im Moment allerdings noch keine einheitliche Rechtsgrundlage gibt) verbinden stationäre Speicher miteinander zu einem virtuellen Großspeicher, bei dem die Be- und Entladung von außerhalb gesteuert wird. Dabei ist davon auszugehen, dass die Zyklenzahl steigt und sich dadurch die Lebensdauer der Speicher verkürzen kann. Zudem ist der Eigenverbrauch bei Schwarmspeicherkonzepten eingeschränkt, da in jedem Gerät immer eine bestimmte Speicherkapazität vorgehalten werden muss.
Nutzkapazität und Wirkungsgrad
Lithium hat einen höheren Wirkungsgrad [4] als Blei. Entscheidend ist, wieviel Nutzkapazität ein Speicher bietet. Dies berechnet sich durch die DoD (Depth of Discharge), die Entladetiefe. Sie beträgt bei Blei-Batterien 50 Prozent, bei Lithium-Batterien 80 bis 100 Prozent.
Um die Lebensdauer eines Speichers zu erhöhen, wird bei Blei-Batterien häufig mit Saisonbetrieb gearbeitet. Dabei geht man davon aus, dass im Winter durch geringere Einstrahlung weniger Strom in den Speicher geladen werden kann. Entsprechend wird die Entladetiefe erhöht um eine höhere Grundladung der Batterie herzustellen, was die Lebensdauer erhöht. Im Sommer hingegen ist mit täglichen Ladezyklen zu rechnen, sodass eine kurzfristige, tiefere Entladung bis z.B. 45 Prozent zugelassen werden kann, ohne dass sich die Lebensdauer verkürzt.
[5]Steuerung und Überwachung
Sowohl beim Blei-Gel-Akku wie auch bei Lithium-Ionen-Akkus ist das richtige Batteriemanagementsystem von hoher Bedeutung, um die gewünschte Lebensdauer zu erreichen und um die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Dazu folgt später ein eigener Beitrag in unserer Serie.
Generell sollten Speicher und PV Anlagen wie alle elektrischen Systeme regelmäßig auf Betriebssicherheit und Funktionsfähigkeit überprüft werden.
Praxistipp
Speicherbetreiber sollten regelmäßig überprüfen, ob der Speicher mit der neuesten Firmware läuft und diese ggf. durch den Installateur aufspielen lassen. Optimierungen im Ladeverfahren, die auf wachsenden Erfahrungswerten basieren, werden in der Firmware regelmäßig aktualisiert und tragen damit zu einer längeren Lebensdauer der Speicher bei. Dies ist vergleichbar mit den Systemupdates von Computer-Betriebssystemen.
VDE-Norm
Die DKE [6](Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik) in DIN und VDE hat im September 2015 eine VDE-Anwendungsregel (AR) veröffentlicht, der sich mit den Anforderungen beim Errichten und Demontieren von stationären elektrischen Speichern beschäftigt. Die VDE-AR-E 2510-2 beschreibt die Sicherheitsanforderungen während des Lebenszyklus eines ortsfesten elektrischen Energiespeichersystems mit Anschluss an das Niederspannungsnetz – von der Planung über den Anschluss bis zur Entsorgung.
Zum Weiterlesen
VDE-Anwendungsregel [7]: VDE-AR-E 2510-2 (Sicherheitsanforderungebn an ortsfeste elektrische Energiespeichersysteme)
Merkblatt für Einsatzkräfte [8]beim Einsatz an stationären Lithium-Speichern (BSW, 12/2014)
Sicherheitsleitfaden Li-Ionen-Hausspeicher [9](BSW, BVES, DGS u.a., 12/2014)
GelHandbuch [10] für stationäre, verschlossene Gel-Bleibatterien, Teil 2: Montage, Inbetriebnahme, Betrieb (GNB, 2012)