In der Vergangenheit verwendeten die meisten privaten Solarkunden, die Batteriespeichersysteme einsetzten, Blei-Säure-Batterien, insbesondere solche, die vollständig vom Stromnetz getrennt waren. In den letzten Jahren begann sich dies jedoch mit der zunehmenden Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien für Privathaushalte zu ändern Energiespeichersysteme. Was ist also besser für Energiespeicher: Lithium-Ionen- oder Blei-Säure-Batterien? Hier finden Sie eine Übersicht über die Vor- und Nachteile beider.
Anwendungen für Blei-Säure-Batterien
Seit den 1970er Jahren werden Blei-Säure-Batterien als Notstrom für Solaranlagen in Privathaushalten eingesetzt. Während sie herkömmlichen Autobatterien ähneln, werden Batterien, die in Energiespeichersystemen für Privathaushalte verwendet werden, als zyklenfeste Batterien bezeichnet, da sie häufiger entladen und wieder aufgeladen werden als die meisten Autobatterien.
Traditionell kosten Blei-Säure-Batterien weniger als Lithium-Ionen-Batterien, was sie für Privatkunden attraktiver macht. Allerdings haben sie eine deutlich kürzere Lebensdauer als Lithium-Ionen-Batterien.
Blei-Säure-Batterien haben eine geringere Lebensdauer als Lithium-Ionen-Batterien. Während einige Blei-Säure-Batteriezellen bis zu 1,{4}} Mal geladen und entladen werden können, können Lithium-Ionen-Batterien zwischen 1,{7} und 4,{9}} Mal geladen und entladen werden.
Die meisten Blei-Säure-Batterien haben eine Lebensdauer von etwa 5 Jahren und werden mit einer Garantie geliefert. Dies führt dazu, dass Privatkunden die Blei-Säure-Batterien während der gesamten Lebensdauer der Solaranlage mehrmals austauschen müssen.
Blei-Säure-Batterien speichern Energie weniger effizient als andere Energiespeichertechnologien wie Lithium-Ionen-Batterien. Aufgrund ihrer geringeren Effizienz können sie auch nicht so schnell geladen oder entladen werden wie Lithium-Batteriespeicher.
Blei-Säure-Batterien haben eine geringe Entladekapazität, was bedeutet, dass ihre Fähigkeit, Energie zu speichern, schnell nachlässt, wenn zu viel Energie verbraucht wird. Eine Studie des National Renewable Energy Laboratory (NREL) ergab, dass eine Blei-Säure-Batterie durch die Freisetzung von 50 Prozent der Energie 1.800 Lade- und Entladevorgänge durchführen kann, bevor ihre Speicherkapazität deutlich abnimmt. Bei einer Entladung auf 80 % Kapazität hält es nur 600 Lade- und Entladevorgänge aus, danach sinkt die Kapazität erheblich.
Blei-Säure-Batterien benötigen aufgrund ihrer relativ geringen Speichereffizienz und der fehlenden Fähigkeit zur vollständigen Entladung mehr Speicherkapazität und Platz als Lithium-Ionen-Batterien. Blei-Säure-Batterien sind außerdem viel schwerer als Lithium-Ionen-Batterien und erfordern stärkere Halterungen, um sie zu halten, und mehr Platz als Lithium-Ionen-Batteriepakete.
Blei ist ein giftiges Schwermetall und obwohl es recycelbar ist, kann es bei unsachgemäßer Entsorgung dennoch zu Umweltverschmutzung führen.
Anwendungen von Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien werden für viele Energieanwendungen, von kabellosen Elektrowerkzeugen bis hin zu Laptops und Fahrzeugen, immer mehr zur Batterie der Wahl. Immer mehr private Solarkraftwerke nutzen Lithium-Ionen-Batteriespeichersysteme. Allerdings weisen Lithium-Ionen-Batterien immer noch einige Einschränkungen auf, von denen die erste und wichtigste ihre hohen Kosten sind.
Lithium-Ionen-Batterien haben höhere Anschaffungskosten als Blei-Säure-Batterien. Das Powerwall-Energiespeichersystem von Tesla wurde 2018 in den USA für 5.900 bzw. 6.600 US-Dollar verkauft, inklusive unterstützender Hardware. Es handelt sich um ein 14-kWh-Batteriesystem, das bei Spitzenbedarf bis zu 7 kW Leistung liefern kann. In den Kosten sind die Installationskosten nicht enthalten, die normalerweise zwischen 600 und 2 US-Dollar liegen.000
Allerdings sinken die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien rapide. In den letzten Jahren wurden die Kosten verschiedener Batteriespeichertechnologien im Bericht „Energy Storage Average Cost Analysis“ bewertet. In seiner jüngsten Umfrage vom November 2017 ergab das Unternehmen, dass die Installationskosten eines Blei-Säure-Batterie-Energiespeichersystems, das mit Solarenergie für Privathaushalte einhergeht, zwischen 598 und 635 US-Dollar pro Kilowattstunde lagen. Die Installationskosten für Lithium-Ionen-Batterien lagen zwischen 831 und 1.089 US-Dollar pro kWh.
Basierend auf diesen Zahlen betragen die Kosten einer 14-kWh-Blei-Säure-Batterie nur 8.372 US-Dollar, während die entsprechende Kapazität einer Lithium-Ionen-Batterie nur 11.634 US-Dollar beträgt. Hinter den niedrigen Kosten von Blei-Säure-Batterien verbergen sich jedoch viele andere Kosten, wie zum Beispiel eine kürzere Lebensdauer und höhere Betriebskosten.
Im Laufe der Zeit werden die Kosten unserer Batteriesysteme stark schwanken. Umfragen haben ergeben, dass Energiespeicher mit Lithium-Ionen-Batterien weniger pro Megawattstunde kosten als Blei-Säure-Batterien. Blei-Säure-Batteriesysteme kosten 1.160 bis 1.239 US-Dollar pro Megawattstunde. Dem stehen Kosten von 1.024 bis 1.274 US-Dollar pro Megawattstunde für ein Lithium-Ionen-Batteriesystem gegenüber.
Auch die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien sind weiter gesunken, wie aus einem anderen Umfragebericht hervorgeht. Im Jahr 2010 wurden Lithium-Ionen-Batterien für bis zu 1,{3}} US-Dollar pro Kilowattstunde verkauft, wobei die Preise in den Folgejahren um mehr als 20 Prozent sanken. Bis Ende 2016 war der durchschnittliche Verkaufspreis von Lithium-Ionen-Batterien um 209 US-Dollar pro Kilowattstunde gesunken.
Ein Branchenexperte wies jedoch darauf hin, dass diese Preise hauptsächlich für Batterien gelten, die von Herstellern von Elektrofahrzeugen geliefert werden. Er sagt: „Aufgrund der deutlich geringeren Bestellungen von Entwicklern stationärer Energiespeichersysteme werden die Anschaffungskosten für Batterien voraussichtlich um 51 Prozent höher sein als die, die Autohersteller zahlen.“
Aus diesen Gründen ist es wichtig, die Kosten von Lithium-Ionen- und Blei-Säure-Batterien zu verstehen, die derzeit in Energiespeichersystemen für Privathaushalte verwendet werden. Sie können entweder als eigenständige Energiespeichersysteme oder in Verbindung mit Solarstromerzeugungsanlagen für Privathaushalte eingesetzt werden, um einen Teil oder den gesamten Energiebedarf von Privatkunden oder Unternehmen zu decken.
Im Hinblick auf die Betriebsdauer wird erwartet, dass Lithium-Ionen-Batterien etwa 10 Jahre lang weiter funktionieren und dass sie in der Lage sind, höhere Lade- und Entladegrade zu erreichen, ohne die Kapazität wesentlich zu reduzieren. Die Studie des National Renewable Energy Laboratory (NREL) geht davon aus, dass die Tesla Powerwall 15 Jahre lang ohne nennenswerten Verlust an Energiespeicherung und -abgabe betrieben werden kann, mit 5.475 Lade- und Entladevorgängen in dieser Zeit.
Lithium-Ionen-Akkus laden sich bei höheren Spannungen auch schneller auf. Während das vollständige Aufladen von Blei-Säure-Batterien bis zu 16 Stunden dauern kann, können selbst die am langsamsten ladenden Lithium-Ionen-Batterien in etwa vier Stunden vollständig aufgeladen werden.
In Bezug auf das Gewicht. Lithium-Ionen-Batterien, die in Energiespeichersystemen für Privathaushalte verwendet werden, sind nicht leicht, aber im Vergleich zu Blei-Säure-Speichern viel leichter. Die 13,5-kWh-Tesla-Powerwall wiegt etwa 278 Pfund, die 1,7-kWh-Blei-Säure-Batterie wiegt etwa 132 Pfund und eine Blei-Säure-Batterie mit der gleichen Kapazität wie die Powerwall würde über 1,{11}} Pfund wiegen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Lithium-Ionen-Batterien Vorteile gegenüber Blei-Säure-Batterien für Energiespeicheranwendungen haben und bei sinkenden Kosten immer häufiger in Energiespeichersystemen eingesetzt werden.
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