Safety First

2019 stammten mehr als 45 Prozent unseres Stroms aus regenerativen Energiequellen. Die Flexibilisierung der Stromversorgung durch den Einsatz von Speichern wird daher von Wissenschaft und Wirtschaft auf allen Ebenen vorangetrieben. Ein Schwerpunkt ist die Entwicklung von Speicherlösungen für die Hausversorgung auf Basis von Lithium-Ionen-Batterien. Sie gelten als besonders effizient und langlebig. Allerdings gab es zu den bestehende Normen und Prüfvorschriften offene Fragen zu den Themen Sicherheit, Effizienz und Lebensdauer. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE forschte nun im Projekt „Safety First“ an diesem für die Akzeptanz und Verbreitung der Technologie wichtigen Aspekten. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unterstützt.

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts zum aktuellen Stand von Sicherheit, Qualität und Netzdienlichkeit kommerzieller Heimspeichersysteme arbeitete das Fraunhofer ISE unter der Federführung des Karlsruher Instituts für Technologie KIT mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) zusammen.

Im Projekt wurde am Fraunhofer ISE in der Gruppe Batteriesystemtechnik der Markt analysiert und kommerziell erhältliche Heimspeicher verschiedener Hersteller beschafft. Es wurden Teststände entwickelt, die es ermöglichen für die Heimspeicher die tatsächlichen Betriebsbedingungen im privaten Haushalt bzw. im Kleingewerbe nachzubilden. Durch spezielle Belastungsprofile zur beschleunigten Alterung war es möglich, die Eigenschaften der Batterien nicht nur im fabrikneuen Zustand, sondern auch in verschiedenen Alterungszuständen zu untersuchen. Hierbei wurden Daten über die Sicherheitseigenschaften, die sich verändernden Wirkungsgrade und die zu erwartende Haltbarkeit der Speichersysteme gewonnen. Ergänzend zu den Analysen an kompletten Heimspeichersystemen wurden einzelne ausgewählte Lithium-Ionen-Zellen am Fraunhofer ISE charakterisiert und unter verschiedenen Belastungsregimen gealtert, um Erkenntnisse über das Alterungsverhalten bei unterschiedlichsten Einsatzfällen zu erlangen.

Sicherheitsuntersuchungen – vom Transport bis hin zum Betrieb – zeigten auf, dass nicht alle Hersteller und Händler den geltenden Standards folgen.

Im Rahmen des Projekts wurden weiterhin nachvollziehbare Kriterien zur Prüfung der Leistungsfähigkeit und Effizienz von Heimspeichern erarbeitet. Diese Erkenntnisse flossen dabei in den sogenannten BVES / BSW Effizienzleitfaden ein. Dadurch wird es dem Verbraucher ermöglicht, verschiedene Speicher zu vergleichen, für den Hersteller zeigen die Ergebnisse auf, an welchen Stellen noch ein Optimierungsbedarf besteht.

In den Alterungsuntersuchungen zeigte sich, dass es bei ein und derselben Lithium-Ionen Technologie, eingesetzt in verschiedenen Produkten, große Unterschiede in Bezug auf Kapazitätsverlust und sinkende Effizienz geben kann. So wiesen beispielsweise  Systeme von zwei verschiedenen Herstellern nach derselben Anzahl von Belastungszyklen einen Effizienzverlust von 0,5 % bzw. 10,1 % auf. Dabei trat beim schlechter abschneidenden System eine starke Dysbalance des Ladungsdurchsatzes zwischen parallel geschalteten Batteriemodulen auf.