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    Solarbatterie

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    solarbatterie-solarlexikon-energyloadSolarbatterie (auch Solarspeicher, Solarstromspeicher, Solar-Akku und Solarakku) – diese Solar-Speichersysteme bieten die Möglichkeit, den selbstproduzierten Solarstrom zwischenzuspeichern, wenn der Zeitpunkt der Erzeugung des Solarstroms nicht mit dem direkten Verbrauch im Haushalt deckungsgleich ist. Durch Solarbatterien kann der Eigenverbrauch von Solarstrom signifikant gesteigert werden, was deutliche Einsparungen bei den Stromkosten mit sich bringt.

    Sie werden speziell für den Einsatz in PV-Anlagen konzipiert und dienen einerseits als Pufferbatterien und andererseits zur lägerfristigen Speicherung von Solarstrom. Oft wird der Begriff Solarbatterie auch allgemein für in Solarstromanwendungen verbaute Akkus gebraucht, auch wenn sie nicht dafür spezifiziert sind.

    Diese Solarbatterien speichern die elektrische Energie als chemische Energie in diversen Formen elektrochemischer Speicher. Zur Kategorisierung von Solarbatterien werden folgende Parameter herangezogen:

    1. Ort der Speicherung: Entweder werden die zur chemischen Reaktion benötigten Elektrolyte extern gespeichert, wie beispielsweise in Redox-Flow-Batterien, oder die Speicherung erfolgt am Ort der chemischen Reaktion (interne Speicherung).
    2. Betriebstemperatur: Bei Solarbatterien mit interne Speicherung wird die Betriebstemperatur zur Einteilung herangezogen. Hierbei wird zwischen Niedertemperatur- und Hochtemperatur-Akkus unterschieden.
    3. Verwendete Materialien: Die verwendeten Materialien zur Energiespeicherung bilden ein weiteres Kategorisierungsmerkmal.
      1. Externe Speicher – Redox-Flow-Akku
        1. Vanadium-Redox-Flow-Akku
        2. Polysulfid-Bromid-Redox-Flow-Akku
      2. Interne Speicher – Niedrigtemperatur-Akkus
        1. Blei
          1. Blei-Säure-Akkus
          2. Blei-Gel-Akku
        2. Lithium-Ion
          1. Lithium-Cobaltoxid-Akkus
          2. Lithium-Polymer-Akku
          3. Lithium-Eisen-Phosphat-Akku
          4. Lithium-Titan-Akku
        3. Nickel-Cadmium
      3. Interner Speicher – Hochtemperatur-Akkus
        1. Natrium-Nickel-Chlorid
        2. Natrium-Schwefel

    Technologien der Solarbatterie

    Solarbatterien arbeiten in der Regel auf Blei-Basis (Blei-Säure-Batterien oder Blei-Gel-Batterien) oder auf Lithium-Basis (z.B. Lithium-Ionen oder Lithium-Eisen-Phosphat). Diese unterschiedlichen Typen und Technologien von Solarbatterien werden nachfolgend vorgestellt.

    Blei-Akkus als Solarbatterie

    Am häufigsten werden für Solarbatterien Bleiakkumulator verwendet, da diese die geringsten Kosten pro speicherbarer Energiemenge verursachen. Weiterhin sprechen für diesen Solar-Akku-Typ Wartungsfreiheit, geringe Selbstentladung und der vergleichsweise hohe Wirkungsgrad von etwa 80%.

    Solar-Bleiakkus unterscheiden sich in ihrem inneren mechanischen Aufbau von anderen Bleiakkus. Sie sind  auf eine besonders hohe Lebensdauer, Zyklenfestigkeit und das Verhalten bei tiefer Entladung optimiert. Typisch sind  500 Lade-/ Entlade-Zyklen bei bis zu 50% Entladetiefe. Wartungsfreie Blei-Gel-Akkus haben den Vorteil, dass sich nur eine minimale Säureschichtung ausbilden kann. Bei Bleiakkus treten bei Ladung Gase aus, primär Knallgas. Bei wartungsfreien Blei-Gel-Akkus sind die Ausgasungen reduziert.

    Beim Laden eines Blei-Akkus reagieren Blei und Schwefelsäure durch den Ladestrom u.a. zu Bleioxid und Bleisulfat. Hierbei handelt es sich um eine „alte“ sehr ausgereifte Technologie, welche beispielsweise in Autobatterien schon eine lange Anwendung erfährt.

    Blei-Säure-Batterien

    • Vorteile: kostengünstig, Lebensdauer etwa 5 Jahre
    • Nachteile: Sicherheitsrisiko durch Freisetzen von Knallgas

    Blei-Gel-Batterien

    • Vorteile: sehr sicher, wartungsfreundlich, Lebensdauer zirka 10 Jahre
    • Nachteile: doppelt so teuer wie Blei-Säure-Akkus

    Lithium-Akkus als Solarbatterie

    Neben Blei-Akkus setzen sich immer mehr Lithium-Ionen-Akkus durch, da für diese Technologie die Preise immer weiter fallen. Diese haben den Vorteil, dass die eine längere Lebensdauer und eine höherer Effizienz als Blei-Akkus aufweisen. Hierbei wird der zugeführte Ladestrom in Form von Elektronen gespeichert, welche vom Lithium eingefangen und eingelagert werden. Durch die zusätzlichen Elektronen unterscheidet sich das Lithium-Atom zwar von seinem ursprünglichen Zustand (nun Lihium-Ionen), jedoch ist diese Anordnung sehr stabil. Die Entwicklung von Lithium-Ionen-Solarbatterien geht schnell voran. Beispielsweise wurden kürzlich neue Konzepte auf Basis von Hämatit zur Optimierung von Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Lesen Sie hier mehr über Hämatit als neues Material zur Optimierung von Lithium-Ionen-Batterien >>>

    Lithium-Ionen-Batterien

    • Vorteile: hohe Zyklenfestigkeit, Lebensdauer 20 Jahre, Überhitzung elektronisch abgesichert
    • Nachteile: Überhitzung durch Überladung möglich, relativ teuer

    Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien

    • Vorteile: schnelle Ladezeit, Lebensdauer 20 Jahre, keine Explosionsgefahr
    • Nachteile: relativ teuer

    Lithium-Schwefel-Batterien

    Bei Lithium-Schwefel-Batterien handelt es sich um ein neues Werkstoffkonzept, welches die Marktreife bislang noch nicht erreich hat. Insbesondere weisen Lithium-Schwefel-Batterien eine wesentlich höhere spezifische Energie auf, als die bereits bei PV-Anlagen verwendeten Lithium-Ionen-Speicher. Außerdem ist Schwefel als Rohstoff deutlich günstiger und weitreichend verfügbar als kobaldbasiertes Kathodenmaterialien, wie sie in herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus verwendet werden. Hier erfahren Sie mehr über Lithium-Schwefel-Solarbatterien >>>

    Biologische Batterie: Lithium-Sauerstoff-Batterien

    Im Jahr 2013 haben Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technologie (MIT) eine Methode zur Entwicklung von biologischen Batterien entwickelt, die dreimal leistungsfähiger sein sollen, als bisherige Lithium Batterien. Bei Lithium-Sauerstoff Batterien wird als Trägermaterial Sauerstoff aus der Luft verwendet. Durch dieses Verfahren sollen die Solarbatterien deutlich günstiger, leistungsfähiger und leichter werden. Allerdings ist diese Technologie noch weit von der Marktreife entfernt. Details zur Biologischen Solarbatterie auf Lithium-Sauerstoff-Basis finden Sie hier >>>

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    Weitere Parameter und Kennzahlen von Solarbatterien

    Neben den Batterie-Technologien sind unter anderem auch nachfolgende Parameter und Kennzahlen für Leistungsverhalten und Leistungsvermögen einer Solarbatterie von Bedeutung:

    • Speicherkapazität, Batteriekapazität, Nennkapazität
    • Entladetiefe, DoD
    • Nutzbare Speicherkapazität
    • Vollzyklus
    • Kleinstzyklus
    • Maximale Ladeleistung bzw. Maximale Entladeleistung / C-Rate
    • Zyklenlebensdauer bzw. Anzahl der Vollzyklen
    • Kalendarische Lebensdauer
    • Gebrauchsdauer
    • Systemwirkungsgrad
    • 1-phasig bzw. 3-phasig
    • Volleinspeiser
    • Notstromoption
    • Eigenverbrauchsanteil
    • Autarkiegrad
    • Kosten von Solarbatterien (in Cent pro gespeicherter Kilowattstunde)

    Bildquelle: © R.B. / pixelio – http://www.pixelio.de


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