Die Integration von Batteriespeichern in industrielle, gewerbliche, landwirtschaftliche als auch private Anwendungen nimmt eine Schlüsselrolle beim Übergang zu einer zukunftsfähigen Energieversorgung ein. Energiespeichersysteme bieten die Möglichkeit, Strom zu Zeiten niedriger Preise zu speichern und ihn zu Zeiten hoher Preise zu nutzen, wodurch die Betriebskosten gesenkt werden. Mit der zunehmenden Nutzung von Batteriespeichersystemen in diesen Sektoren steigt jedoch auch der Bedarf an Lösungen, die sowohl zu einer effizienten Energieversorgung beitragen als auch höchsten Sicherheitsstandards genügen. Insbesondere gilt es, Risiken wie Brände und die damit verbundenen Kosten zu vermeiden. Ein Brand in einem Batteriespeicher im Weimarer Land führte 2023 beispielsweise zu Schäden in Höhe von rund 700.000 Euro.
Immer wieder liest man von solchen Einzelfällen brennender Stromspeicher – doch die Statistik zeigt, dass das Risiko von Batteriebränden insgesamt sehr gering ist. Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts wurden bei 130.000 installierten Photovoltaik-Speichern nur zehn Brände festgestellt, von denen neun auf Lithium-Ionen-Batterien zurückzuführen waren. Zwischen den verschiedenen Lithium-Ionen-Batterien-Typen bestehen wiederum signifikante Unterschiede in der Brandgefahr. Daher ist es wichtig, insbesondere im Zuge der breiteren Anwendung von Batteriespeichern, die richtige Technologie und Sicherheitsvorkehrungen zu wählen, um potenzielle Risiken weiter zu minimieren und die Sicherheit von Energiespeichersystemen zu gewährleisten.
Lithium-Eisenphosphat-Batterien bieten deutlich höheren Brandschutz
Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien vom Typ NMC (Nickel-Mangan-Kobalt), die in vielen modernen Speichersystemen eingesetzt werden, können bei Überhitzung Temperaturen von über 700 Grad Celsius erreichen, was sie besonders anfällig für einen sogenannten „thermal runaway“ (thermisches Durchgehen) macht und zu unkontrollierbaren Bränden führen kann.
Ein thermal runaway tritt auf, wenn die Temperatur einer Batterie zu stark ansteigt und die in der Batterie gespeicherte Energie plötzlich freigesetzt wird. Das führt zu einer raschen Temperaturerhöhung und einer Explosion des Elektrolyts. Der Druck innerhalb der Zelle steigt, bis der Elektrolyt austritt, und ein explosives Gasgemisch entsteht, das eine Verbrennung auslöst. Dieser Prozess kann sich auf andere Zellen ausbreiten und einen Großbrand verursachen.
Dieses Risiko ist bei Batterien vom Typ LFP (Lithium-Eisenphosphat) insbesondere aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung deutlich geringer. Im Gegensatz zu NMC-Batterien, die Schwermetalle wie Nickel und Kobalt enthalten, bestehen LFP-Batterien aus Materialien, die keine giftigen Schwermetalle enthalten und bei einer chemischen Reaktion auch keinen Sauerstoff freisetzen. Außerdem halten LFP-Batterien auch extremen Temperaturen stand. Laut einer Studie des VDE zeigt Lithium-Eisenphosphat bis zu einer Temperatur von 300 Grad Celsius keinerlei thermische Effekte, weshalb es in der Studie sogar als „sicherheitstechnisch außer Konkurrenz“ bezeichnet wird.
Intelligente Software für den sicheren Betrieb
Neben der Art der Batterietechnologie spielen weitere Maßnahmen eine entscheidende Rolle, um die Sicherheit von Batteriespeichern zu gewährleisten. Dazu zählen neben integrierten Feuerlöschsystemen, die im Notfall automatisch ausgelöst werden, auch Batteriemanagementsysteme. Durch die kontinuierliche Überwachung von Temperatur, Spannung und Ladezustand der Zellen können potenzielle Fehlerquellen frühzeitig erkannt und entsprechende Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden. Das Batteriemanagement sorgt dafür, dass die Batterie nicht überlastet und warnt bei Übertemperatur, Überladung oder ungleichmäßiger Zellspannung.
Zudem kann ein effektives Thermomanagement, wie integrierte Heiz- und Kühlmechanismen zur Aufrechterhaltung optimaler Betriebstemperaturen, die Sicherheit und Leistungsfähigkeit von Batteriespeichern deutlich erhöhen. Eine effektive Temperaturregelung sorgt dafür, dass die Batterien stets innerhalb eines sicheren Temperaturbereichs operieren. Moderne Batteriespeicher verwenden fortschrittliche Kühlsysteme, die Wärme durch aktive Luftzirkulation oder Flüssigkeitskühlung effizient abführen. Dadurch wird eine Überhitzung verhindert und das Risiko thermischer Reaktionen verringert.
Die effiziente und nachhaltige Wahl
Aus der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung der beiden Batteriespeichertechnologien ergeben sich neben dem erhöhten Brandschutz auch weitere Vorteile zugunsten der LFP-Batterien: Eisen und Phosphat sind reichlich vorhanden. Nickel und Kobalt hingegen sind aufgrund ihrer begrenzten Verfügbarkeit und der Preisschwankungen auf dem Rohstoffmarkt tendenziell teurer. Zudem sind der Abbau und die Entsorgung der Ressourcen für NMC-Batterien umweltbelastender. LFP-Batterien haben in der Regel nach circa 5.000 – 6.000 Ladezyklen noch 70 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität, NMC-Batterien erreichen diesen Punkt bereits nach etwa 3.000 Zyklen. Natürlich variieren hier die Zahlen je nach Test und Batterie, die Relationen sind jedoch eindeutig. LFP-Batterien sind weitaus langlebiger und werden daher mit längerem Investitionshorizont zunehmend kosteneffizienter. Bei den Anschaffungskosten hatten NMC-Batterien lange erhebliche Vorteile. Der Markt befindet sich jedoch im Wandel, und die Preise beider Typen sind in den letzten zehn Jahren stark gefallen. Im Jahr 2023 waren LFP-Zellen sogar 32 Prozent günstiger als ihre NMC-Alternative. Ein Nachteil der LFP-Batterien bleibt ihr höheres Gewicht, ein Faktor, der jedoch bei stationären Energiespeichern in den meisten Anwendungsfällen vernachlässigbar ist.
Im Energiespeicherbereich bietet die LFP-Technologie entscheidende Vorteile. Die Umweltauswirkungen sind signifikant besser, sowohl in der Produktion als auch nach dem Lebenszyklus der Batterie. Für die zahlreichen Unternehmen und Privathaushalte, die momentan auf der Suche nach Energiespeichern sind, ist daher ein Blick über den initialen Kaufpreis und die Leistung im Neuzustand hinaus unerlässlich. Wer aus Angst vor dem Brandrisiko mit der Entscheidung hadert, sollte sich bewusst sein, dass die richtige Technologiewahl und zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen die Brandgefahr nahezu eliminieren.
Über den Autor:
Stefan Bahamonde ist Geschäftsführer und Gründer von Libattion, einem Schweizer Unternehmen, das sich auf die Herstellung von Großbatteriespeichern aus ausgedienten und überproduzierten Autobatterien spezialisiert hat. Unter der Leitung von Bahamonde hat sich Libattion zu einem europäischen Marktführer für Upcycling-Energiespeicher entwickelt.
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Was alles technisch möglich und praktisch machbar ist um Li-Eisenphosphat Speicher dauerhaft effizient und sicher betreiben und notfalls gar vollautomatisiert löschen zu können, beschreibt der Autor ja recht anschaulich. Manches davon findet sich dort, wo Anschaffungskosten nicht kaufentscheidend sind, etwa Militär, Medizin, öffentl. Versorgung u.ä, ja bereits heute wieder.
Aber wieviel davon denn wohl hinter blumigen, aber überwiegend nahezu nichtssagenden Werbefloskeln zahlloser Heimspeicher-Vermarkter, die ihren 15kWh Blöcken für teils deutlich unter 2000€ hemmungslos betriebssicheres Zusammenschalten eines halben oder gar ganzen Dutzend weiterer solcher ‚Granaten‘ attestieren?
Ein bisschen zu viel FUD für mich
Was genau soll denn passieren, dass Sie Heimspeicher als sicher betrachten
Zellchemie scheint nicht hinreichend zu sein.
Bleibt das BMS, fordern Sie dass es nach gewissen Kriterien zertifiziert wird damit gewisses Verhalten im Fehlerfall abseits von marketing belegt ist ?