Forschung: Die meisten Photovoltaik-Heimspeicher erfüllen die Garantieansprüche

Acht Jahre lang haben Forscher der RWTH Aachen in Deutschland Feldmessungen durchgeführt, um die nutzbare Kapazität von Heimspeichern zu schätzen und einen Datensatz zu entwickeln, der 106 Systemjahre und 14 Milliarden Datenpunkte umfasst. Ihr wichtigstes Ergebnis: Heimspeicher verlieren pro Jahr durchschnittlich zwei bis drei Prozent ihrer nutzbaren Kapazität. Für die Branche ist das eine gute Nachricht, da die meisten Garantien auf dem Markt durch die Implementierung von Kapazitätsreserven erfüllt werden können.

18. September 2024 Marija Maisch

Forscher der RWTH Aachen haben eine skalierbare Methode zur Kapazitätsschätzung von Photovoltaik-Heimspeichern entwickelt.

Foto: Senec

Von pv magazine Energy Storage

Während der Markt für Batteriespeicher in Privathaushalten in den letzten Jahren sprunghaft gewachsen ist, hinkte die Entwicklung standardisierter Methoden zur Quantifizierung des Kapazitätsverlusts während des Feldbetriebs hinterher. Aber die neu verabschiedete EU-Batterieverordnung fordert die Entwicklung zuverlässiger und transparenter Schätzungen des Gesundheitszustands von Batteriespeichern, um „den Restwert der Batterie zu bewerten, die Vorbereitung für die Wiederverwendung, die Wiederverwendung oder die Wiederaufbereitung der Batterie zu erleichtern oder die Batterie unabhängigen Aggregatoren wie zum Beispiel virtuellen Kraftwerken zur Verfügung zu stellen“.

Mit dem Ziel, den Mangel an öffentlichen Daten in diesem Bereich zu beheben, haben Forscher der RWTH Aachen eine skalierbare Methode zur Kapazitätsschätzung entwickelt, die durch regelmäßige Kapazitätstests im Feld validiert wurde. Die Forscher führten über acht Jahre hinweg hochauflösende Feldmessungen für 21 privat betriebene Lithium-Ionen-Systeme in Deutschland durch. Ihr 146-Gigabyte-Datensatz umfasst drei wichtige Lithium-Ionen-Batterietechnologien: Lithium-Eisenphosphat (LFP), Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) und eine Mischung aus Lithium-Mangan-Oxid (LMO) und NMC.

Jan Figgener, Gastwissenschaftler an der RWTH Aachen und Batterieexperte bei Accure Battery Intelligence, erklärt die Relevanz der Forschungsergebnisse für den heutigen Markt, da sich die Innovationen im Bereich der Batteriespeicher rasant entwickeln. „Der stationäre Markt hat sich auf LFP-Batterien verlagert, die in der Stichprobe der Studie enthalten sind und sich in ihren grundlegenden Eigenschaften nicht verändert haben. Unsere LFP-Stichprobe entspricht immer noch in etwa den durchschnittlichen Energiekapazitäten im heutigen Markt, während Leistungswerte und Systemspannung gestiegen sind. Die Alterung von Batterien ist sehr zellenspezifisch und es können keine allgemeinen Erkenntnisse für neue Produkte gezogen werden. Wenn man jedoch bedenkt, dass es sich um die erste Produktgeneration handelt, ist das ein gutes Zeichen für die Branche“, so Figgener gegenüber ESS News.

Während ein Batteriemanagementsystem die Aufgabe hat, den Ladezustand (SOC) und den Gesundheitszustand (SOH) im Auge zu behalten, kann es zum Kapazitätsabfall kein umfassenderes Bild und keine verlässlichen Daten liefern. „Das Batteriemanagementsystem ist für kurzfristige Aufgaben wie das Halten des Systems in bestimmten Spannungs-, Strom- und Temperaturbereichen zuständig. Allerdings sind seine Rechenkapazitäten eher begrenzt, was oft zu ungenauen SOC- und SOH-Schätzungen führt. Im Gegensatz dazu verwendet unsere Methode historische Datenzeitreihen und berechnet den SOH in der Cloud mit viel mehr Rechenressourcen. Die Cloud-Diagnose fügt dem Batteriemanagementsystem also eine zusätzliche analytische Ebene hinzu“, sagt Figgener.

Mit ihrem neu entwickelten Algorithmus fanden die Forscher heraus, dass die untersuchten Speichersysteme eine durchschnittliche Abnahme der nutzbaren Kapazität von etwa zwei bis drei Prozentpunkten pro Jahr aufwiesen. Die Forscher beobachteten einzelne Systeme mit einem höheren Kapazitätsabfall, die nach fünf bis sieben Jahren ihr Lebensende – definiert als 80 Prozent ihrer Nennkapazität – erreichten. Andere zeigten nach der gleichen Betriebszeit noch vernünftige SOH-Werte, was auf eine längere Lebensdauer hindeutet.

„Dennoch können die angegebenen Garantiezeiten in den meisten Fällen erreicht werden, wenn man Alterungsreserven einbezieht. In Anbetracht der Tatsache, dass die gemessenen Heimspeichersysteme aus der ersten Produktgeneration stammen, ist dies ein positives Zeichen für die Branche“, schreiben die Forscher in ihrem Beitrag ‚Multi-year field measurements of home storage systems and their use in capacity estimation‘, der in Nature Energy veröffentlicht wurde.

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