Welche Batteriespeicher sind die Besten?

Die beiden gebräuchlichsten Arten von Speicherbatterien sind Blei- und Lithiumbatterien. Blei-Säure-Batterien bieten eine ausgezeichnete Leistung mit niedrigen Investitionskosten, sind aber sperrig und aufgrund des Bleis schwerer als die anderen. Außerdem müssen sie in gut belüfteten Räumen untergebracht werden, um zu verhindern, dass der freigesetzte Wasserstoff in Verbindung mit Sauerstoff ein explosives Gas bildet. 

Lithiumbatterien sind eine Weiterentwicklung der Blei-Säure-Batterien. Sie haben eine kürzere Wiederaufladezeit, entladen sich zu mehr als 80 % (im Gegensatz zu etwa 50 % bei Blei-Säure-Batterien) und haben eine fast doppelt so lange durchschnittliche Lebenserwartung (mehr als 5.000 Zyklen im Gegensatz zu 3.000). Zudem setzen sie keine schädlichen Gase frei – sind aber dementsprechend teurer.

Nickel-Cadmium-Batterien (NiCd) sind ähnlich aufgebaut wie Blei-Säure-Batterien, verwenden aber Nickelhydroxid für die Anodenplatten und Cadmiumoxid für die Kathodenplatten. NiCd-Batterien bleiben auch bei extrem niedrigen Temperaturen von bis zu -50 °C leistungsfähig. Dies ist für Photovoltaikanlagen in kalten Umgebungen von entscheidender Bedeutung. Ferner können diese Batterien vollständig entladen werden und behalten dabei einen Wirkungsgrad von etwa 95 Prozent. Neben den hohen Kosten ist jedoch zu bedenken, dass sie sich bei Nichtgebrauch schneller entladen. Zudem ist Cadmium ein sehr giftiges Element, sodass die Batterien nur schwierig zu entsorgen sind.

Nickel-Metallhydrid-Batterien (NiMh) sind eine Weiterentwicklung der Nickel-Cadmium-Batterien: Sie bieten eine bessere Leistung und eine geringere Umweltbelastung, sind aber auch etwa 25 % teurer.

Was umweltverträgliche Lösungen betrifft, so sind Natriumbatterien eine vielversprechende Technologie, die noch in den Kinderschuhen steckt. Die jüngsten Studien liefern ermutigende Ergebnisse, sowohl was die Effizienz als auch die Energieeinsparungen betrifft.

Um die Eignung eines Batteriespeichersystems zu beurteilen, ist es wichtig, einige seiner Merkmale zu kennen:

• Energiekapazität (die maximal in der Batterie speicherbare Energiemenge), ausgedrückt in Kilowattstunden (kWh) oder Megawattstunden (MWh), je nach Größe der Batterie
• Leistungskapazität (die gesamte potenzielle Entladekapazität eines Batteriespeichersystems, ausgedrückt in Kilowatt (kW) oder in Megawatt (MW))
• Speicherdauer (die Zeit, die der Speicher zum Entladen benötigt)
• Zykluslebensdauer (Anzahl der Zyklen, in denen das System regelmäßige Lade- und Entladevorgänge durchführen kann, bevor die Batteriechemie versagt).

Die Dimensionierung eines Speichersystems ist entscheidend für die Lebensdauer und Haltbarkeit der Batterien. Eine Überdimensionierung eines Speichersystems ist kontraproduktiv. Um die erforderliche Speicherkapazität zu berechnen, muss man entweder den Verbrauch schätzen oder messen.

Im ersten Fall wird der Speicher bei der Planung des Systems selbst auf den möglichen künftigen Verbrauch ausgelegt. Im zweiten Fall wird eine Analyse des tatsächlichen Verbrauchs nach etwa 6 Monaten der Nutzung des Systems durchgeführt.

Nehmen wir zum Beispiel an, dass der jährliche Stromverbrauch 6 MWh (6000 kWh) beträgt und dass die geplante Photovoltaikanlage diese Energiemenge erzeugen muss. Wir wissen, dass eine Photovoltaikanlage mit einem guten Speichersystem den Energiebedarf bis zu 90 % decken kann.

Im Durchschnitt beträgt der Direktverbrauch von Photovoltaik 30 % der Energie, in diesem Fall 1800 kWh (30 % von 6 MWh). Die restlichen 60 % (90-30 %) können durch ein Speichersystem gedeckt werden. Daher wird ein Speichersystem benötigt, das mindestens 3600 kWh (60 % von 6000 kWh) pro Jahr liefern kann.

Um die tatsächliche Kapazität der zu installierenden Batterien zu verstehen, muss die Anzahl der vollständigen Lade- und Entladezyklen in einem Jahr berücksichtigt werden. Statistisch gesehen sind dies 320 Zyklen pro Jahr. Es bleibt also nichts anderes übrig, als die 3600 kWh durch 320 Zyklen zu dividieren. Das Ergebnis ist, dass die ungefähre Kapazität der Photovoltaik-Batterie 11,25 kWh beträgt. Um auf der sicheren Seite zu sein und einen eventuellen weiteren zukünftigen Verbrauch zu decken, wird eine Batterie mit einer etwas höheren Kapazität (z. B. 12–14 kWh) gewählt.

Eine Solarbatterie für den Hausgebrauch kann zwischen 5 und 15 Jahren leistungsfähig bleiben. Da die Lebenserwartung einer Solarstromanlage zwischen 20 und 30 Jahren liegt, muss die Batterieeinheit mindestens einmal ausgetauscht werden. Dabei sind auch ökologische Kosten zu berücksichtigen, weshalb die Forschung große Fortschritte bei der Verlängerung der Lebensdauer von Batterien macht. Die Chalmers University of Technology in Göteborg (Schweden) hat etwa ein System entwickelt, das Sonnenenergie 18 Jahre lang speichern und mithilfe eines thermoelektrischen Generators Strom erzeugen kann.

Um die beste Leistung zu erbringen, benötigen Batterien immer einen Raum mit sehr spezifischen Eigenschaften. Obwohl eine Unterbringung in Innenräumen immer vorzuziehen ist, ist eine Lösung im Freien möglich, wenn es keine Alternativen gibt. Der Raum muss eine für das Volumen der Akkumulatoren geeignete Größe haben, gut belüftet  und gleichzeitig vor dem Eindringen von Insekten, Regenwasser, Schnee usw. geschützt sein. Er muss gegen extreme Temperaturen isoliert sein. Bei normaler Aufladung und erst recht bei Überladung geben die Batterien Wasserstoff und Sauerstoff ab, die in die Atmosphäre entweichen. Befindet sich das Speichersystem in einer geschlossenen Umgebung, kann sich ein explosives Gemisch bilden, wenn die Wasserstoffkonzentration in der Luft 4 Volumenprozent übersteigt, daher muss für eine angemessene Belüftung gesorgt werden.

Einige der wichtigsten Faktoren, die zu den Kosten von Solarbatterien beitragen, sind die chemischen Materialien, aus denen die Batterie besteht, der Lebenszyklus der Batterie, die Speicherkapazität und die nutzbare Kapazität. Diese Faktoren können dazu führen, dass die Kosten für ein Speichersystem typischerweise zwischen €1‘400 und €8‘000 liegen. Ein aussagekräftigeres Maß jedoch sind die Kosten des Batteriespeichers pro kWh, aufgrund der oben aufgeführten Rechnung.

Batteriespeicher sind ein wesentlicher Bestandteil des gesamten photovoltaischen Ökosystems. Es gibt mehrere alternative Möglichkeiten, die je nach Nutzungsmodell in Betracht gezogen werden können. Lebenserwartung, Wirtschaftlichkeit, Sicherheitsmaßnahmen und Nachhaltigkeitsaspekte müssen berücksichtigt werden.

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