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Lithium Ionen Zellen waren bis 2012 noch zu kostspielig für eine breite Photovoltaik mit Akku Anwendung und noch deutlich teurer als die altbewährte Blei-Gel und Blei-Säure Technologie. Durch sinkende Preise, längere Haltbarkeit und wartungsfreiem Betrieb, sind diese Zellen auf dem Vormarsch. Insbesondere die Elektromobilität sorgt dafür, dass Lithium-Ionen Zellen in großen Stückzahlen zu sinkenden Kosten produziert werden.

  1. Lithium-Kobalt-Oxid kurz LCO
  2. Lithium-Eisenphosphat-Akku kurz LFP 
  3. Lithium-Nickel-Kobalt-Oxid kurz NCA
  4. Nickel-Mangan-Kobaltoxid kurz NMC
  5. Lithium-Mangan-Oxid kurz LMO
  6. Lithium-Eisen-Manganphosphat kurz LFMP

Jeder Akkutyp unterscheidet sich vom anderen in Punkto Energiedichte, Entladetiefe, Stabilität, Zyklenfestigkeit und vor allem Gefahrenpotenzial. Das stellt das Batterie-Management-System eines Batteriespeichers vor die Herausforderung die Akkuzellen optimal zu be- und entladen, damit Über- und Tiefentladungen vermieden werden und somit die Zyklenzahl auf ein Maximum erhöht wird.

In der folgenden Grafik sehen sie die Eignungen, Vorteile und Nachteile der einzelnen Technologien:

Photovoltaik mit Akku: weitere Batterie- Typen

Redox-Flow

Die Redox-Flow- oder auch „Flussbatterie“ ist ein Akku, der aus zwei energiespeichernden Elektrolyten besteht. Die Speicherung erfolgt in chemischen Verbindungen, jeder Elektrolyt kann dabei in einem separaten Tank aufbewahrt und nachgefüllt werden. Die Elektrolyte zirkulieren in zwei Kreisläufen, die durch eine Membran getrennt werden, durch die wiederum Ionen passieren können. Die eigentliche Aufladung dieser Zelle kann außerhalb der galvanischen Zelle erfolgen, womit sich dieser Akkutyp beispielsweise für die Elektromobilität eignen würde (Schnelles Aufladen dank Batterie-Elektrolyt-Nachtankens).

Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie weist einen hohen Wirkungsgrad aber nur eine geringe Energiedichte (70Wh/kg) auf. Ein großer Vorteil bei ihr liegt in ihrer Skalierbarkeit (von einem Kilowatt Leistung bis hin in den Megawattbereich) und in der praktisch nicht vorhandenen Selbstentladung.

Nickel-Cadmium und -Metallhydrid-Akku

Nickel-Cadmium Zellen sind besonders robuste Batterien, die hohe Entladeströme liefern und bei Überladung die Energie in Form von Wärme abgeben können, anstatt thermisch durchzugehen. Seit über einem Jahrhundert weiterentwickelt, wurden sie nach und nach per Gesetz aus dem Verkehr gezogen (Ausnahme: Notleuchten, medizinische Geräte), da sie das giftige Element Cadmium enthalten. Von Nickel-Cadmium Akkus ist der „Memory-Effekt“ bekannt, bei dem sich die Batteriekapazität bei häufigem Teilentladen und Wiederaufladen deutlich reduziert. Dieser Effekt ist bei anderen Akkutypen gar nicht bzw. weitaus geringer nachweisbar.

Ersatz bieten heute Nickel-Metallhydrid-Akkus, die im Vergleich zu Ni-Cd Akkus eine doppelt so hohe Energiedichte und keine giftigen Inhaltsstoffe aufweisen. Ihr Nachteil liegt in der fehlenden Temperaturresistenz; um den Gefrierpunkt sinkt ihre Leistung signifikant, unter Null Grad sind sie praktisch unbrauchbar. Zwar weisen sie keinen Memory-Effekt, jedoch einen „Trägheits-Effekt“ auf. Häufige Teilentladung und Wiederaufladung führt zu einer niedrigeren Zellspannung, wodurch empfindliche Elektrogeräte die Batterie zu früh als „entladen“ betrachten.

ZEBRA-Batterie

Bei der Zero-Emission-Battery-Reaearch-Activities (ZEBRA) Batterie erfolgt die Energiespeicherung in einem festen Elektrolyt. Beide Elektroden können flüssig sein und werden durch eine Keramikwand separiert. Durch die hohe Betriebstemperatur der Batterie (ca. 300°), wird diese Wand ausreichend leitfähig für eine Entladung der Batterie. Die Komponenten für ZEBRA Batterien sind relativ günstig im Materialeinkauf, die Energiedichte ist weitaus höher als bei Bleibatterien (ca. 100Wh/kg). Kühlt die Batterie ab, so ist die enthaltene Energie beliebig lange speicherbar und nach Wiederauheizen wieder frei verfügbar.

ZEBRA Batterien werden bereits in der E-Mobilität, unter anderem für Lastfahrzeuge verwendet. Wegen ihrer langen Haltbarkeit werden Sie auch in U-Booten, Raketen und Waffensystemen eingesetzt.

Die oben angeführten Technologien werden selten in Batteriespeichern bei PV Anlagen eingesetzt. Vorreiter sind Lithium-Ionen Speicher.

Zweiter Teil des Beitrags: Photovoltaik mit Akku 1.Teil