Inmitten von Bergen und Waldgebiet liegt der Hof des Landwirts Jürgen Kienbink, der sich komplett unabhängig vom öffentlichen Stromnetz versorgt.

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Marktreife Lithium-Ionen-Alternativen Batteriespeicher: Zwei unbekannte Technologien im Fokus

06.09.2021

Lithium-Ionen-Batterien halten nahezu 100 Prozent Anteile am Speichermarkt. Dabei gibt es einige vielversprechende Alternativen. Welche davon schon heute marktreif sind und wo ihre spezifischen Vorteile liegen, zeigen Anwendungen aus einer Lkw-Werkstatt und einem abgeschiedenen Bauernhof.

Eines vorweg: Nein, den perfekten Stromspeicher, passend für jede Anwendung, gibt es nicht. Abhängig von Anwenderbedürfnissen, Spezifikationen und Installationsort wird die eine oder andere Batterietechnologie besser für ein Projekt geeignet sein.

Aktuell am weitesten verbreitet sind Lithium-Ionen-Batterien. Innerhalb dieser Gruppe gibt es wieder verschiedenen Technologien, so etwa LiFePO4 (Lithium-Eisenphosphat), NMC (Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan) oder LTO (Lithium-Titanat). Namensgebend für die Bezeichnungen ist jeweils das verwendete Elektrodenmaterial innerhalb der Batteriezelle. Mit den unterschiedlichen Materialien verändern sich auch die Eigenschaften.

Basierend auf den chemischen Eigenschaften sind LTO-Zellen dabei sicherer als andere Lithium-Ionen-Batterien. Sie sind nicht brennbar und UL-1973 zertifiziert. Bleibatterien sind in unseren Breitengraden als klassische Autobatterie im Verbrennungsmotor bekannt und in Verwendung. Als stationäre Stromspeicher werden sie in nur noch in entlegenen und weniger entwickelten Gebieten der Welt verwendet.

In ihrer Funktionsweise von den genannten Technologien zu unterscheiden sind Flow-Batterien. Bei ihnen werden zwei Elektrolyte außerhalb der Batteriezelle in großen Tanks gelagert. Die Elektrolyten werden durch die Zelle gepumpt, wo die Elektroden fließen und Strom erzeugen. Jede Flow-Batterie benötigt Pumpen und Tanks für den Betrieb.

Die wenig bekannte Salzwasserbatterie

Eine Gattung lässt sich unter dem Überbegriff Salzbatterien zusammenfassen. Sie beinhaltet wieder zwei unterschiedliche Technologien:

  • die Natrium-Nickel-Batterie, auch Zebra-Batterie genannt: Sie ist eine Hochtemperatur-Batterie, bei der innerhalb der Zelle Temperaturen von einigen hundert Grad Celsius herrschen.

  • die Salzwasserbatterie, die ohne hohe Temperaturen in der Zelle funktioniert. Sie besitzt einen Elektrolyten aus wässrigen Natrium-Ionen und besteht aus häufig vorkommenden und ungiftigen Stoffen. Aufgrund Ihrer Zusammensetzung kann sie weder brennen noch explodieren und ist darüber hinaus umweltfreundlich.

Jede Technologie hat ihre Stärken und Schwächen, die sich zur Gesamtrangliste addieren. Im Top-3-Ranking befinden sich neben bekannten Lithium-Ionen-Batterien auch die LTO- und die Salzwasserbatterie. Diese beiden weniger bekannten Speichertechnologien wollen wir anhand von konkreten Anwenderbeispielen etwas näher betrachten.

Salzwasserbatterie in Lkw-Werkstatt

In Nordrhein-Westfalen versorgt ein 45-kWh-Greenrock-Salzwasser-Stromspeicher eine Lkw-Werkstätte mit Sonnenstrom. Zwei Photovoltaikanlagen mit 25 und 34,6 kWp liefern grünen Strom für die Werkstatt. Dafür befinden sich PV-Module auf zwei Hallendächern in Ost-West-Ausrichtung. Kompressoren, Reifenmaschine, Bremsenprüfstand, Durchlauferhitzer, Verwaltungsgebäude und Server werden mit dem selbst produzierten Sonnenstrom versorgt. Damit die Werkstatt auch möglichst viel des eigenen Sonnenstroms verwenden kann, ergänzt der Greenrock-Speicher die PV.

Der Kunde legte Wert darauf, dass der Speicher auch im Falle eines Netzausfalls seitens des Energieversorgers die Notstromversorgung für den Betrieb übernehmen kann. Die Anlage ist deshalb so ausgelegt, dass begonnene Arbeiten abgeschossen, die Hebebühnen mit den Lkw gesenkt und die Hallentore nochmals geöffnet werden können.

Der Salzwasser-Stromspeicher befindet sich dabei in der Werkshalle. Eine erhöhte Zwischenetage bietet Platz für einen offenen Technikraum. Da Salzwasserbatterien weder brennbar noch entflammbar sind, ist dieser Aufstellungsort möglich.

Nachgefragt werden Salzwasserbatterien vor allem dort, wo Menschen leben und arbeiten: Kommunen, Schulen, Pflegeheime, Gewerbebetriebe, Landwirtschaft. Da die Batterien weder brennbar noch entflammbar sind und keine giftigen Inhaltsstoffe enthalten, erfüllen sie die hier vorherrschenden hohen Sicherheitsanforderungen.

Produziert werden die Greenrock-Salzwasserbatterien in Österreich. Sie sind für eine konstante, über längere Zeit anhaltende Energieabgabe konzipiert, wie zum Beispiel für klassische PV-Anwendungen zur Optimierung des Eigenverbrauchs.

Energieautarkie für Bergbauernhof

Dort, wo in kurzer Zeit viel Leistung benötigt wird, bietet die Carbocap-Technologie, die auf LTO-Zellen basiert, eine Alternative. Innerhalb der Lithium-Ionen-Zellen punktet diese Technologie durch ihre Langlebigkeit von bis zu 20.000 Zyklen und einer Temperaturbreite von -30 bis 50 °C.

Ein Anwendungsbeispiel kommt aus den österreichischen Alpen. Komplett von der Außenwelt abgeschottet betreibt Jürgen Kienbink hier einen Bauernhof und Forstbetrieb mit 20 Mitarbeitern. Da die Leitung des öffentlichen Stromnetzes nicht bis zu ihm reicht, greift der Landwirt auf ein Wasserkraftwerk zurück. Dieses sicherte ihm Strom für den Hof und sein Privathaus. Aufgrund sinkender Pegelstände stieß die Wasserkraft aber an ihre Grenzen – es kam des Öfteren zu Stromschwankungen und Ausfällen, für die eine Lösung gefunden werden musste.

Das bestehende, private Wasserkraftwerk wurde deshalb mit einer 11-kWp-Photovoltaikanlage am Dach des Wirtschaftsgebäudes und einem 24-kWh-Vigos-Stromspeicher, basierend auf LTO-Zellen, ergänzt. Er ist mittels entsprechender Verschaltung (DC-Kopplung) in der Lage, komplett autark zu arbeiten und sich sogar vom ausgeschalteten Zustand selbstständig hochzufahren.

Beim Vigos-Speicher handelt es sich um ein Outdoor-Gerät. Er hält Wind und Wetter stand und erlaubte es Kienbink, ihn im ersten Stock eines Stallgebäudes zu installieren. Da der Stall nicht isoliert ist, ist der Speicher hier einem breiten Temperaturschwankungsfeld ausgesetzt. Mit einem Stapler wurden Leistungselektronik und Batteriemodul nach oben gehoben.

Kreislauf aus Wasserkraft, PV und Stromspeicher

Ob Salzwasser-Stromspeicher oder Carbocap-Technologie, beide Speichersysteme werden anschlussfertig und inklusive intelligentem Energiemanagementsystem (EMS) geliefert. Darin lassen sich Wärmepumpe, E-Ladestationen und auch diverse Energieerzeugungsquellen einfach integrieren und steuern. Ebenfalls ist eine Einbindung eines Dieselgenerators möglich. So kann eine reine Offgrid-Anlage auch bei längeren Dunkelflauten zusätzlich abgesichert werden.

Für Kienbink und seine rund 6.000 Freilandhühner, schottischen Hochlandrinder, Ziegen, Schweine und Pferde ist durch die Speicherlösung ein komplettes Inselnetz für die eigene, unabhängige Stromversorgung entstanden. Das ist perfekt für den Landwirt und seinen Hof – denn eine Anbindung an das öffentliche Stromnetz wäre für ihn wesentlich teurer geworden. So hätten allein die Grabungsarbeiten für die Leitungen das Dreifache der aktuell aufgebrachten Investitionen gekostet.

Bildergalerie

  • Technologievergleich: Neben den bewährten Lithium-Ionen-Akkus schneiden auch die Salzwasser- und LTO-Batterien gut im Ranking ab.

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  • Für eine Lkw-Werkstatt in NRW liefern zwei Photovoltaikanlagen mit 25 und 34,6 kWp grünen Strom.

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  • Gespeichert wird die Solarenergie in einem 45-kWh-Salzwasser-Stromspeicher, der direkt in der Werkshalle steht.

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  • Szenenwechsel: Inmitten der österreichischen Alpen hält der Landwirt Jürgen Kienbink rund 6.000 Freilandhühner, schottische Hochlandrinder, Ziegen, Schweine und Pferde.

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  • Versorgt hat sich der Landwirt lange Zeit über ein Wasserkraftwerk, das kürzlich aufgrund sinkender Pegelstände jedoch durch eine Dach-PV-Anlage mit 11 kWp ergänzt wurde.

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  • Gespeichert wird die Energie in einem Outdoor-fähigen Stromspeicher Vigos. Hier zu sehen ist das Vigos-Team bei der Installation ...

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  • ... wobei auch so mancher Hofbewohner neugierig zuschaut.

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  • Der Vigos-Speicher muss an seinem Installationsort (im ersten Stock eines nicht isolierten Stallgebäudes) Wind und Wetter standhalten. Nach oben gehoben wurden Leistungselektronik und Batteriemodul mit einem Stapler.

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  • Fertig installiert arbeitet die Batterie mittels entsprechender Verschaltung (DC-Kopplung) komplett autark und kann auch von ausgeschaltetem Zustand selbstständig hochfahren.

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  • Die Kombination aus Wasserkraft, Photovoltaik und Stromspeicher erlaubt Kienbink alles in allem den Betrieb eines vollständig autarken Inselnetzes.

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