Maximale Autarkie

mit E-Auto, Wärmepumpe, PV und Stromspeicher

Frau Müller aus Bremen hatte die üblichen elektrischen Verbraucher ihres Heims, ein 2014 gebautes Fachwerkhaus mit 180 m² Wohnfläche, schon seit einiger Zeit mit Hilfe von Photovoltaik (PV) plus Stromspeicher weitgehend autark betrieben. Die 8,6 kWh nutzbare Akku-Kapazität und die 9,3 kWp PV-Anlage auf dem Dach hatten für die Küchenmaschinen nebst der Luftwärmepumpe mit Fußbodenheizung bis dato ausgereicht und die Technik hat gut funktioniert. Doch kam im März 2019 als weiterer Konsument ein elektrischer „Fiat Abarth“ hinzu. Diesen Zuwachs verkraftete der vorhandene Batteriespeicher „CrystalTower“ nicht mehr, beziehungsweise nicht effizient genug, denn er sollte zusätzlich tagsüber noch die Solarenergie für die abendliche Tankfüllung des „Abarth“ einlagern. Das bedurfte einer Aufstockung.

Foto: Ein elektrischer „Fiat Abarth“ an einer privaten PV-Strom-Tankstelle.
Quelle: Genath
Der Spezialist für Stromspeicher, Powertrust, empfiehlt zur Pkw-Beladung in erster Linie die weitgehend robusten Bleibatterien. Im Bild: Ein elektrischer „Fiat Abarth“ an der privaten PV-Strom-Tankstelle.

Auf rund die doppelte Kapazität (17,3 kWh) errechnete der Speicherexperte Hauke Heitshusen vom Erneuerbare-Energien-Spezialist Powertrust GmbH, Bremen, diese Aufstockung. Die Gesellschaft ist mit leistungsstarken Strom-Akkus seit ihrem Gründungsjahr 2014 unterwegs. Sie empfiehlt in erster Linie für den PV-Speicher zur Pkw-Beladung die weitgehend robusten Bleipakete, weil die sich über mehrere Stunden relativ hoch belasten lassen, ohne zu überhitzen, beziehungsweise ohne sich im Extremen selbst zu entzünden. Diese Gefahr nennt die Literatur für Lithium-Ionen-Batterien. „Des Weiteren sind die Bleibatterie und Blei fast 100 Prozent recycelbar. Lithium theoretisch ebenfalls, aber man sucht noch nach einer entsprechenden Lösung. Die ist bisher nicht gefunden. Zugegeben, sie fehlt deshalb, weil es an überalterten Lithium-Ionen-Batterien mangelt. Die Technologie ist ja relativ jung. Um das Recyceln hat man sich bisher nur halbherzig gekümmert, denn zu einer wirtschaftlichen Wiederaufbereitung bedarf es Masse“, geht Heitshusen auf diesen Punkt ein. Das heißt, bei einer Lebensdauer von 20 Jahren für die Alternative zu Blei dürfte sich die erste „kritische Masse“ erst in zehn bis 15 Jahren angehäuft haben. Noch ist das E-Auto-Zeitalter zu jung, um schon Ionen-Batterie-Schrott zu produzieren.

Welche Mengen fallen spezifisch an? Bleiben wir beim Pkw: In einem aktuellen Lithium-Ionen-Akku der 50-Kilowattstunden-Klasse, gut für rund 250 bis 300 Kilometer Reichweite, stecken etwa zehn Kilo Mangan, elf Kilo Kobalt, 32 Kilo Nickel und etwas mehr als sechs Kilo Lithium. In künftigen Akku-Generationen wird es zwar möglich sein, den Gehalt des vergleichsweise seltenen Kobalts zu halbieren, dafür steigt der Nickelanteil an. Immer an Bord ist zudem mehr als ein Zentner Graphit für die Minus-Seite des Akkus, also Kohlenstoff in kristalliner Struktur, sowie ein flüssiger Elektrolyt.

Freilich weiß auch Powertrust, dass mittelfristig wegen ihrer höheren Leistungsfähigkeit, Energiedichte und Lebensdauer nichts an den Lithium-Ionen-Typen vorbeigeht. Als aktuell umweltverträglichste Akkutechnik am Markt gilt die Lithium-Eisenphosphat-Technologie – Eisenphosphat anstelle von Kobalt. Mit Akkus auf Basis dieser Werkstoffkombination will das Bremer Unternehmen demnächst auf den Markt kommen. LiFePO4 enthält keine giftigen Schwermetalle wie Blei, Cadmium oder eine Nickel-Kobaltmischung. Es entzündet sich nur sehr schwer, ist, wie gesagt, theoretisch recycelbar und Eisenphosphat ist das einzige Akkumaterial, das in seiner chemischen Zusammensetzung auch als natürliches Mineral beinahe überall vorkommt, während ein Teil des Kobaltbedarfs aus Kinderarbeit im Kongo stammt. In dem zentralen afrikanischen Land liegen die größten Reserven. Die Ökologen sehen zwar auch den Lithium-Abbau etwa in der chilenischen Atacama-Wüste kritisch, doch muss der nicht in dem Maße zunehmen, wie die E-Mobilität wächst. Eben wegen der Recycelbarkeit des Lithiums nicht. Die Energiedichte von Batterien mit Eisenphosphat liegt indes beträchtlich unter der von kobaltbasierten Typen, das spezifische Gewicht je 1 kWh damit höher. Was für den stationären gegenüber dem mobilen Einsatz nicht die Rolle spielt – wenn es sich wegen der folglich größeren Materialmenge für ein und dieselbe Kapazität nicht auch im Preis niederschlagen würde.

Foto: Das Powertrust-Energiemanagement packt tagsüber ausschließlich die Solarüberschüsse in die Bleibatterie. Nur der Teil, den der Hybridwechselrichter als 230-Volt-Wechselstrom nicht direkt an die Verbraucher loswird, fließt als Gleichstrom in den „CrystalTower“.
Quelle: Genath
Das Powertrust-Energiemanagement packt tagsüber ausschließlich die Solarüberschüsse in die Bleibatterie. Es findet keine Entladung statt. Nur der Teil, den der Hybridwechselrichter als 230-Volt-Wechselstrom nicht direkt an die Verbraucher loswird, fließt als Gleichstrom in den „CrystalTower“.

Klare Regeln für den Bleibatterie-Betrieb

Stichwort Lebensdauer: Die verträgliche Zyklenzahl Beladen/Entladen liegt bei Bleibatterien gegenüber den Ionen-Typen gerade mal bei maximal der Hälfte, wenn überhaupt. Das Energiemanagement der „CrystalTower“-Bleiakku-Speicher berücksichtigt den Verschleiß insofern, dass es gegensteuert. Hauke Heitshusen erklärt das Schema: „Wir können den Bleiakku über einen langen Zeitraum verwenden, weil wir ihn sauber zyklisch betreiben. Normalerweise schwimmt ein Speicher im Netz parallel mit. Wenn Sie 200 Watt zum Kaffeekochen brauchen, die gerade nicht vom Dach kommen, liefert die der Akku. Und wenn später 100 oder 200 Watt Überschuss fließen, beladen Sie damit die Batterie. Be- und Entladen pendeln ständig. Beim Bleispeicher machen wir es anders. Unser Energiemanagement packt tagsüber ausschließlich die Solarüberschüsse in die Batterie. Es findet keine Entladung statt. Das, was unser Hybridwechselrichter als 230-Volt-Wechselstrom nicht direkt an die Verbraucher loswird, fließt als Gleichstrom in den »CrystalTower«. Wenn in der Mittagszeit zum Essenkochen 300 Watt an direktem PV-Strom fehlen sollten, stellt die das öffentliche Netz zur Verfügung. Wir lassen den Speicher in Ruhe. Wir drehen den chemischen Prozess in der Batterie nicht ständig um. Am Abend dann, wenn die Sonne weg ist, schaltet das Batteriemanagement um. Jetzt wird ausschließlich entladen. Am nächsten Morgen ist der Akku leer und das Spiel beginnt von vorne. Wir arbeiten also mit nur zwei Zyklen pro Tag. Jede Unterdeckung kommt aus dem Netz. Nur mit solch einem Betrieb erhalten Sie die Bleibatterie über einen langen Zeitraum, bis zehn Jahre. Lassen Sie sie netzparallel mitschwimmen, kann sie schon, je nach Zyklenzahl, nach zwei Jahren hinüber sein.“

Weiterführende Informationen: https://www.powertrust.de/

Freitag, 18.06.2021

Von Bernd Genath
Freier Journalist
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