Mit einem Stromspeicher können Sie Solarstrom auch dann nutzen, wenn die Sonne nicht scheint. Meist werden dafür Lithium-Ionen-Speicher eingesetzt. Es gibt aber auch andere Arten von PV-Speichern. Welche es sind, erfahren Sie in diesem Artikel.
Das Wichtigste zuerst
Welche Arten gibt es?
Am häufigsten kommen Lithium-Ionen-Speicher zum Einsatz. Der Anteil von Blei-Speicher geht stark zurück.
Bleispeicher
Bleispeicher sind günstig, haben aber eine geringe Speicherkapazität und eine kurze Lebensdauer.
Lithium-Ionen-Speicher
Lithium-Ionen-Speicher sind klein und leicht. Sie sind jedoch vergleichsweise teuer und empfindlich.
Andere Stromspeicherarten
Es gibt noch Salzwasser-Batterien, Redox-Flow-Speicher, Wasserstoff als Stromspeicher, Pufferspeicher.
Welche Stromspeicher-Arten werden bei Photovoltaik eingesetzt?
Bei Photovoltaikanlagen werden hauptsächlich Lithium-Ionen-Speicher eingesetzt. Zwar sind Blei-Speicher noch erhältlich, kommen jedoch im Heimspeicherbereich immer seltener zum Einsatz. Das hat vorwiegend damit zu tun, dass die Lithium-Ionen-Technologie ausgereift ist und die Kosten für Lithium-Ionen-Stromspeicher stetig sinken.
Nachfolgend beschreiben wir die genannten Stromspeicher-Arten ausführlich.
Lithium-Ionen-Speicher
Lithium-Ionen-Speicher haben zwei Elektroden: die positiv geladene Anode bestehend aus Ionen und die negative Kathode aus Lithiumatomen. Sie sind von leitenden Flüssigkeiten mit Elektrolyten umgeben. Die Lithium-Ionen bewegen sich zwischen den Elektroden, um den Lade- und Entladestrom des Speichers auszugleichen.
Lithium-Ionen-Speicher
Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Energiedichte. Dadurch verfügen sie über eine Speicherkapazität von 80 bis 95%. Allerdings benötigen sie aufgrund der hohen Energiedichte elektronische Schutzschaltungen.
Lithium-Ionen-Batterien erreichen mittlerweile bis zu 10.000 Ladezyklen, wodurch sie eine Lebensdauer von bis zu 30 Jahren erreichen. Langzeitstudien über die tatsächliche Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien sind jedoch aufgrund der relativ jungen Entwicklung dieser Technologie noch nicht aussagekräftig.
Anfänglich nutzen Lithium-Ionen-Speicher eine Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Mischung. Die Entwicklung der Lithium-Ionen-Technologie zeigt jedoch, dass eine Lithium-Eisen-Phosphat-Mischung sich besser für die Anwendung in Photovoltaikanlagen eignet.
Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Speicher (Li-NMC, NMC)
Der Pluspol der NMC-Batterie besteht aus einer Mischung von vier Metalloxiden. Die spezifische Zusammensetzung bestimmt die Eigenschaften der Batterie. NMC-Akkus werden sowohl für die Kapazität als auch für die elektrische Leistung entwickelt. Sie stellen ein gutes Gleichgewicht zwischen elektrischer Leistung, hoher Energiedichte und Kosten dar.
NMC-Akkus sind aufgrund der hohen Energiedichte kleiner und leichter, dafür aber thermisch instabiler als LFP-Akkus. Sie benötigen eine Wärmemanagementsysteme, damit sie nicht überhitzen. Aus diesen Gründen werden sie vornehmend in der Elektromobilität eingesetzt.
Lithium-Eisen-Phosphat-Speicher (Li-FePO4, LFP)
LFP-Batterien haben eine Kathode aus Lithiumeisenphosphat (LiFePO4), eine Kohlenstoffanode und einen Elektrolyten, der Lithiumionen leitet. Die chemische Struktur von LiFePO4 sorgt für thermische und chemische Stabilität, wodurch sich das Risiko einer Überhitzung oder Verbrennung verringert wird. Zwar sind sie im Vergleich zu Li-NMC-Speichern etwas größer und schwerer, aber das spielt für die Anwendung als PV-Speicher keine wesentliche Rolle.
LFP-Speicher haben zwar eine geringere Energiedichte als NMC-Speicher, erlauben dafür aber eine höhere Anzahl an Ladezyklen. Somit sind sie nicht nur stabiler, sondern auch langlebiger.
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Vor- und Nachteile von Lithium-Ionen-Speichern im Überblick
Lithium-Ionen-Speicher haben einen hohe Energiedichte, wodurch sie kleiner und leichter sind. Zudem besitzen sie ein Batteriemanagementsystem, was ihnen hohe Betriebssicherheit verleiht. Dafür sind sie kostenintensiver als Blei-Speicher und reagieren empfindlicher auf Tiefentladung und Überladung. Ebenfalls sind sie empfindlicher auf Überspannung sowie Sonnen-, Hitze- und Kälteeinwirkungen.
| Vorteile von Lithium-Ionen-Speicher | Nachteile von Lithium-Ionen-Speicher |
|---|---|
| hohe Energiedichte | kostenintensiver |
| geringes Gewicht | reagieren empfindlich auf Tiefentladung sowie Überladung |
| hohe Betriebssicherheit | reagieren empfindlich auf Überspannungen sowie Sonnen-, Hitze- und Kälteeinwirkungen |
Blei-Speicher
Blei-Säure-Speicher oder Blei-Gel-Speicher haben ein säurefestes Gehäuse. Sie enthalten zwei Bleiplatten: eine positiv und eine negativ geladene. Um die Platten herum befindet sich Schwefelsäure, die Elektrolyte enthält und leitfähig ist. Beim Entladen entsteht Bleisulfat, das sich jedoch nicht vollständig auflöst. Infolgedessen nimmt die Leistung der Batterie mit der Zeit ab.
Blei-Säure-Speicher
Blei-Säure-Batterien haben eine Speicherkapazität von 50 bis 60% und eine Lebensdauer von etwa 10 Jahren. Aufgrund ihrer Stabilität und Zuverlässigkeit werden sie häufig für die Notstromversorgung eingesetzt. Als PV-Speicher werden sie jedoch seltener eingesetzt, da Lithium-Ionen-Speicher eine höhere Energiedichte aufweisen.
Vor- und Nachteile von Bleispeichern im Überblick
Blei-Speicher haben den Vorteil, dass sie kostengünstig sind. Dafür besitzen sie eine geringere Speicherleistung und eine kürzere Lebensdauer. Einen Blei-Speicher muss man zwei- bis dreimal während der Lebensdauer einer Solaranlage austauschen. Aufgrund ihrer geringen Energiedichte sind sie groß und schwer. Zudem verwenden sie Blei, das umweltschädlich ist.
| Vorteile von Bleispeicher | Nachteile von Bleispeicher |
|---|---|
| kostengünstig | geringe Speicherleistung |
| robust | hohes Gewicht |
| kurze Lebensdauer | |
| umweltschädlich |
Welche anderen Stromspeicher-Arten gibt es sonst noch?
Lithium-Ionen- und Blei-Speicher sind die gängigsten Arten von Stromspeicher für Photovoltaik. Darüber hinaus sind noch andere Arten bekannt, wobei nur wenige davon im privaten Bereich eingesetzt werden.
Salzwasser-Batterie
Salzwasserbatterien sind wie Autobatterien aus Blei aufgebaut. Sie verwenden eine Natriumsalzlösung als Elektrolyt anstelle von Säure oder gefährlichen Stoffen. Dadurch besteht keine Gefahr, wenn sie auslaufen. Zudem sind die Entsorgung und das Recycling einfach. Zu den Nachteilen gehören die geringe Speicherdichte und das langsame Laden und Entladen. Dennoch sind sie als stationäre Speichereinheiten gerechtfertigt.
Redox-Flow-Speicher
Der Redox-Flow-Speicher ist eine Flüssigkeitsbatterie, ähnlich der Salzwasserbatterie. Er verwendet zwei Elektrolyte, die durch eine Membran getrennt sind. Die Elektrolyte werden ständig umgepumpt, und es sind komplexe Kontroll- und Überwachungseinrichtungen erforderlich. Diese Art von Stromspeicher ist eher für industrielle Anwendungen als für Kleinverbraucher geeignet. Sie sind für die Abdeckung von Lastspitzen, den Lastausgleich und die unterbrechungsfreie Stromversorgung innerhalb des Energiesystems von Nutzen.
Wasserstoff als Stromspeicher
Wasserstoff wird in Zukunft eine wichtige Rolle als Stromspeicher spielen. Es dient als Stromspeicher, indem man überschüssiger Strom nutzt, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Dieser Wasserstoff wird gespeichert und bei Bedarf in einer Brennstoffzelle zur Stromerzeugung verwendet. Der Wirkungsgrad des Verfahrens ist nicht sehr hoch, aber es ist einfach zu handhaben und weithin akzeptiert.
Es ist schwer, Wasserstoff dauerhaft zu lagern. Seine kleinen Gasmoleküle diffundieren leicht durch jede Behälterwand. Er ist hochentzündlich und bildet in Verbindung mit Sauerstoff/Luft explosive Gemische. Um diese Probleme zu lösen, wird Wasserstoff mit Kohlendioxid in das weniger reaktive Methan umgewandelt. Außerdem enthält Erdgas bereits Wasserstoff und verfügt über bestehende Speicher- und Pipelinesysteme.
Dampfspeicher
Zur Stromspeicherung wird Dampf erzeugt und auf einen Druck von 60 bar verdichtet. Anschließend wird er in einem Hochdrucktank gespeichert. Wird Energie benötigt, treibt der Hochdruckdampf eine Turbine an, die Strom erzeugt.
Flüssigmetall-Batterien
Flüssigmetall-Batterien funktionieren ähnlich wie Standardbatterien. Sie verwenden jedoch Salzgemisch als Elektrolyt. Die Batterie wird auf etwa 240 °C erhitzt, um den Elektrolyt zu verflüssigen. Diese Batterien sind einfach herzustellen und benötigen keine komplexe Membran. Sie können als Pufferspeicher dienen und das Energiesystem stabilisieren, indem sie große Mengen an Energie effizient speichern und wieder abrufen.
Pufferspeicher
Ein Pufferspeicher speichert Wärme, nicht Strom. Er ist ein großer Wassertank mit zwei Wärmetauschern. Die Solarenergie erwärmt das Wasser im Speicher über einen Heizstab. Der Pufferspeicher speichert die Wärmeenergie über mehrere Tage.
Pufferspeicher können die Heizungsanlage unterstützen oder gar ersetzen. Sie können auch das Brauchwasser erwärmen. Die Kosten für Pufferspeichersysteme hängen vom individuellen Heizungs- und Warmwasserbedarf ab.
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