Li-Ionen als Fotovoltaik PV Batterien!?
Von Tim Schäfer, Envites Energy
Li-Ionen-Batterien werden weitere und diversifizierte Märkte in der Tiefe erschließen, es gibt derzeit kein anderes Batteriesystem am Markt, welches hierfür vergleichsweise ebenso vorteilhaft sein sollte.
Die PV Batterien (Photovoltaik) werden in Deutschland am Markt stark beworben. Die Preise für Systeme mit den abgestimmten Batteriewechselrichtern kann sich mittlerweile Jedermann oder jede Frau, auch Lieschen Müller, leisten. Es ist aber zunächst einmal fest zu stellen, dass wir auch innovative Ansätze mit Bleibatterien wie Li-Ionen-Batterien am Markt sehen, die sich bemerkenswert offenbaren. Also auch die Bleibatterien weisen lange Lebensdauern auf, etwa die neuartigen sogenannten Blei-Grafit Batterien sind einschlägig. Mit erstaunlichen, nachgewiesenen Lebensdauern und Effizienz, wie die sekundären Lithiumbatterien! Im Folgenden soll gemäß der Fragestellung des Beitrages auf einige ausgewählte Aspekte der Li-Ionen-Batterien eingegangen werden.
Verändern Sie Ihr Leben, nutzen Sie dezentral oder auch dann, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht, Stromspeicher mit hoher Effizienz! Die Hersteller bewerben sehr heterogen die neuen Speichertechnologien, zum Teil mit abenteuerlichen Vorwürfen im Wettbewerb. Da ist schon mal nur die eigene Li-Ionen-Technologie sogar intrinsisch sicher und ewig haltbar. Oder nur eine Olivinmaterialkathodenbatterie wie Li-FP sicher. Andererseits könne insbesondere eine TESLA Powerwall eigentlich gar nicht geeignet sein, weil die Zellen in Li-Ionen-Technologie gar nicht haltbar seien. Dabei gibt TESLA eine 10 –jährige Garantie, wie passt das zusammen?
Anwendungen der stationären ESS (Energie Speicher Systeme)
Die Anwendungen der stationären ESS (Energie Speicher Systeme) sind vielfältig möglich, wenn man sich die breiten Anwendungen vor Augen führt, die Speicherstrom effizient benötigen und im technisch-gewerblichen wie wissenschaftlichen Bereich liegen. Es ist heute nicht mehr zeitgemäß, Messsysteme im Wald mit einem Stromerzeuger auf Verbrennerbasis zu betreiben, die Abgase oder auch der Lärm gehören hier nicht hin.
Im Kern nennen führende Hersteller:
- Power Supply Systems (Stromversorgungen),
- Grid-scale oder Residential,
- UPS –Anwendungen (unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)).
Tatsächlich wird derzeit noch breit verkannt, was insbesondere Li-Ionen-Batterien ganz unterschiedlicher Technologien wirtschaftlich und hocheffizient bereits leisten können. Es geht von sehr hohen Leistungsaufnahmen wie Abgaben oder bis hin zu sehr hohen Energiegehalten per Volumen. Das Speichervolumen ist in der stationären Anwendung ein durchaus bedeutendes Diversifizierungskriterium.
Li-Ionen-Batterien können hier das optimalste Verhältnis bieten, welches derzeit kommerzialisiert ist. Und das absehbar für viele Jahre und bei einem sich stetig verbessernden Angebot.
Source: Application of ESS – LG, 2016
Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), wird seit langem eingesetzt, um bei Störungen im Stromnetz die Versorgung kritischer elektrischer Lasten sicherzustellen. Davon zu unterscheiden ist die allgemeine Ersatzstromversorgung (AEV, auch als „Netzersatzanlage“ bezeichnet), da diese bei der Umschaltung eine kurze Unterbrechung der Stromversorgung aufweist.
USV-Geräte finden daher vor allem in Krankenhäusern, Leitstellen, modernen Eisenbahn-Stellwerken usw. Verwendung. IT und IuK Systeme werden auch verstärkt damit ausgestattet. Mittlerweile also ebenso in kleinen Büros oder zu Hause. Sie werden in die Stromzuleitung der zu sichernden Anlagen oder Geräte eingefügt.
Jetzt können die Li-Ionen als Fotovoltaik PV Batterien insbesondere immer öfter auch eine USV Funktion anbieten, die aber sehr einfach oder sehr anspruchsvoll gestaltet sein kann.
Interessant werden jetzt aber auch die Mikrogrids, die eine ganze Reihe von Vorteilen bieten können. Die völlig ohne Stromeinspeisung ins Netz ausgelegt werden.
Gerade für Deutschland, wo es bekanntlich ja auch trübere Wetterperioden gibt, ist der Einsatz von Li-Ionen-Batterien sinnvoller, denn die Effizienz der Speicher ist hoch und die Akku's sind auch im teilgeladenen Zustand gern leistungsbereit, also diese verlieren deswegen nicht an Lebensdauer. Vielmehr prolongiert sich diese sogar.
In Fragen der Sicherheit von Li-Ionen- Batterien hat man einen auch kritisch diskutierten Leitfaden in Deutschland, die internationalen Normen wie IEC 62619, IEC 62620 oder auch KBIA (Korea) oder auch die UL 1973 oder die S-mark. Die Hersteller müssen in Ihrer Risikobetrachtung alles einbeziehen, denn gerade der private Kunde, der sich in seiner Wohnung einen Stromspeicher installieren lässt, erwartet eins auf jeden Fall: Sicherheit! So dass unter keinen Umständen eine signifikante Gefahr für Leben, Eigentum und Umwelt von den Stromspeichern ausgeht. Li-Ionen-Speicher sind hermetisch verschlossen und Gas dicht, das ist auch ein Vorteil.
Source: IEC, LG und Envites Energy, 2016
Beispiel Solarwatt (Dresden): Ihre persönliche Reserve
Quelle: Solarwatt, Produktbroschüre „Die Referenzklasse“.
In der Tat erreichen Anlagen mit Li-Ionen-Batterien sehr hohe Lade- wie Entladeeffizienzen bei sehr schneller Reaktionszeit und systemische sehr geringem Selbstverbrauch. Auch Solarwatt gibt bereits leistungsbezogene Garantien für die Li-Ionen-Speichertechnik auf 10 Jahre. Integriert im Speicher sind, soweit bekannt, Li-Ionen-Batterien eines der führenden Hersteller von großformatigen Zellen aus Südkorea.
TESLA Powerwall Li-Ionen-Technologie
Tesla Motors (NASDAQ: TSLA) CEO Elon Musk has big plans for the first Gigafactory. The battery factory will have 35 GWh of annual production capacity and the capability to assemble another 15 GWh of battery packs each year, bringing the total annual capacity to an astounding 50 GWh of finished products. That will be more than enough to supply batteries for the company's stated goal of 500,000 electric vehicles, so the additional capacity is being dedicated to a growing portfolio of stationary energy storage products for home (Powerwall) and utility (Powerpack) customers.
Es gibt gewichtige Stimmen im Markt die TESLA`s Powerwall kritisch beurteilen, weil sich hier die Auslegung für den automobilen, elektromobilen Einsatz nicht vorteilhaft auf stationäre Anwendungen übertragen lassen soll. Aber ist dem so?
Angeblich biete die Panasonic Systemzelle für die Elektromobilität des TESLA lediglich eine zyklisches Leben von max. 500 sogenannten Tiefzyklen (20-100%). Danach würde die Batterie stark nachlassen, irreversibel. Mithin also bereits nach 16 Monaten, so die Hauptkritik.
Das Nutzen des Peukert Effektes oder einer Berücksichtigung dessen in der Batterieauslegung seien ebenso nachteilig. Würden bei TESLA zu einem Balanceakt in Effizienz und Wirtschaftlichkeit führen. Diesen Kritikpunkten mag der Autor nicht mehr folgen. Aus mehreren Gründen nicht.
Zunächst ist hier die Fortentwicklung der Li-Ionen-Technologie zu nennen. Es trifft nicht zu, dass diese in den kleineren zylindrischen Zellen nur 16 Monate halten oder lediglich 500 Zyklen (siehe oben). Vielmehr können diese zylindrischen Zellen bei hoher Belastbarkeit und Energiedichte, bereits nachgewiesen (!), bis zu mehrere tausend Zyklen erreichen. Allerdings entspricht das einer noch jüngeren Generation und es ist noch kein Ende der Entwicklung in Sicht! An dieser Stelle belässt es der Autor mit diesem Hinweis, es liegen aber vielfältige Daten vor, die auch den Entwicklern bereits bekannt sein sollten.
Und dabei sind auch die bisher bekannten wirtschaftlichen Daten bemerkenswert: „Tesla's current Powerwall uses the latter approach, boasting a capacity of just 6.4 kWh and costing a relatively manageable $3,000. The average American home used about 30 kWh of electricity daily in 2014, according to the U.S. Energy Information Administration.” (2016)
Neue Sicherheitseigenschaften erreicht
Also um es klar aus zu drücken: Natürlich kann TESLA sinnvoll auch für stationäre Li-Ionen Batteriespeicher ihr System auf Basis zylindrischer Zellen vorzüglich nutzen. Der Autor hat nicht vor, die Frage der Sicherheit zu befeuern. Ein Hinweis sei aber dazu angemerkt. Es sind jetzt zylindrische EV Zellen am Markt, die auch im Falle des Durchbrennens einer Zelle im Packsystem der Batterie nicht mehr erreichen, dass die Batterie weitergehend durchbrennt (fire propagation). Das ist eine Innovation, mithin eine wichtige Frage der Sicherheit und ein hervorragender Beitrag für mehr Sicherheit der ESS Speicher in Li-Ionen-Technologie.
Li-Ionen-Batterien werden weitere und diversifizierte Märkte in der Tiefe erschließen, es gibt derzeit kein anderes Batteriesystem am Markt, welches hierfür vergleichsweise ebenso vorteilhaft sein sollte.