Reaktionen auf die Sicherheits-Checkliste für Batteriespeicher

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Debatte über Batteriesicherheit: Vor der Intersolar hatte das Karlsruher Institut für Technologie Batteriespeichersysteme für Photovoltaikanlagen getestet und in einer Checkliste Mindestanforderungen formuliert. pv magazine hat Hersteller dazu befragt.

Viele blaue Batterien und eine grüne

Die Branche leidet unter schwarzen Schafen bei den Photovoltaik-Batteriespeichern.
Foto: BirgitH/ pixelio

Sicherheit bei Batteriespeichersystemen? In Gremien und bei Herstellern wird das Thema viel diskutiert. Es aber in der Öffentlichkeit detailliert zu berichten, kam in der Branche bisher fast einem Tabubruch gleich. Das liegt daran, dass Hersteller negative Themen scheuen wie die Pest, selbst wenn sie selber dank sehr guter Sicherheitsvorkehrungen eigentlich gar nichts zu befürchten haben.

Auf der Intersolar Europe in München wurde trotzdem viel zu dem Thema diskutiert. Das lag am in der Branche durchaus umstrittenen Vorgehen des Karlsruher Instituts für Technologie KIT.

Das Exponat auf dem KIT-Messestand passte zu dem Presseartikel, der kurz zuvor in den VDI Nachrichten erschien: eine ausgebrannte Batterie. „Die Aussage einiger Hersteller, Lithiumeisenphosphat Batterien können nicht brennen“, ist falsch, sagt Andreas Gutsch, beim KIT-Koordinator des Projekts Competence E, in dem vom Batteriematerial bis zum stationären Energiesystem alles zu Speichersystemen erforscht wird. „Der Elektrolyt brennt, wenn er auf über 45 Grad erhitzt und dann eine externe Entzündung erfolgt“. Er sagt nicht, Batteriesysteme ließen sich grundsätzlich nicht sicher betreiben. Doch einige Hersteller würden nicht richtig aufklären und vor allem, einige hätten die Systeme nicht unter Kontrolle.

Mit solchen Aussagen macht er sich keine Freunde, obwohl im Hintergrundgespräch auch Experten vieler Hersteller fleißig auf andere zeigen und ihnen die Batteriekompetenz absprechen. Man hört auch immer mal wieder den Satz "bei manchen Systemen auf dem Markt wundert es mich nicht, wenn es brennt...". Hat das KIT also recht?

KIT-Checkliste

Das KIT hat fünf Batteriespeichersysteme deutscher Anbieter gekauft und jeweils nur einen einzigen Fehler verursacht. Das war zum Beispiel ein Fehler im Wechselrichter, durch den eine zu hohe Spannung an der Batterie anliegt, oder etwa ein Fehler beim Batteriemanagementsystem, wenn zum Beispiel dessen Stromversorgung ausfällt. Mehrere Batterien seien so in Flammen aufgegangen (zur Nachricht, zur KIT Seite). Ein defekter MOS-FET habe am häufigsten zu Fehlfunktionen geführt durch die es zu einem Brand kam. Die detaillierten Testergebnisse und die Namen der getesteten Systeme verrät das KIT nicht.

Stattdessen haben die Experten um Andreas Gutsch eine Checkliste von acht Sicherheitsvorkehrungen veröffentlicht. Für jede Vorkehrung bekommt das System eine bestimmte Punktzahl. Wenn das System weniger als 110 Punkte habe, müsse es genauer geprüft werden, so die Erläuterung.

Am meisten Punkte bekommt ein System für die Sicherheitsvorkehrung "zwei elektro-mechanische, stromlos offene Gleichstrom-Relais zur redundanten Abschaltung der Batterie", weitere Punkte werden zum Beispiel für "Einzelzelltemperaturüberwachung an jeder Zelle oder „Current Interrupt-Device (CID)“ in jeder Zelle" (wird beides in der pv magazine Produktübersicht Batteriespeicher abgefragt) und " Aktive Stromregelung als Funktion von Zellspannung und Zelltemperatur" vergeben. Auch die Forderung nach der Transportnorm UN 38.3 ist enthalten, wird allerdings nur mit zehn Punkten bewertet. "Das Zertifikat reicht nicht dafür, dass das System im Betreib unter allen Umständen sicher ist", sagt Gutsch.

Die Transportnorm UN 38.3 gibt es übrigens auf mehreren Niveaus. Zum einen müssen die Batteriezellen damit zertifiziert werden, damit sie überhaupt zum Batteriemodulhersteller transportiert werden dürfen. Zum anderen müssen die Batteriemodule und Systeme nach dem Zertifikat getestet werden, sollen diese transportiert werden. Übrigens hatte keines der fünf am KIT geprüften Batteriesysteme ein Zertifikat dafür. Es verwundert, dass solche Systeme überhaupt verkauft werden, da sie eigentlich nicht transportiert werden dürfen, so zumindest die Aussage der meisten Experten.

Hersteller: Bitte erst in Gremien behandeln

Die erste Reaktion von Herstellern auf den KIT Bericht ist meist abwehrend. Vielen stößt vor allem auf, dass die Ergebnisse als Sensation mit großem Publikumseffekt veröffentlicht wurden, statt sie in den Gremien zum Beispiel beim Bundesverband Solarwirtschaft oder beim Bundesverband Energiespeicher zu diskutieren und in die Normungsarbeit einzubringen (siehe Pressemitteilung). Wie bei allen kritischen Themen ist die Angst groß, dass schlechte Ergebnisse für einige Systeme die Verbraucher verunsichern und die gesamte Branche darunter leidet. Ein Anbieter unterstellte, da mache das KIT einen Skandal und verkaufe den Ablassbrief gleich mit.

Letzteres weist Andreas Gutsch weit von sich. Das KIT mache den Prüfinstituten, die wie VDE oder der TÜV Rheinland Zertifizierungen von Speichersystemen anbieten, keine Konkurrenz und biete keinen Stempel "KIT geprüft" an. Sein Institut berate nur im Auftrag Hersteller, wie sie sichere Systeme herstellen können. Trotzdem weiß jetzt vermutlich jeder, dass das KIT in Speicherfragen unterwegs ist.

Die Checkliste selbst wurde auf der Intersolar von einigen Experten zwar punktuell kritisiert, im großen und ganzen sagte aber fast niemand, die angeführten Punkte seien falsch. Ein Kritikpunkt war, dass nicht alle notwendigen Punkte erwähnt oder die angeführten Punkte teilweise banal seien. Experten erklärten auch, dass es manchmal auch andere, vielleicht sogar neue innovative Konzepte gebe, mit denen das gleiche Ziel erreicht werde wie durch die auf der Checkliste aufgenommen Vorkehrungen. Wer solche Konzepte verfolgt, wird durch die Checkliste zu komplexen Erklärungen gezwungen, die potentielle Kunden eventuell nicht verstehen können.

Beispiele von Herstellern

Das ist auch der Grund, warum es in den Interviews auf der Messe nicht möglich war, bei den Herstellern abzufragen, welche der Sicherheitsvorkehrungen auf der Checkliste ihre Systeme erfüllen. Die meisten geben Beispiele an, mit welchen Konzepten sie eine hohe Sicherheit erreichen wollen. Oft unterscheidet sich vor allem die Art, wie die Experten darüber sprechen. Bei manchen bleibt der Eindruck, sie nehmen das Thema ernst, bei anderen, dass sie es eher als lästige Pflichtübung sehen.

Alexander Hirnet, technischer Direktor bei Varta, gehört eindeutig zu den ersteren. Er nimmt das Thema sehr ernst und ist davon überzeugt, dass die eigenen AC-gekoppelten Systeme sehr sicher sind. Sie haben zum Beispiel eine Einzelzellüberwachung der Spannung und die Zellen sind mit einem Current Interruption Device ausgestattet. Ihm ist auch der Aspekt Transport wichtig. Wer Batterien in großen Modulen verpackt, gehe das Risiko ein, dass sie herunterfallen. Varta verpackt die Batterien in so kleinen Einheiten, dass man sie ohne Probleme tragen kann.

Auch Torsten Stiefenhofer, Geschäftsführer der Sonnenbatterie, sagt, dass sein Unternehmen einen hohen Wert auf die Sicherheit legt. So sei die ausgewählte Zellchemie aus Lithiumeisenphosphat die sicherste unter allen Lithium-Ionen-Technologien. Zusätzlich seien die Separatoren in den Zellen mit Keramik beschichtet. Diese würden bei Hitzeentwicklung nicht durchlässig, so dass eine Havarie verhindert werde. Außerdem gebe es eine Einzelzellüberwachung und das System sei vom TÜV auf Herz und Nieren geprüft worden. Es sei im übrigen gar nicht möglich, die Zellen durch Überladen zum Brennen zu bekommen, denn dazu müsse die Wechselrichterspannung ein Vielfaches höher sein, als sie das Gerät liefern könne. Als AC-System hänge es nicht an der hohen Spannung des PV-Generators, sondern nur am 220 Volt Wechselstromkreis. Auch gegen einen Kurzschluss sei jede Zelle und jeder Batteriepack getestet. Im Emailverkehr nach der Intersolar sichert er zu, dass die verschiedenen Sonnenbatterietypen auf Punktwerte von 135 bis 150 Punkte von 150 möglichen Punkten kommen, also deutlich mehr als die vom KIT angegebene Musszahl von 110 Punkten.

Andreas Piepenbrink, Geschäftsführer der E3/DC, kritisiert in erster Linie, dass das KIT die Illusion erwecke, dass über eine einfache Checkliste die Sicherheit eines Systems geprüft werden könne. Das Unternehmen hat inzwischen ein Brief an seine Partner verschickt, in dem es erklärt, dass das System auf der KIT Skala auf 160 Punkte komme. E3/DC setzt zum Beispiel darauf, Batterien von "Weltmarktführern mit großen Marken" unmodifiziert zu verwenden und alle geltenden Normen wie UN38.3, VDE0100, VDE62109 sowie die 62109 für EMV im System zu erfüllen. Außerdem habe der Batteriehersteller das Batteriesystem vielen Tests, auch Brandtests, unterzogen und das Verhalten der Batterien sei unkritisch. Andreas Piepenbrink bemängelt, dass es bis dato keine deutsche Norm gebe, die von einem Zertifizierungsbüro geprüft werden könne und so die Sicherheit bestätige.

Einfehlersicherheit anerkannt

Derzeit ist eine Anwendungsregel in Diskussion. Trotzdem sind durchaus schon jetzt Tests möglich. Die Experten bei Bosch verweisen unter anderem auf die Bauartzertifizierung, die das Unternehmen beim Prüfinstitut Primara hat durchführen lassen. Dabei wurden nach Angaben von Primara ausgehend von der Wechselrichternorm alle möglichen Fehlermöglichkeiten untersucht. Welche dabei in Betracht kommen, ist zu einem guten Teil von der Kreativität und Unabhängigkeit der Prüfingenieure abhängig. Um diese Bauartzertifizierung zu erlangen, ist beim Bosch-System zum Beispiel extra eine Art Kamin an der Rückseite vorgesehen. Selbst wenn der unwahrscheinliche Fall eintritt, dass in einer Batteriezelle der Druck zu stark ansteigen sollte, birst diese an einer Sollbruchstelle und die heißen Gase werden durch den Kamin auf unter 70 Grad gekühlt.

In der Juniausgabe haben wir außerdem ausführlich den Smart Energy von SMA vorgestellt, der einen Test beim VDE durchlaufen hat, bei dem insbesondere die Einfehlersicherheit getestet wurde. Die Anforderung nach der so genannten Einfehlersicherheit beinhaltet, dass ein einziger Fehler nicht zu einer Havarie führen darf. Dieses Konzept liegt auch den Prüfungen des KIT zugrunde und ist unter Experten unbestritten. Es ist allerdings noch in keiner Norm festgelegt, wie sie geprüft wird. Das Verfahren liegt daher derzeit im Ermessen der jeweiligen Prüfinstitute.

Sehr entspannt sieht Helmut Roppelt das Sicherheitsthema. Er ist Geschäftsführer des Unternehmens Peus Testing,. Was er sagt, hört sich anders an als an vielen anderen Messeständen. "Man kann die Anforderungen auch so hoch machen, dass es zu teuer wird und vor lauter Sicherheit so viele Störmeldungen kommen, dass Sie das System nicht mehr betreiben können", erklärt er. Sein Unternehmen ist einer der Newcomer im Speichermarkt und bietet seit dem ersten Quartal 2013 ein System an (siehe pv magazine Produktübersicht Batteriespeicher). Begonnen hat das Unternehmen mit Abgasmesstechnik im Automobilbereich. Ab 2008 hat es Powerline-Datentechnik für Batterien entwickelt, um Messungen an E-Fahrzeugen durchzuführen und auf stationäre Batteriespeichersysteme zu übertragen. Heute bietet es außer den Batteriespeichersystemen Funktionsprüfungen, Dauererprobungen und Abgasuntersuchungen an.

Batterien in der Kunststoffbox

Peus verkauft ein System, bei dem die Batteriezellen in stapelbaren grauen Plastikboxen geliefert werden. In der Box Li 2,5 befinden sich zum Beispiel 8 Zellen à 100 Ah Kapazität, die mit Wachs ausgegossen sind. Auf den Zellanschlüssen sind Platinen mit der Elektronik aufgebracht. Die Zellen werden dann mit Metallbrücken hintereinander geschaltet. Der Elektroinstallateur kann laut Roppelt beim Verschalten keine schlimmen Fehler machen. Das Schlimmste, was geschehen könne, sei ähnlich wie wenn man ein elektrische Gerät nicht in die Steckdose einsteckt und es dann nicht funktioniert. Auch wenn ein Bauteil auf einer der Platinen defekt sein sollte, geschehe nichts dramatisches. Dann "brenne" die Leiterbahn ab. Das sei bei allen "Elektroniken" so, bei Handys, Fernsehern und in der Industrie. Brandgefahr gehe "in der Regel" hiervon nicht aus. Roppelt sagt, bei seinem System "gehe die Fehlermöglichkeit gegen Null", da es keine komplizierte Verdrahtung der Batteriezellen untereinander gebe.

"Unsere Zellen haben das Zertifikat für die Transportnorm UN 38.3", sagt Roppelt, das System als ganzes jedoch nicht. Der Einbau der Zellen in die Plastikboxen erfolgt im Werk, die Boxen werden bis auf die Serienverschaltung der Zellen fertiggestellt. Diese erfolgt erst vor Ort. Roppelt ist der Auffassung, dass man also nur Zellen transportiert, die ja ein UN-Zertifikat hätten. Er überlege jedoch, auch die Boxen zertifizieren zu lassen.

Der Unternehmenschef hält sein System trotzdem für sicher. Auf Wunsch bekomme der Kunde auch zwei unabhängig schaltende Relais, die das KIT fordert und die die Batterie abschalten. Nach Ansicht von Roppelt ist das aber nicht nötig. Auch dass die Batterien mit Wachs vergossen sind, sei kein Anlass zur Beunruhigung. Dieses sei weich, so dass die Überdruckventile der Zellen bei Bedarf trotzdem aufgehen würden. Ob durch das Vergießen die Wärmeentwicklung problematisch sei? Die Wärmeentwicklung der Zellen ist, so Roppelt, vernachlässigbar. Sie hinge nur vom Innenwiderstand der Zellen ab, nicht von etwaigen chemischen Reaktionen bei der Entladung. Der Innenwiderstand liege bei 0,1 Milliohm pro Zelle. Selbst bei 20 Ampere käme man nur auf 0,4 Watt Verlustleistung. "Ich kann in China ein Fahrrad umschmeißen und auf den Tsunami warten", sagt Roppelt. Er legt Wert darauf, Sicherheitsproblematiken aus dem Automotive Bereich zu kennen.

Vertrauen ist alles

Die Beschreibung ist so ausführlich, weil sie zeigt, wo das Problem potenzieller Kunden liegt. Gibt es eine unabhängige Einschätzung dazu, wie sicher das System wirklich ist? Andere Experten äußern sich nicht öffentlich zu den Systemen, auf denen ein Name klebt. Außerdem, so vertrauensvoll man die Prüfinstitute auch hält, auch sie haben qua Geschäftsmodell ein Eigeninteresse daran, dass Sicherheit sehr vehement getestet werden muss. Kunden bleibt also nur, sich selbst eine Meinung zu bilden.

Das ist ein gewisser Vorteil für bekannte Marken. Denn diese – so eine weitverbreitete Einschätzung – haben zu viel zu verlieren und müssen daher alles tun, um für die Sicherheit zu bürgen. Der Umkehrschluss, dass kleine, neue Firmen grundsätzlich nicht könnten, ist aber offensichtlich auch falsch.

Auch die Berichterstattung zu dem Thema ist schwierig. In Marketingmaterialien äußern sich Hersteller durchaus gerne zu Sicherheitsfragen. Das hilft aber nur begrenzt, da die Argumente oft stark vereinfacht sind und sich auch die berühmten schwarzen Schafe viele Gründe ausdenken, warum von ihren Systemen keine Brandgefahr ausgeht. Außenstehende können die schwarzen Schafe nicht identifizieren und diejenigen, die sich auskennen, wollen in der Öffentlichkeit nicht konkret werden.

In dieser Situation hilft die Checkliste des KIT, ins mit Herstellern Gespräch zu kommen. Er muss vielleicht nicht alles genau so machen, wie es in der Liste angegeben ist. Aber er muss auf Nachfragen sinnvolle Antworten geben und das Thema ernst nehmen.

Dass sich manch ein Hersteller über die Veröffentlichung nicht freut, ist trotzdem verständlich. Dadurch, dass das KIT die Namen der schlecht getesteten Systeme nicht nennt, leidet das Vertrauen auch in die Systeme der Hersteller, die die Sicherheitsfragen mit großem Einsatz angegangen sind und Systeme anbieten, die die kritischen Prüfungen beim KIT vermutlich bestanden hätten. Schließlich will sich auch Andreas Gutsch nicht so verstanden wissen, dass alle Speichersysteme unsicher seien. Das lässt sich nun als frohe Botschaft des Tabubruchs aus Karlsruhe sehen: Die Experten sagen, es ist möglich, sichere Lithium basierte Systeme zu konstruieren. (Michael Fuhs)


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