Projekt Competence E: Sichere und effiziente Batteriespeichersysteme finden

© KIT (Bild vergrößern)

(15.6.2015; Intersolar-Bericht) Wie findet man das richtige Speichersystem für eine spezielle Anwendung? Diese Frage stellen sich derzeit viele potentielle Investoren. Die am Markt verfügbaren Batteriespeicher unterscheiden sich erheblich in puncto Sicherheit, Preis sowie Leistungsfähigkeit und damit letztlich auch in der Wirtschaftlichkeit. Auf der Intersolar stell­te das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) seine neusten Forschungsergebnisse zum Aufbau effizienter Batterien vor und gab außerdem Tipps, die bei der zuverlässigen Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Speichersystemen helfen können.

Speicher ist nicht gleich Speicher!

Selbst wenn man sich auf eine Technologie wie etwa die Lithium-Ionen-Technologie fokussiert, gibt es noch erhebliche Unterschiede. Laut Dr. Andreas Gutsch vom Pro­jekt Competence E am KIT ist die Performancespanne bei Speichern im Vergleich zu Photovoltaikmodulen extrem groß. Seiner Meinung nach werden die Kunden teilweise in den Nebel geschickt: „Nahezu alle von uns getesteten Zellen sind in Systemen am deutschen Markt verfügbar. Die Speicher haben völlig unterschiedliche Preise, aber der Preis hat nichts zu tun mit der Wirtschaftlichkeit und Performance. Der Markt ist in Bezug auf die Preis-Performance-Relation völlig intransparent und es werden Sys­teme verkauft, die ihr Geld in puncto Performance nicht wert sind.“

Rentabel wird es ab 3.000 Ladezyklen

Es soll rund 3.000 Lade- und Entladevorgänge dauern, bis ein stationäres Speicher­system seine Investitionskosten eingespielt hat. Erst ab 3.000 Vollzyklen bis zum Ende der Batterielebensdauer arbeitet es demzufolge rentabel und wirft einen wirtschaftli­chen Gewinn ab. Die Performancetests am KIT haben wohl gezeigt, dass einige Zellen schon nach 1.000 Vollzyklen 30% ihrer Kapazität verlieren. Mit solchen Kapazitätseinbrüchen lassen sich stationäre Speicher nicht mehr wirtschaftlich betrei­ben.

Innenwiderstand > Batterieerwärmung > Alterung

Neben der Zyklenfestigkeit spielt für die Performance eines Speichersystems auch der Innenwiderstand der Zellen eine wichtige Rolle. Die Alterung der Batterien lässt sich demnach an zwei wichtigen Merkmalen ablesen:

• Die Kapazität nimmt ab oder
• der Innenwiderstand der Zellen steigt.

Mit dem Anstieg des Innenwiderstands geht zunehmend elektrische Energie in Form von Wärme verloren. Der Anstieg des Innenwiderstands ist somit ein Parameter dafür, wie die Batterieerwärmung mit der Alterung der Batterie steigt. „Wenn Sie wissen möchten, ob ein Batteriehersteller gute Systeme anbietet, dann fragen Sie nicht nur nach der Zyklenfestigkeit, sondern vor allem auch nach dem Anstieg des Innenwider­stands mit der Alterung und dem Umgang damit“, so Gutsch. „Dies sollte im Thermo­management der Batterie entsprechend berücksichtigt sein.“

Gesamtwirkungsgrad auch eine Frage der richtigen Dimensionierung

Für den Wirkungsgrad des Gesamtsystems ist die gesamte Kette vom Solargenerator über die Batterie inklusive Batteriewechselrichter bis hin zum Verbraucher entschei­dend. „Sehr gute Batteriesysteme mit Lithium-Ionen-Zellen haben heute Wirkungs­grade im Bereich von 99 Prozent. Das ist die Basis für einen hervorragenden System­wirkungsgrad. Durch alle weiteren Komponenten im System wird er nur noch schlech­ter“, betonte Dr. Olaf Wollersheim, der das Projekt Competence E zusammen mit Gutsch leitet. Hier kommt es neben hocheffizienten Lithium-Ionen-Zellen auf die rich­tige Dimensionierung des Gesamtsystems für die jeweilige Anwendung an. Ein optima­ler Systemwirkungsgrad wird dann erzielt, wenn die Leistungsfähigkeit der einzelnen Komponenten genau aufeinander abgestimmt ist.

Neben der Systemarchitektur spielen beim Batteriewirkungsgrad etwa auch die Zell- und Batteriemodulverbindungstechniken eine wichtige Rolle. „Hier gibt es in kommer­ziellen Systemen große Unterschiede: Ein teures System aus best-in-class Zellen kann durch schlechte Verbindungstechniken schnell zu einem Mittel- bis Unterklasse-Speicher werden. Hocheffiziente Heimspeicher können aber schon heute wirtschaft­lich sein und die Strombezugskosten durch Erhöhung des Eigenverbrauchs aus Photo­voltaikanlagen senken - hier kommt es auf das richtige System für die jeweilige An­wendung an“.