Batteriespeicher unterscheiden sich bei „Sicherheit, Preis und Leistungsfähigkeit“
Welches Speichersystem ist für mich das richtige?

Zahlreiche Fachgespräche und Diskussionen waren Indiz für das große Interesse am Varta Storage-Stand auf der Intersolar. (Foto: Varta Storage)

Die Exponate am Stand des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) auf der diesjährigen Intersolar Europe in München zeigten auf, wo die Knackpunkte liegen können: Gute und schlechte Zellverbindungsarten und ihr direkter Einfluss auf die Leistungsfähigkeit (von Fachleuten „Performance” genannt) wurden präsentiert. „Wir haben einen breiten Marktüberblick dank der intensiven Forschungsarbeit“, so Dr. Andreas Gutsch vom Projekt „Competence E“ am KIT. Die Experten führen standardmäßig Performance-Tests durch - an eigenen Prototypen aus dem Labor, aber auch zu Vergleichszwecken mit nahezu allen kommerziell verfügbaren Lithium- Ionen-Zellen, die für stationäre Speicher infrage kommen.

Die so gemachten Erfahrungen zeigen, dass ein breites Spektrum in der Leistung der verschiedenen Zellen vorliegt. Im Vergleich zu Photovoltaikmodulen, ist die Performancespanne bei Speichern extrem groß. „Der Kunde wird oftmals in den Nebel geschickt. Nahezu alle getesteten Zellen sind normal am Markt verfügbar. Dabei haben die Speicher völlig unterschiedliche Preise, die aber ihrerseits nichts zu tun haben mit der Wirtschaftlichkeit und der eigentlichen Performance.

Der Markt ist in Bezug auf die Preis-Performance-Relation völlig intransparent und es werden Systeme verkauft, die ihr Geld in puncto „Performance“ oftmals nicht wert sind,“ erläutert Gutsch. Es dauert rund 3.000 Lade- und Entladevorgänge, bis ein stationäres Speichersystem seine Investitionskosten eingespielt hat. Erst ab 3.000 Vollzyklen bis zum Ende der Batterielebensdauer arbeitet es rentabel und wirft einen wirtschaftlichen Gewinn ab. Die Performancetests am KIT haben aber gezeigt, dass einige Zellen schon nach nur 1.000 Vollzyklen 30 Prozent ihrer Kapazität verlieren. Mit diesen Kapazitätseinbrüchen lassen sich stationäre Speicher nicht mehr wirtschaftlich betreiben.

Neben der eigentlichen Zyklenfestigkeit spielt für die Performance eines Speichersystems auch der Innenwiderstand der Zellen eine bedeutende Rolle. Die Alterung der Batterien lässt sich demnach an 2 wichtigen Merkmalen ablesen: Die Kapazität nimmt ab oder der Zellen- Innenwiderstand steigt. Mit dem Anstieg des Innenwiderstands geht auch zunehmend elektrische Energie in Form von Wärme verloren. Dieser Anstieg 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“, erläutert Dr. Gutsch weiter. „Dies sollte im Thermo-Management einer jeden Batterie entsprechend berücksichtigt sein.“ Für den Wirkungsgrad des Systems ist die gesamte Kette - vom Solargenerator, über die Batterie (inkl. Wechselrichter), 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“, sagt Dr. Olaf Wollersheim, der das Projekt „Competence E“ zusammen mit Dr. 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 präzise aufeinander abgestimmt ist.

Neben der Systemarchitektur, spielen beim Batteriewirkungsgrad auch die Zell- und Batteriemodul- Verbindungstechniken eine wichtige Rolle. „Hier gibt es in kommerziellen Systemen große Unterschiede: Ein teures System aus „best-inclass- Zellen“ kann durch schlechte Verbindungstechniken schnell zu einem Mittel- bis Unterklassespeicher werden. Die hocheffizienten Heimspeicher können aber schon heute wirtschaftlich sein und die Strombezugskosten durch Erhöhung des Eigenverbrauchs aus Photovoltaikanlagen senken - hier kommt es auf das jeweils richtige System an“.

Das Projekt „Competence E“ vereint die wirtschaftlich relevanten Forschungsaspekte (vom Batteriematerial, bis zum elektrischen Speichersystem) auf eine bundesweit einzigartige Weise. Mit einer offenen Technologie- Plattform für elektrische Energiespeicher zielt der systemische Ansatz auf industriell anwendbare Lösungen und deren Produktionsverfahren.

Dank der Integration entlang der Wertschöpfungskette, soll das ehrgeizige Ziel angegangen werden, bis 2018 Batteriesysteme zu fertigen, die eine Energiedichte von 250 Wattstunden pro Kg bei Kosten von 250 Euro pro Kilowattstunde aufweisen. So wird ein wichtiger Schritt in Richtung „Energiewende und Klimaschutzziele” umgesetzt - eine erhöhte Speicherfähigkeit für stationäre Speicher zum Ausgleich der Fluktuation von erneuerbaren Energien.

Weitere Informationen erhalten Sie hier.