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StartseiteForschung aktuellBatterien für Photovoltaik19.06.2013

Batterien für Photovoltaik

Hersteller optimieren Stromspeicher für erneuerbare Energiequellen

Unzureichende Zwischenspeicher sind die Achillesferse der erneuerbaren Stromquellen Wind und Sonne. Die Messe Intersolar Europe widmet daher den notwendigen Technologien einen eigenen Ausstellungsbereich, bei der gleichzeitig stattfindenden Konferenz sind Stromspeicher ebenfalls ein zentrales Thema.

Von David Globig

Wenn die Sonne scheint, wird Energie produziert, doch woher kommt der Strom in der Nacht? (AP)
Wenn die Sonne scheint, wird Energie produziert, doch woher kommt der Strom in der Nacht? (AP)

Messe München, Halle B5. Am Stand von "GILDEMEISTER energy solutions" geht Lars Möllenhoff vier Stufen hinauf, dann steht der Geschäftsführer für den Bereich Speichersysteme in einem weißen Sechsmetercontainer. An den Längsseiten sind in Regalen mehrere Dutzend weiße Würfel aufgereiht, aus denen schwarze Schläuche und Kabel führen. Möllenhoff:

"Rechts und links sehen wir die sogenannten Stacks. Das sind die Wandlerzellen. Bei uns in der Vanadium-Redox-Flow-Technologie wird halt eine Flüssigkeit durch diese Stacks gepumpt. Und in diesen Zellen wird das Elektrolyt geladen oder entladen."

In der Flüssigkeit ist ein Vanadiumsalz gelöst, das verschiedene Oxidationsstufen annehmen kann. Speichert man also Solar- oder Windstrom, erhält man zwei unterschiedliche Varianten der Vanadiumlösung. Diese werden in getrennten Tanks gelagert, die sich in einem zweiten Container befinden. Soll die Batterie umgekehrt Strom liefern, werden diese Flüssigkeiten wieder durch die Batteriezellen geleitet.

Insgesamt stellen die beiden Container eine elektrische Leistung von 200 Kilowatt zur Verfügung und haben eine Kapazität von 400 Kilowattstunden. Diese Kapazität ließe sich durch einen weiteren Tank noch einmal problemlos vergrößern.

Die Zahlen klingen erst einmal beachtlich. Doch nur ein paar Schritte weiter ist in der Messehalle ein anderer Container zu sehen, der mit Lithium-Ionen-Zellen arbeitet. Er benötigt für entsprechende Leistungsdaten wesentlich weniger Batterievolumen.

Tatsächlich ist der Platzbedarf ein gewisser Schwachpunkt der Vanadium-Redox-Flow-Systeme, gesteht Möllenhoff:

"Der Großteil unseres Elektrolyten, also über 50 Prozent ist Wasser. Und das führt einfach dazu, dass wir großes Volumen haben. Aber das sehen wir nicht als wirklichen Nachteil. Weil in der stationären Anwendung, wenn Sie es nicht bewegen müssen, haben wir eigentlich genug Platz. Und dementsprechend brauchen wir da auch nicht auf die hohe Energiedichte abzielen."

Außerdem sorgen die Abstriche, die man bei der Energiedichte machen muss, auf der anderen Seite dafür, dass Vanadium-Redox-Flow-Systeme im Betrieb sehr gutmütig sind. Probleme, wie sie zum Beispiel Boeing mit Lithium-Ionen-Batterien an Bord des Dreamliners hatte, gibt es bei Redox-Flow-Speichern nicht.

Doch nicht alle geben sich mit der geringen Energiedichte zufrieden. So versucht etwa die Vanadis Power GmbH aus Nürnberg, sie auf chemischen Weg in die Höhe zu treiben, erklärt Geschäftsführer Dr. Andreas Luczak:

"Vorher war das Vanadium in Schwefelsäure gelöst, jetzt sind Chloridionen hinzugefügt worden. Und dadurch wird das Ganze stabiler, auch in einem größeren Temperaturbereich. Und man kann damit einfach viel, viel mehr Vanadium in dieser Säure lösen als vorher in der reinen Schwefelsäure."

Mehr Vanadium pro Liter Flüssigkeit erlaubt eine höhere Energiedichte. Luczak:

"Also bislang waren das etwa 15 Wh pro Liter. Und jetzt werden es 30 Wh pro Liter sein. Das ist jetzt im Vergleich zu Benzin natürlich immer noch verschwindend gering, aber im Vergleich zu früheren Werten kommt man damit schon in den Bereich, der normalen Batterien entspricht."

Von Lithium-Ionen-Batterien ist man allerdings nach wie vor weit entfernt. Sie spielen mit 250 bis 500 Wh pro Liter in einer ganz anderen Liga.

Doch gerade wenn es darum geht, Strom aus erneuerbaren Quellen zwischenzuspeichern, ist Energiedichte nicht alles, betont Ted Wiley von Aquion Energy. Er hat in München eine Technologie vorgestellt mit ganz ähnlichen Eigenschaften wie Vanadium-Redox-Flow-Systeme: die "Aqueous Hybrid Ion" Batterie, kurz AHI:

"AHI ist ein neues Batteriesystem, das eine Aktivkohle-Komposit-Anode besitzt und eine Mangandioxid-Kathode. Die Reaktionen auf der Kathoden- und der Anodenseite sind sehr ähnlich wie bei einer Lithium-Ionen-Batterie. Aber unsere Batterie verwendet eine wässrige Lösung als Elektrolyt und besteht aus wesentlich preisgünstigeren Materialien."

Ted Wiley sieht die AHI-Batterie zum Beispiel als eine weitere umweltfreundliche Alternative zu Bleibatterien an.

"Die Vorteile sind in erster Linie: Kosten, Lebensdauer, aber auch Sicherheit und Nachhaltigkeit. Sie kosten ähnlich viel wie Bleibatterien, schaffen aber fünf Mal so viele Ladezyklen. Sie enthalten keine giftigen Materialien. Und sie können nicht brennen oder explodieren."

Erste Systeme sind bereits installiert. Doch jetzt müssen sie zeigen, dass AHI-Batterien ihre Vorteile nicht nur im Labor ausspielen können, sondern auch in der Praxis.

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