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Stromspeicher

Akkutypen Photovoltaik-Speicher - Ist der Lithium-Stromspeicher das Optimum?

Der Markt für Photovoltaik-Speicher wird derzeit von Lithium-Stromspeichern dominiert. Vor allem Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus sind auf dem Vormarsch. Doch was macht Lithium-Stromspeicher so erfolgreich und welche Akkutechnologien gibt es noch?

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Marktführer: der Lithium-Ion-Akku

Der Lithium-Ion-Stromspeicher ist aktueller Marktführer im Segment der Heimspeicher für private Photovoltaikanlagen. Die relativ junge Lithium-Ion-Akkutechnologie existiert erst seit 1989 und wurde aufgrund ihres geringen Gewichts zunächst in mobilen Geräten, wie etwa Taschenlampen, eingesetzt. Auch heute noch sind fast alle Handy-Akkus aus Lithium-Ion. Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit von Lithium-Ion-Akkus wird die Technologie auch immer häufiger ortsfest eingesetzt.

Noch vor einigen Jahren wurden am häufigsten Lithium-Cobalt-Oxid-Akkus eingesetzt. Derzeit wird diese Akkuvariante jedoch zusehends von Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus abgelöst. Diese haben den Vorteil, dass sie anders als Lithium-Cobalt-Oxid-Akkus, nicht brennen oder explodieren können. Die Akkus haben außerdem eine wesentlich höhere Lebensdauer und sind leistungsstärker. Nicht zuletzt ist Lithium-Eisen-Phosphat nicht toxisch und somit umweltfreundlicher.

Blei-Säure- und Blei-Gel-Akkus

Blei-Batterien kommen bereits seit Jahrzehnten in zahlreichen Bereichen zum Einsatz und sind vielfach erprobt. Am bekanntesten ist die Anwendung als Starterbatterie in Automotoren. Im Prinzip lässt sich die Funktion eines Blei-Akkus mit der allgemeinen Funktion eines Stromspeichers erläutern. Die Besonderheit ist lediglich, dass Blei als Elektrodenmaterial verwendet wird. Das Elektrolyt einer Bleibatterie ist hingegen zumeist Schwefelsäure.

Erhältlich sind sogenannte Blei-Säure und Blei-Gel Akkus. Bei Blei-Säure-Akkus liegt das Elektrolyt in flüssiger Form vor, wohingegen es in der Gel-Batterie als Gel bzw. Flies genutzt wird. Blei-Säure-Akkus haben eine längere Lebensdauer als Blei-Gel-Akkus. Dafür sind Gel-Akkus wartungsärmer, energieeffizienter und bei Kälte besser entladbar.

Blei vs. Lithium-Ion

Blei-AkkuLithium-Ion-Akku
Wirkungsgrad65-85%85-98%
Energiedichte0,11 MJ /kg0,65 MJ/kg
AbnutzungElektrolyt wird beim Be- und Entladen langsam aufgebrauchtSehr geringe Abnutzung bei Lade- und Entladezyklen
Lebensdauerca. 5-7 Jahrebis zu 20 Jahre
Empfindlichkeitunempfindlicherempfindlich bei Über- und Tiefenentladung darum nur mit Batteriemanagementsystem zu verwenden
weitere EinsatzbereicheAutobatterieHandyakku

Redox-Flow

Noch relativ unbekannt, aber dennoch eine interessante Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ion und Blei-Batterien, ist die Redox-Flow-Batterie.

Bei einer Redox-Flow-Batterie wird Energie in Flüssigkeiten gespeichert und die Reaktionspartner sind in einem Lösungsmittel gelöst. Im Unterschied zu anderen Batterietypen sind die Elektrolyte dadurch stärker räumlich getrennt und zirkulieren in zwei getrennten Kreisläufen. Das macht auch den Aufbau der Batterie aufwändiger. Es sind Rohrleitungen, ein Tank und mindestens zwei Pumpen nötig. Der Ionenaustausch erfolgt mittels einer Membran in der galvanischen Zelle.

Redox-Flow-Batterien gelten als Zukunftstechnologie, da sie beliebig skalierbar sind und somit auch als Großspeicher für Stromnetze denkbar wären. Außerdem benötigen sie keine seltenen Rohstoffe, da Vanadium als einer der häufigsten Rohstoffe der Erde gilt. Die Lithium Vorräte könnten hingegen schon in wenigen Jahren aufgebraucht sein. Vorteilhaft ist ferner: Die Entsorgung von Vanadium ist deutlich unproblematischer als bei Lithium.

Allerdings sind Redox-Flow-Batterien verhältnismäßig groß und schwer. Sie sind daher nicht für den Einsatz in elektronischen Geräten oder Elektroautos geeignet. Durch den noch recht niedrigen Entwicklungsstand der Technologie und den komplizierten Aufbau ist die Fertigung zudem noch sehr teuer. Experten weisen jedoch darauf hin, dass Redox-Flow-Batterien im Vergleich deutlich langsamer degradieren und daher langfristig günstiger sein können als Lithium-Ion-Batterien.

Eins ist klar: Die Redox-Flow-Technologie steht heute noch ganz am Anfang. Ob sie sich durchsetzen und die Lithium-Ion-Photovoltaik-Batterie ablösen wird, ist noch unklar.

Batterietechnologien im Preisvergleich

Blei: 500€ pro kWh

Lithium: ca. 1000€ pro kWh

Redox-Flow: 1500-2000 € pro kWh

Fazit

Lithium-Ion Speicher sind derzeit die leistungsstärkste Wahl für einen Photovoltaik Heimspeicher. Blei-Säure Batterien sind bisher zwar noch günstiger, weisen aber deutlich schlechtere Speichereigenschaften auf. Die Redox-Flow Technologie ist vielversprechend, in der Herstellung aber noch zu teuer.

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