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Bessere Speicher für Wind- und Solarkraft

Damit Solarzellen und Windräder wirklich effektiv eingesetzt werden können, benötigen sie Batterien. Schließlich sollte überschüssiger Ökostrom irgendwie gespeichert werden. Im Wettrennen um die verschiedenen Techniken hat derzeit der wohlbekannte Lithium-Ionen-Akku die Nase vorn.

Von Michael Brendler | 04.11.2013

Weil Wind und Sonne machen, was sie wollen, sind die grünen Energien unzuverlässige Stromlieferanten: Mal fluten Sie die Netze, mal müssen andere für sie einspringen. Ohne Batterien kommen Solarzellen und Windräder deshalb nicht aus, meint Alfons Westgeest, der niederländische Direktor des Europäischen Verbandes der Batteriehersteller Eurobat. Sie könnten überschüssigen Ökostrom solange aufbewahren, bis er auch gebraucht wird.

"Ich glaube, dass das im Moment vielleicht noch im Anfang ist, aber in den nächsten Jahren werden die Batterie-solutions, die Speicher, sehr wichtig sein, um die Energiewende zu realisieren."

Das haben auch andere erkannt. Und deshalb liefern sich die Batterieentwickler derzeit einen regelrechten Wettlauf um die beste Technologie. Der gute alte Bleiakku - billig und effizient, aber auch kurzlebig und beschränkt aufnahmefähig - tritt an gegen den Newcomer Redox-Flow-Batterie. Dessen Vorteil: Weil die Stromspeicherung in große externe Tanks ausgelagert wird, kann er riesige Mengen Strom bunkern – er ist aber auch riesig groß. Derzeit noch außer Konkurrenz startet der Natrium-Schwefel-Akku - denn er muss teuer beheizt werden.

Momentan die Nase vorn, so der Zwischenstand auf dem Solar Summit in Freiburg, hat aber eine andere Technik: Der aus Handy, Computern und Elektroautos wohl vertraute Lithium-Ionen-Akku:

"Wenn wir zum jetzigen Zeitpunkt auf den Markt schauen, sehen wir, dass gerade in Deutschland viele Hausspeichersysteme eingeführt werden, wir erleben jetzt auch, dass Energieversorger sich Gedanken darüber machen, wie sie ihr Netz stabilisieren können. Und ein großer Vorteil der Lithium-Ionen-Technologie ist natürlich, dass wir zurzeit über marktreife Systeme verfügen Und das ist bei anderen Technologien noch nicht unbedingt gegeben",

so Stefan Lux, der Leiter des Teams Batteriemodule und -systeme am Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme ISE. Lithium-Ionen-Akkus sind vergleichsweise lange haltbar, verlustarm und vor allem in Sachen Energiedichte unübertroffen. So viel Strom wie sie, packt kein Konkurrent auf vergleichbar engen Raum.

Aber auch sie sind nicht ohne Schwächen. Da wäre vor allem der Preis. Schon für eine entsprechende Solarstrom-Batterie im Hauskeller werden schnell 10 000 Euro fällig. Noch, sagt Lux:

"Experten sind sich eigentlich einig, dass das Preisniveau der Lithium-Ionen-Batterien auf circa 300 Euro pro Kilowattstunde im Jahr 2020,2025 sinken könnte, wodurch ein wirtschaftlicher Einsatz sehr, sehr sinnvoll wäre."

Damit würde man in zehn Jahren rund 70 Prozent weniger für die Akkus zahlen. Dank neuer Materialien im Inneren der Batterie sollen die Batterien zudem in Sachen Energiedichte, Langlebigkeit und Sicherheit zulegen. Stefan Lux und seine Leute versuchen wiederum, die Akkus von außen zu neuen Höchstleistungen anzuspornen:

"Wir am Fraunhofer ISE arbeiten daran, durch hochpräzise Zustandsbestimmungen und Vorhersagen jederzeit über ein geregeltes Temperaturmanagement und eine möglichst sorgfältige Behandlung der Batterien die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit zu erhöhen."

In größeren Energiespeichern werden die Batterien in Paketen eingesetzt. Und hier gilt: Das schwächste Glied bestimmt die Leistung der ganzen Truppe. Das Problem: Bisher ließ sich nur spekulieren, was sich im Inneren der Akkus tat - die Messtechnik war ungenau und nicht immer einsetzbar. Die Freiburger wollen das nun mit einem intelligenteren Batteriemanagement ändern: Partikelfilter nennt sich ihr neues System. Es ist ein Algorithmus. Er verrechnet die fehlerbehafteten Sensordaten über Ladung, Stromstärke und Temperatur mit den bekannten Unsicherheiten der Messsysteme. Damit wird jederzeit eine zuverlässige Aussage über den Ladungs- und Alterungszustand der Batterie möglich.

"Damit sind wir natürlich nicht in der Lage, neue Energie in die Batterie hineinzubringen, aber wir wissen jederzeit über den Zustand jeder Zelle Bescheid, können auch über das sogenannte Zellbalancing Ladungen zwischen den Zellen ausgleichen, eine Symmetrie im Batteriepack schaffen und somit die Lebensdauer deutlich verlängern."

Auch Eurobat-Direktor Westgeest gibt dem Verfahren gute Chancen:

"Sicherheit ist sehr wichtig und die Sensoren können dabei helfen. Ich glaube auch, dass das eine bessere Performance geben kann."

Die Botschaft scheint auch bei der Industrie angekommen zu sein. Immer häufiger klopfen Kunden in Freiburg an, die sich für das neue Batteriemanagement-System interessieren. Spätestens nächstes Jahr, heißt es, wird es auch bei kommerziellen Akkus zum Einsatz kommen und ihnen zusätzliche Ladezyklen spendieren.