Mit einem Stromspeicher kann man den Strom aus der Solaranlage auch dann nutzen, wenn die Sonne gerade nicht scheint. In der Regel werden dafür Lithium-Ionen-Speicher eingesetzt. Es gibt aber noch weitere Arten von PV-Speichern. Welche das sind, erfahren Sie in diesem Artikel.
Und das ist der Inhalt des Artikels:
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Welche Arten von Stromspeichern gibt es?
Photovoltaikbesitzer haben bei der Wahl eines Stromspeichers die Wahl zwischen einem Lithium-Ionen-Speicher und einem Blei-Speicher. Lithium-Ionen-Speicher werden erst seit ein paar Jahren hergestellt, heute dominieren sie jedoch den Markt. Zuvor gab es hauptsächlich Blei-Stromspeicher.
Lithium-Ionen-Speicher
Lithium-Ionen-Speicher haben zwei Elektroden, und zwar die positiv geladene Anode und die negative Kathode. An der Anode befinden sich Ionen und an der Kathode Lithium-Atome. Umgeben sind sie von leitenden Flüssigkeiten mit Elektrolyten. Die Lithium-Ionen wandern zwischen den beiden Elektroden hin und her und gleichen so den Stromfluss des Ladens und Entladens des Akkus.
Lithium-Ionen-Akkus haben eine hohe Energiedichte und eine beträchtliche Lebensdauer von etwa 20 Jahren. Außerdem sind sie wartungsarm und besitzen eine ausgezeichnete Speicherkapazität von 80 bis 95 %. Langzeitstudien zur tatsächlichen Lebensdauer gibt es für Lithium-Ionen-Akkus noch nicht, da die Technik noch relativ neu ist.
Blei-Speicher
Blei-Säure-Speicher oder auch Blei-Gel-Speicher bestehen aus einem säurebeständigen Gehäuse, in dem zwei Bleiplatten enthalten sind. Eine der Bleiplatten ist positiv geladen, die andere negativ. Umgeben sind die Platten von Schwefelsäure. Diese enthält Elektrolyte und ist somit leitend. Beim Entladen entsteht Bleisulfat, was sich leider nicht vollständig auflöst. Im Laufe der Zeit wird dadurch die Leistung des Akkus geschwächt.
Blei-Akkus haben eine Speicherkapazität von 50 bis 60 % bei einer Lebensdauer von rund 10 Jahren. Die Technik ist ausgereift und zuverlässig. Blei-Batterien werden deshalb oft als Notstromquellen verwendet.
Lithium-Ionen-Speicher und Blei-Speicher im direkten Vergleich
Blei-Akkus sind eine bewährte und robuste Technologie mit günstigem Preis. Sie werden nicht nur in Stromspeichern eingesetzt, sondern dienen seit Langem schon als Autobatterien. Lithium-Ionen-Akkus sind noch relativ neu. Sie werden in Smartphones, Laptops und Geräten wie Akkuschraubern eingesetzt. Der Preis für eine solche Batterie ist höher, was aber durch die Leistung und Lebensdauer gerechtfertigt ist.
| Lithium-Ionen-Speicher | Blei-Speicher |
|---|---|
| Lange Lebensdauer von bis zu 20 Jahre | Lebensdauer von bis zu 10 Jahren |
| Ladetiefe von 80 bis 95% | Ladetiefe von rund 50 bis 60% |
| Systemwirkungsgrad von über 90% | Systemwirkungsgrad von ca. 70% |
| In einer Stunde voll aufgeladen | Ladedauer kann bis zu 8 Stunden dauern |
Lebensdauer
Die Lebensdauer von Stromspeichern ist begrenzt und hängt davon ab, wie oft der PV-Speicher voll geladen und wieder entladen wurde. Man spricht von einem Ladezyklus. Lithium-Ionen-Speicher haben zwischen 4.000 und 5.000 Ladezyklen. Das entspricht einer Lebenszeit von etwa 20 Jahren.
Blei-Speicher können nicht so oft geladen und wieder entladen werden. Ihre Lebenszeit beträgt deshalb nur 8 bis 10 Jahre. Sie haben im Schnitt eine Lebensdauer von etwa 1.500 bis 2.000 Ladezyklen. Ihre Lebenszeit beträgt deshalb nur 8 bis 10 Jahre.
Entladetiefe
Die Entladetiefe wird auch Nutzkapazität genannt. Sie gibt an, wie viel Prozent des gespeicherten Stroms auch tatsächlich wieder entnommen werden können. Bei beiden Stromspeicher Arten muss nämlich eine Restladung bestehen bleiben, da der Akku sonst dauerhaft beschädigt werden kann. Lithium-Ionen-Speicher haben eine Entladetiefe von 80 bis 95 %. Bei Blei-Speicher beträgt die Entladetiefe rund 50-60 %.
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Systemwirkungsgrad
Der Systemwirkungsgrad beschreibt, welcher Anteil des gespeicherten Stroms am Ende tatsächlich verbraucht werden kann. Durch Widerstände im gesamten Speichersystem entstehen nämlich Stromverluste. Bei Lithium-Ionen-Speichern liegt der Gesamtwirkungsgrad deshalb bei über 90 %. Bei Blei-Speichern sind Werte bis zu 70 % möglich.
Ladegeschwindigkeit
Ein Lithium-Ionen-Akku kann bei optimalen Bedingungen innerhalb einer Stunde komplett aufgeladen werden. Bei Blei-Akkus dauert es dagegen bis zu acht Stunden. So kann es passieren, dass der Batteriespeicher an einem Tag gar nicht komplett geladen werden kann. Dadurch steht nicht nur weniger Solarstrom zur Verfügung, sondern auch die Alterung des Akkus wird beschleunigt. Häufiges Teilauflladen des Akkus schwächt nämlich die Leistung.
Lithium-Ionen-Speicher haben außerdem eine geringere Selbstentladung als Bleibatterien. Das bedeutet, dass im Ruhezustand des Akkus der Stromverlust geringer ist.
Alternative Stromspeicher
Neben den vorherrschenden Lithium-Ionen-Batterien und den Blei-Batterien gibt es noch weitere Alternativen zur Stromspeicherung. Die Technologien sind zum Teil noch nicht ganz ausgereift, werden aber wahrscheinlich in Zukunft dennoch eine größere Rolle einnehmen.
Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Speicher (Li-NMC, NMC)
Die positiv geladene Elektrode des Speichers besteht aus diesen vier Metallen. Daher der Name Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Speicher oder kurz gesagt auch Li-NMC-Speicher oder NMC-Speicher. Die genaue Zusammensetzung ändert die Eigenschaften des Speichers. Es ist deshalb möglich, den Speicher auf eine möglichst hohe Kapazität oder auf eine hohe elektrische Leistung einzustellen.
NMC-Stromspeicher haben insgesamt eine hohe Energiedichte, bei guter elektrischer Leistung und etwas geringeren Kosten. Aufgrund der hohen Energiedichte sind sie auch etwas leichter und kleiner als vergleichsweise Lithium-Eisen-Phosphat-Speicher.
Lithium-Eisen-Phosphat-Speicher (Li-FePO4, LFP)
Bei LFP-Speichern besteht die positiv geladene Elektrode aus Eisen-Phosphat. Die Speicher haben einen hohen Wirkungsgrad, sind besonders umweltschonend und sicher. Eisenphosphat ist ein Metall, das auch als natürliches Mineral vorkommt. LFP-Speicher enthalten also keine giftigen Schwermetalle wie Kobalt oder Blei.
Im Kongo lagert mehr als die Hälfte der weltweiten Reserve des Rohstoffes Kobalt. Der Abbau findet unter sehr katastrophalen Bedingungen statt, sowohl für die Menschen als auch für die Umwelt. Die Nachfrage nach „sauberem Kobalt“ ist zwar groß, jedoch ist dieses aktuell kaum erhältlich. Ein Lithium-Eisen-Phosphat-Speicher ist deshalb umweltfreundlicher und vor allem ethischer als ein NMC-Stromspeicher.
Pufferspeicher
Ein Pufferspeicher speichert statt elektrischer Energie Wärme. Es ist im Wesentlichen ein großer Wassertank mit zwei Wärmetauschern. Der Solarstrom betreibt den Wärmetauscher, meist ein Heizstab, der wiederum das Wasser im Speicher erhitzt. Das warme Wasser kann für mehrere Tage gespeichert werden.
Pufferspeicher können genutzt werden, um das Heizsystem zu unterstützen oder ganz zu ersetzen. Ebenfalls kann auch das Brauchwasser im Haushalt durch einen Pufferspeicher erhitzt werden. Die Kosten von Pufferspeicher-Systemen hängen stark vom individuellen Heiz- und Warmwasserbedarf ab.
Verwechseln Sie den Pufferspeicher nicht mit dem Warmwasserspeicher. Im Speicher selbst befindet sich kein Trinkwasser! Dafür ist ein separater Tank oder ein Kombitank notwendig.
Salzwasserspeicher
Ein Salzwasserspeicher besteht aus einer Anode aus Aktivkohle und einer Kathode aus Mangan-Oxid. Als Separator dient Zellulose aus Baumwolle und die leitende Elektrolytflüssigkeit ist Salzwasser.
Salzwasserspeicher enthalten keinerlei giftige Stoffe und die Rohstoffe sind in Fülle verfügbar und komplett ungefährlich. Deshalb ist diese Art von Stromspeicher besonders umweltfreundlich. Leider ist ihre Spannung mit 1,23 Volt noch sehr gering. Das Laden und Entladen dauert deshalb länger. Lithium-Ionen-Speicher haben im Vergleich dazu eine Spannung von rund 3,7 V. Außerdem sind die Anschaffungskosten mit 1.200 € pro kWh Speicherkapazität relativ hoch.
Redox-Flow-Speicher
Redox-Flow-Batterien werden eingesetzt, um große Mengen Photovoltaikstrom zu speichern. Sie werden deshalb eher bei Großprojekten verwendet und nicht in privaten Haushalten. Außerdem ist die Technik noch neu und teuer.
Redox-Flow-Akkus enthalten zwei verschiedene flüssige Elektrolytlösungen. Diese befinden sich in zwei Tanks außerhalb des Akkus und werden erst beim Laden oder Entladen durch den Akku gepumpt. Dabei werden die gelösten Stoffe chemisch reduziert bzw. oxidiert und so elektrische Energie freigesetzt. Die Größe der Tanks bestimmt dabei die Speicherkapazität.
Wasserstoff als Stromspeicher
Das Besondere an Wasserstoff-Speichern ist die lange Speicherzeit. Während bei anderen Stromspeicher-Arten der Solarstrom noch am selben oder nächsten Tag verbraucht wird, speichern Wasserstoffspeicher den Strom für mehrere Monate. So kann der Stromüberschuss der PV-Anlage im Sommer gespeichert und im Winter verwendet werden.
Der Strom wird zur Speicherung in Wasserstoff umgewandelt und bei der Verwendung wieder zurückgewandelt. Dabei entstehen leider Verluste, denn die Technik steht noch am Anfang. Der Wirkungsgrad des Speichers liegt deshalb bei knapp 40 %. Zudem ist der Anschluss an das Photovoltaik-System mit Kosten von 70.000 bis 100.000 € kostspielig.
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