[1]Maximale Unabhängigkeit durch Eigenverbrauch von Solarstrom zu jeder Tageszeit – das geht nur mit einem Batteriespeicher. Zur Wahl stehen dabei unterschiedliche Technologien. Für Privathaushalte kommen Batterien mit Zellen auf Basis von Lithium oder Blei in Betracht. Beide Technologien haben verschiedene spezifische Merkmale, die sie für unterschiedliche Anwendungszwecke geeignet machen. Dieser Beitrag richtet sich an interessierte Laien und vergleicht die wichtigsten Charakteristika von Blei-Gel- und Lithium-Ionen-Batterien miteinander.
Zellchemie
Ein Blei-Akku besteht aus einem Gehäuse und mehreren Bleiplatten, die als positiv beziehungsweise negativ gepolte Elektrode dienen, sowie einer Füllung aus (gebundener) Schwefelsäure. Durch eine chemische Reaktion beim Lade- und Entladevorgang kann elektrische Energie gespeichert beziehungsweise abgegeben werden. Für den Einsatz als Solarspeicher kommen verschlossene, wartungsfreie Blei-Gel-Akkus zum Einsatz. Diese können (anders als Blei-Säure-Akkus) nicht nachgefüllt werden und entgasen nur minimal.
In Lithium-Ionen-Akkus wird elektrische Energie gespeichert, indem das Lithium in ionisierter Form zwischen den beiden Elektroden hin- und herwandert. Die Lithium-Zelle hat keine flüssigen Bestandteile und kann also auch nicht ausgasen. Unterschieden werden zwei Bauformen, die Pouch-Zelle und die zylindrische Zelle. Pouch-Zellen sind leichter und in der Form flexibel, zylindrische Zellen sind etwas schwerer und haben eine feste Form. Jede Bauform hat Vorteile für spezifische Anwendungsgebiete. Der IBC SolStore 6.5 Li beispielsweise besteht aus mehreren hundert zylindrischen Zellen. Zum Vergleich: In einem leistungsstarken Elektroauto eines bekannten US-amerikanischen Herstellers sind mehrere tausend davon verbaut!
Details zur Zellchemie lesen Sie im Beitrag „Die Qual der Wahl: Blei oder Lithium?“ [2]
Sonderfall Blei-Säure-Batterie
Blei-Säure-Batterien mit flüssigem Elektrolyt haben im privaten Haushalt keine Berechtigung. Sie sind wartungsintensiv, benötigen eine kontrollierte Belüftung, gasen aus und haben weitere Eigenschaften, die Probleme bereiten können.
Jedoch sind sie für Anwendungen in z.B. Afrika zu empfehlen. Hier ist der Vorteil, dass die durch die hohe Hitze entweichende Flüssigkeit immer wieder nachgefüllt und somit die Lebensdauer erhalten werden kann. Blei-Gel-Batterien hingegen sind verschlossen, ihr Austrocknen kann in sehr heißen Regionen deshalb nicht verhindert oder ausgeglichen werden.
[3]Preis
Bei der Markteinführung von Komplettsystemen für Privathaushalte 2011/2012 waren Lithium-Ionen-Systeme noch deutlich teurer als Blei-Gel-Systeme. Durch die höhere Verbreitung der Batterietechnologie ist es insbesondere 2015 zu deutlichen Preisreduzierungen bei Lithium-Speichern gekommen – ein Effekt, der vor einigen Jahren bereits bei Solarmodulen zu beobachten war. Heute sind Lithium-Speicher etwa genauso teuer wie Blei-Speicher, wobei für erstere weitere Preissenkungen erwartet werden. Branchenverbände gingen bereits 2013 [4]davon aus, dass sich der Preis für Lithium in den kommenden 5 Jahren halbieren werde.
Größe und Gewicht
Lithium-Batterien kommen durch ihre höhere Energiedichte bei gleicher Kapazität auf 1/3 bis 1/4 des Gewichts von Blei-Batterien. Im Praxisvergleich: Die 4 Batterien eines IBC SolStore Pb mit einer Nennkapazität von insgesamt 8 kWh wiegen mit Gehäuse 350 kg. Der Getränkekisten große Batterieblock des IBC SolStore Li (Nennkapazität 6,5 kWh) wiegt 95 kg.
[5]Anforderungen an den Aufstellort
Für alle Speicherarten gut geeignet sind frostsichere Aufstellorte wie beispielsweise Keller oder Hauswirtschaftsräume. Kein Speicher sollte bei Minusgraden betrieben werden. Viele Systeme schalten bei Minusgraden bzw. bei über 40 Grad automatisch ab. Ideal sind 15 bis 20 Grad. Jedes Grad kälter oder wärmer wirkt sich negativ auf die Lebensdauer aus. Dabei gilt die sogenannte Arrhenius-Gleichung [6]: Sie besagt, dass die Korrosionsgeschwindigkeit der Elektroden sich bei einer Übertemperatur von 10° K verdoppelt.
Bei der Montage der einzelnen Komponenten sind die vorgeschriebenen Abstände nach den Montagevorgaben des Herstellers zu beachten. Bei Bleibatterien muss der Raum zudem über eine Belüftungsmöglichkeit (Berechnung erfolgt nach DIN EN 50272-212) verfügen. Gängige Blei-Gel-Batterien haben relativ geringe Anforderungen an die Belüftung. Anders bei Blei-Säure-Batterien: hier muss eine 2 bis 3-fach höhere Luftumwälzung sichergestellt werden. Im konkreten Beispiel heißt das: Bei einer nutzbaren Kapazität von 4 kWh (167 Ah) ist bei Blei-Gel eine Luftumwälzung von ca. 1,6 Kubik/Std. erforderlich. Bei Blei-Säure ca. 4 Kubik/Std.
In Lithium-Systemen entwickeln sich keine Gase, daher gibt es i.d.R. keine besonderen Vorgaben an die Belüftung des Raumes. Es sind aber die Herstellervorgaben zu Montageabständen zu beachten.
Im nächsten Beitrag der Blog-Serie „Speicher“ vergleiche ich die unterschiedlichen Speichertechnologien hinsichtlich ihrer Lebensdauer, der Nutzkapazität und dem Wirkungsgrad sowie den Sicherheitsanforderungen.