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Strom sicher speichern - Was bei Stromspeichern zu beachten ist

Das Interesse an Speichertechnologien für Erneuerbare Energien nimmt deutlich zu. Angesichts ihrer Nutzungsdauer sowie unterschiedlicher Anwendungsmöglichkeiten gilt es einige sicherheitsrelevante Aspekte zu beachten.

 

Franz Feilmeier, Geschäftsführer der Fenecon.

Andreas Niederholz, Application Engineer Industrial Storage beim schweizerischen Speicherproduzenten Leclanché.

Um auf Nummer sicher zu gehen, führen die Speicherhersteller zahlreiche Sicherheitstest und Prüfungen durch.

Einer weiter steigenden Nachfrage nach Speichertechnologien steht eigentlich nichts mehr entgegen.

Vor allem die Normen QC/T 743, ISO 12405, IEC 62660, IEC 60950-1, SAND 2005, UL 1642 und UL 2580 gelten als vertrauenswürdig.

 

Das Thema begegnet einem derzeit zu jeder Tages- und Nachtzeit: Mal faszinieren einen riesige Windräder, mal erklärt ein großer Energieerzeuger im Fernsehen, wie er umweltfreundlich gewonnene Energie speichert, bis Unternehmen oder Kunden sie tatsächlich benötigen – die Erschließung von alternativen Energiequellen und die dazugehörige Speichertechnologie genießen im Moment viel Aufmerksamkeit.
Wenn auch nicht immer positiv: In Flammen stehende Elektroautos und Akkus in Flugzeugen oder die Prognose des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), dass „Einfamilienhäuser brennen werden“, bringen elektrische Speicher, die für die Energiewende unverzichtbar sind, in Verruf. Allerdings zu Unrecht, denn ein ordnungsgemäßer und sicherheitsbewusster Umgang beispielsweise mit Speichersystemen, deren Zellen auf der Lithium-Ionen-Technologie basieren, stellen keine Gefahr dar, sofern sie auf die sicherheitsrelevanten Eigenschaften von anerkannten Prüfeinrichtungen wie dem TÜV getestet wurden.

Sicherheit geht vor

„Die Hersteller von Speichersystemen haben sich intensiv mit dem Thema Sicherheit beschäftigt“, betont Franz-Josef Feilmeier, Geschäftsführer der Fenecon GmbH & Co. KG aus dem niederbayerischen Deggendorf. Das Unternehmen vertreibt Heim- und Großspeicher und hat auch Erfahrung bei der Projektierung von Solarkraftwerken. Inzwischen hätten sich die Produzenten solcher Anlagen längst zu Sicherheitsstandards auch für die stationäre Speicherung verpflichtet, die sehr weit reichen. „Wer ein zertifiziertes System verwendet, muss keine Gefahr fürchten“, ergänzt Feilmeier.
Dabei gehen die Hersteller unterschiedliche Wege, um die Sicherheit des Speichers zu gewährleisten. „Ein Ansatz ist die Entwicklung von Zellen, die unempfindlicher gegenüber Überhitzung oder mechanischen Beschädigungen sind“, erklärt Andreas Niederholz, Application Engineer Industrial Storage beim schweizerischen Speicherproduzenten Leclanché. „Ein keramischer Separator hilft zum Beispiel selbst bei hohen Temperaturen, die Trennung von positiver und negativer Elektrode sicherzustellen. Der Separator ermöglicht die Leitung von Ionen, verhindert aber den Transport von Elektronen. Ist er zu dünn oder gar beschädigt, berühren sich positive und negative Elektrode, und es kommt zu einem elektrischen Kurzschluss.“ Von Rauchentwicklung bis hin zu einem schwer zu löschenden Brand ist dann alles möglich. Während ein Kunststoffseparator bei hohen Temperaturen schmilzt und so den Kurzschluss auslöst (Thermal Runaway), machen einem Keramikseparator die hohen Temperaturen nichts aus, da er hitzebeständiger ist und nicht schmelzen kann.
Um gegen mechanische Beschädigung gewappnet zu sein, setzen Zellhersteller wie Leclanché bestimmte Lithium-Ionen-Technologien ein. Dabei verzichtet man zum einen auf Grafit als leicht brennbares Elektrodenmaterial oder setzt auf Lithium-Titanat, das vom Potenzial her sehr weit vom metallischen Lithium entfernt ist. Dabei geht von der mechanischen Belas­tung am wenigsten Gefahr aus, da z.B. bei Heimsys­temen in der Regel keine großen physikalischen Belas­tungen auftreten.
Um auf Nummer sicher zu gehen, führen einige Unternehmen bei ihren Speichersystemen einen sogenannten Nageltest durch. Dabei wird ein Nagel durch die Zelle geschlagen. Weil einige Zellen bei Beschädigungen schnell Rauch und Flammen verursachen, ist das Bestehen in diesem Test ein guter Indikator für die Sicherheit des Speichersystems.
Dank cleverer Batteriemanagementsysteme lassen sich im Fall eines unerwünschten Überladungszustandes darüber hinaus die betroffenen Zellstränge einfach abschalten. Sie messen alle wichtigen elektrischen Kenndaten und die Temperatur. „Wichtig ist, dass die Verbraucher zertifizierte Speichersysteme nutzen“, lautete das Credo des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), das vor einiger Zeit PV-Speicher deutscher Anbieter testete.
Ob Tests für vertauschte Steckverbindungen, Fehlfunktionen der Sicherheitselektronik oder im Ladesystem – Energiespeicher- und dazugehörige Managementsysteme, die über eine Sicherheitszertifizierung verfügen, haben all diese kritischen Punkte erfolgreich in Tests überstanden. Vor allem die Normen QC/T 743, ISO 12405, IEC 62660, IEC 60950-1, SAND 2005, UL 1642 und UL 2580 gelten als vertrauenswürdig.

Leistungsvorteile

Sicherheit geht natürlich vor, doch auch wenn es um die Leistungsfähigkeit der Speichersysteme geht, schauen die Nutzer genau hin. „Der sogenannte Depth of Discharge – also die maximal mögliche Entladetiefe – spielt bei stationären Systemen eine wesentliche Rolle“, so Niederholz. „Viele Nutzer favorisieren deswegen Lithium-Titanat-Technologie, weil diese im Vergleich mit herkömmlichen Lithium-Ionen-Technologien 100% statt nur 70 – 80% Entladetiefe besitzen, während Blei-Akkus i.d.R. mit ca. 50% Entladetiefe betrieben werden. Damit müssen Blei-Akkus bei gleicher Nennkapazität doppelt so groß gewählt werden.“
Bei vielen Lithium-Ionen-Akkus lassen sich allerdings nur etwa 80% der Kapazität nutzen. Bei der Lithium-Titanat-Technologie hingegen schaffen die Akkus regulär bis zu 100%, und sie lassen sich selbst dann wiederbeleben, wenn der Ladezustand durch Anwendungs- oder Regelelektronikfehler komplett auf null gefallen ist.
Wer bewusst investieren will, sollte bei der Speichertechnologie genau hinschauen. Gerade wer auf die teurere Lithium-Titanat-Technologie setzt, profitiert von der deutlich höheren Anzahl an Ladezyklen gegenüber anderen Technologien, z.B. bei Blei-Akkus. Rund 15000 Ladezyklen, so die Hersteller, seien möglich. Im Vergleich: Blei-Akkus kommen je nach Nutzungsverhalten (Entladetiefe, Umgebungstemperatur, C-Rate) beispielsweise nur auf etwa 1500 bis 2000 Ladevorgänge.

Aus Netz und eigener Quelle

Ob energieintensive Industriebetriebe oder veraltete Netzstrukturen – immer wieder flammt die Diskussion auf, ob die Energiewende die Stabilität der Stromversorgung in Deutschland nicht gefährdet. Zugleich steigen die Preise für Energie kontinuierlich. Eine Entwicklung, die vielerorts kritisch gesehen wird und für die Unternehmen und private Haushalte gleichermaßen nach Auswegen suchen.
Schon seit geraumer Zeit lässt sich daher beobachten, dass der Wunsch nach mehr Autarkie bis hin zu sogenannten Insellösungen stärker wird: Sinkende Einspeisetarife wie in Deutschland oder mangelhafte Netze nutzen zunehmend mehr Verbraucher ihren selbst erzeugten Strom auch für den eigenen Haushalt.
Die Speichertechnologie, gepaart mit Stromerzeugern wie PV-Anlagen, Windrädern oder Blockheizkraftwerken, bewahrt sie über Zeiträume von mehr als 20 Jahren vor steigenden Kosten und gibt ihnen gleichzeitig nahezu unbegrenzte Versorgungssicherheit.

Akribische Forschung

Inselanlagen sind für Haushalte oder Unternehmen oft die einzige Lösung, wenn beispielsweise öffentliche Anschlüsse an die Energieversorgung fehlen, die Erschließung zu kostspielig ist oder der Betreiber seinen Strombedarf unabhängig von den öffentlichen Netzen decken will. Von solchen Insellösungen profitiert eine enorme Bandbreite an unterschiedlichsten Betreibern: private Haushalte, Landwirte, abgelegene Berghütten oder auch Unternehmen, die bei einem Stromausfall so den Stillstand ihrer Maschinen und Bänder vermeiden können.
Wegweisend für die Zukunft – die akribische Forschung und Entwicklung bei elektrischen Speichersystemen wird den Wandel am Energiemarkt angesichts ihrer Vorteile entscheidend mit beeinflussen. Für Fenecon-Geschäftsführer Feilmeier steht schon heute fest: „Da die sicherheitsrelevanten Aspekte beherrschbar sind, steht einer weiter steigenden Nachfrage nach Speichertechnologie grundsätzlich nichts im Weg“.

Kontakt: Leclanché SA, CH-1400 Yverdon-les-Bains, Tel. +41 24 4246500, Fax: +41 24 4246520, info@leclanche.com, www.lechanche.eu

 


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