Solarstrom sicher speichern

Horrorgeschichten von explodierenden Lithiumakkus in Laptops oder Handys hört man immer wieder. Kommt es zu einem Kurzschluss oder zu einer Überladung, bläht sich zuerst eine Zelle des Akkus auf, dann platzt sie, und es kommt zu einer heftigen Rauchentwicklung. Im schlimmsten Fall entzündet sich daraufhin der Rauch in Sekundenschnelle, und es entsteht eine explosionsartige Stichflamme. Dann folgt die zweite Zelle des Akkus, dann die dritte, dann die vierte und so weiter.

Während Handy oder Laptop mit etwas Glück noch schnell genug aus dem Fenster befördert werden können, wäre eine solche Kettenreaktion bei einem stationären Solarstromspeicher im Keller eine mittelschwere Katastrophe. Weder kann man den zentnerschweren Speicher schnell entsorgen noch ist er leicht zu löschen. Mit den richtigen Vorsichtsmaßnahmen ist das Risiko, einen stationären Lithiumspeicher in einem Wohnhaus oder gewerblichen Gebäude zu betreiben, allerdings beherrschbar.

Herkömmliche Blei-Säure- oder Blei-Gel-Akkus sind als Notstromaggregate für Krankenhäuser oder andere wichtige Infrastrukturen bereits seit Jahrzehnten im Einsatz. Die Technologie gilt gemeinhin als ausgereift, genauso wie die entsprechenden Sicherheitsvorschriften. Diese sind für Bleibatterien und Nickel-Cadmium-Batterien zum Beispiel in der allgemeinen Sicherheitsnorm DIN EN 50272-2:2001 für stationäre Batterien und Batterieanlagen geregelt. Weitere relevante Standards sind unter anderem die Prüfnorm IEC 61427 für wiederaufladbare Batterien in photovoltaischen Energiesystemen als auch bauartspezifische Normen für Industriebatterien, nach denen zum Beispiel die verschlossenen solar.power-Batterien von Hoppecke zertifiziert sind. Auch verlässliche internationale Prüfkennzeichen gibt es für diese etablierten Blei- und Nickel-Cadmium-Technologien bereits.

Mit den neueren Lithiumbatterien ist es für Installateure hingegen schwerer, alle Risiken richtig einzuschätzen und ihnen effizient vorzubeugen. Der Grund: Sicherheitsvorschriften für Lithiumbatterien gibt es bisher nur für transportable Anwendungen oder für die Elektromobilität. Entsprechende Regularien und Bestimmungen für die Produktion, Montage und den Betrieb von stationären Lithiumbatterien gibt es bisher allerdings noch nicht. Der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstech-nik, kurz VDE, erarbeitet derzeit im Rahmen eines Forschungsprogramms des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) Grundlagen für stationäre Energiespeicher mit Lithium-Ionen-Technik. „Letztlich soll sich daraus eine international gültige Norm entwickeln“, sagt Heiko Sattler vom VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut. Bis es so weit ist, werden nach seiner Einschätzung aber wahrscheinlich noch etwa zwei Jahre vergehen.

Auf Kennzeichnung achten

In der Zwischenzeit können Installateure aber natürlich nicht auf Sicherheitsvorkehrungen verzichten, wenn sie bei Kunden einen Lithium-Stromspeicher im Haus aufstellen wollen. Das fängt schon bei der Auswahl des richtigen Produktes an. Die nötigen Sicherheitszertifikate für ein Speichersystem zu erhalten, ist gemeinhin Aufgabe des Herstellers. Der Installateur sollte dann aber beim Kauf darauf achten, dass alle nötigen Zertifikate vorhanden sind. „Das Minimum, was ein Installateur tun muss, ist darauf zu achten, dass das Gerät CE-gekennzeichnet ist“, sagt Sattler. Zwar ist eine einzelne Speicherzelle nicht unbedingt CE-kennzeichnungspflichtig, sobald aber mehrere Zellen zu einem Modul zusammengefasst werden, was bei den meisten Lithiumakkus der Fall ist, muss auch eine CE-Kennzeichnung vorhanden sein. Handelt es sich um ein ganzes Speichersystem inklusive Leistungselektronik, ist das CE-Kennzeichen sowieso Pflicht.

Ein weiterer Anhaltspunkt, an den sich Installateure zurzeit halten können, ist der sogenannte UN-Transporttest. „Das ist ein obligatorischer Test, ohne den Batterien kommerziell nicht transportiert werden dürfen“, sagt Sattler. „Den sollte sich der Installateur auf jeden Fall zeigen lassen.“ Solche Tests werden zum Beispiel im neuen Testzentrum Batterie und Umwelt des VDE oder auch in Prüflabors des TÜV Rheinland durchgeführt. Matthias Baumann ist Qualitätsexperte beim TÜV Rheinland und auch mit der Entwicklung von Sicherheitsstandards für Batteriesysteme beschäftigt. „Die Prüfungen nach den Transportnormen UN 38-3 umfassen Tests auf Vibration, mechanischen Schock und Falltests, aber auch elektrische Tests wie Kurzschluss, Überladung, Tiefentladung und weitere“, sagt Baumann.

Der TÜV Rheinland ist auch an der Entstehung eines weiteren Standards beteiligt, der von der sogenannten Battery Safety Organisation, kurz BATSO, entwickelt wird. „Das BATSO-Prüfzeichen zielt darauf ab, dass sich ein Hersteller in punkto Sicherheit von denMitbewerbern absetzen kann, so dass es auch für den Endverbraucher erkennbar ist“, sagt Baumann. Zunächst wurde der Standard für Light Electric Vehicles, sprich Pedelecs und E-Bikes, entwickelt. „Dieser ist bereits fertig und wird auch schon angewendet.“ Nun wird an einem weiteren BATSO-Standard gearbeitet, der speziell für stationäre Speicher anwendbar ist. „Im entsprechenden DIN-Ausschuss arbeiten wir gerade daran, sowohl den BATSO-Standard für Pedelecs als auch den neuen Standard für stationäre Speicher als internationale Norm zu etablieren“, sagt Baumann. Weitere Unterlagen, auf die Installateure beim Kauf eines Speichersystems achten können, sind zum Beispiel Nachweise über die Lebensdauerprüfung und die Zyklenfestigkeit der Batterie. Letztere gibt die Entlade- und Ladehäufigkeit an, bevor die Leistungskriterien der Batterie nicht mehr erfüllt werden.

Der richtige Ort

Abgesehen von den richtigen Prüfkennzeichen sind aber auch noch andere Faktoren bei der Installation eines Speichersystems von Bedeutung. So sollten auch bei der Auswahl des Aufstellungsortes gewisse Dinge beachtet werden. Eine generelle Aussage, welchen Anforderungen der Aufstellungsort genügen muss, lässt sich allerdings nicht treffen. Wie und wo man eine Batterie installieren kann, hängt letztlich von der verwendeten Chemie und der Konstruktion der Batterie ab.

Um abzuschätzen, welchen Gefahren ein Raum für ein Lithium-Speichersystem im Notfall trotzen muss, rät Sattler vom VDE, vor der Installation eine Risikoanalyse durchzuführen. Was alles berücksichtigt werden muss, hängt von der jeweiligen Speicherlösung und dem dahinterstehenden Sicherheitskonzept ab. Mögliche Gefahren sind zum Beispiel, dass Elektrolytflüssigkeit aus der Batterie austritt oder dass toxische Gase austreten, wenn sie überladen wird. Außerdem ist es nicht völlig auszuschließen, dass eine Batterie in Brand gerät, sei es durch einen Fehler im Batteriesystem oder durch einen von äußeren Faktoren verursachten Brand.

Sollte es zu einer Überhitzung kommen, ist es vor allem wichtig, dass eine Kettenreaktion von einer Zelle zur anderen verhindert wird. „Wie sicher eine Batterie ist, hängt leider auch vom Preis ab“, sagt dazu Matthias Baumann vom TÜV Rheinland. „Es gibt leider immer noch Zellen auf dem Markt, bei denen es im Falle eines Kurzschlusses schon mal zu schnellen Verpuffungen oder Stichflammen kommen kann, die dann eine Kettenreaktion auslösen.“ Um solchen Reaktionen entgegenzuwirken, setzten Hersteller mittlerweile vermehrt auf keramische Separatoren und andere physikalische Sicherheitsbausteine.

Ein solcher Hersteller ist zum Beispiel das schweizerische Unternehmen Leclanché. In den im deutschen Willstätt produzierten Lithium-Titanat-Akkus werden anstatt Folienseparatoren keramische Separatoren verbaut. „Durch die keramische Beschaffenheit ist der Separator wesentlich temperaturstabiler und damit deutlich weniger anfällig, zum Beispiel für Kurzschlüsse, als herkömmliche Kunststoff-Separatoren“, erklärt Ulrich Ehmes, CEO von Leclanché. „Bei den Lithium-Titanat-Zellen kommt noch hinzu, dass das Anodenmaterial Titanat als sehr sicher gilt. Es ermöglicht zudem eine sehr hohe Zyklenfestigkeit und damit Langlebigkeit.“ Für die Lithium-Titanat-Batterien hat Leclanché sogar bereits ein Zertifikat nach BATSO 01:2011 erhalten. Aber auch bestandene UN-Transporttests und zusätzliche Feuer- und Nageltests sind ein guter Indikator dafür, dass es bei einem Brand des Speichers nicht zur Katastrophe kommt.

Speicherstrom und Wasser

Ein weiteres Gefahrenpotenzial birgt Hochwasser. „Unsere Speichermodule sind vor äußeren Einwirkungen gut geschützt, aber natürlich nicht wasserdicht“, sagt Ehmes. „Sie müssen wie alle anderen Systeme in ausreichender Höhe installiert werden. Kommt es dennoch zu einem Problem, sorgen die internen Schutzmechanismen wie beispielsweise Relais für ein Abschalten des Systems.“ Ähnliche Angaben macht zum Beispiel auch der Hersteller E3/DC für das Home-Speichersystem S10, das ebenfalls auf einen ausreichend hohen Fuß zum Schutz vor Hochwasser gestellt oder an eine stabile Wand gehängt werden soll. Außerdem solle der Speicher nur in einem trockenen Raum ohne Heizgeräte mit einer Mindestfläche von sechs Quadratmetern und einer Mindesthöhe von 2,1 Metern installiert werden.

IBC Solar gibt für die Lithiumvariante des SolStore-Systems beispielsweise zusätzlich an, dass die Batterien innerhalb eines Hauses mit einer Umgebungstemperatur von minus 20 bis plus 50 Grad Celsius installiert werden müssen. Aufgrund des Gewichts des Speichersystems von etwa 120 Kilogramm sollte der Aufstellungsort außerdem ausreichend belastbar sein. Der Raum brauche darüber hinaus eine gewisse Größe, um die anfallende Wärme aufnehmen und abführen zu können. Temperaturen von über 60 Grad Celsius und offene Flammen sind im Aufstellungsraum zu vermeiden. Des Weiteren sollten keinerlei Materialien in den Kühlungszonen und generell keine entflammbaren Materialien in der Nähe des Speichersystems platziert werden.

Gegebenenfalls sollte der Aufstellungsort auch noch vor Zutritt durch unbefugte Dritte geschützt werden, um Vandalismus oder unsachgemäßer Handhabung vorzubeugen. „Man muss sicherstellen, dass niemand, ohne das ganze Gerät zu zerlegen, die Chance hat, Kurzschlüsse oder andere Störungen im Speichersystem zu verursachen“, sagt Baumann vom TÜV Rheinland.

Die Vorgaben der Hersteller betreffen aber nicht nur die Handhabung und Installation des Speichersystems, sondern zum Teil auch den Installateur selbst. IBC Solar erwartet beispielsweise, dass der Installateur über eine ausreichende Kenntnis von Funktionsweise und Betrieb eines Backup-Systems mit Eigenverbrauchsoptimierung besitzt und im Umgang mit Gefahren und Risiken bei der Installation und Bedienung elektrischer Geräte und Anlagen geschult ist. Um sicherzustellen, dass Installateurediesen und weiteren Anforderungen entsprechen, bietet IBC Solar hauseigene Schulungen an. Bei E3/DC ist eine spezielle Schulung zum S10-System mit einer am Ende bestandenen Prüfung sogar Pflicht. Der Handwerker muss außerdem ein ausgebildeter Elektroinstallateur sein, der in einem Betrieb mit gültiger Zulassung eines Energieversorgers oder Verteilnetzbetreibers angestellt ist, und sich bei der Installation an die Vorgaben des VDE und an die entsprechen- den technischen Anschlussbedingungen halten.

Akku mitversichert

Eine wichtige Frage ist auch, wie Versicherungen auf die Anschaffung eines Speichersystems für Solarstrom reagieren. Beim Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) geht man das Thema stationäre Lithium-Energiespeicher gerade erst an. „Wir werden das jetzt erst mal in unseren Gremien diskutieren. Eine Meldepflicht wird es aber wahrscheinlich nicht geben“, sagt Karsten Callondann, Fachmann für Schadenverhütung beim GDV.

Auch bei der Mannheimer Versicherung will man zunächst noch eine bisschen abwarten, wie sich Speichersysteme für Solaranlagen in der Praxis bewähren. „Aussagen zu besonderen Sicherheitsanforderungen der Versicherer können noch gar nicht getroffen werden, da diese in der Regel auf langfristigen Statistiken und Schadenerfahrungen der Versicherer beruhen“, heißt es auf Anfrage. Im Rahmen der von der Mannheimer Versicherung angebotenen LUMIT-Solaranlagenversicherung gelte der Stromspeicher aber als versicherte Sache, sofern er Teil der versicherten Photovoltaikanlage ist und die Versicherungssumme inklusive des Neuwerts des Speichers korrekt gebildet wurde. Bei Nachrüstung einer Photovoltaikanlage müsse lediglich der Versicherungswert entsprechend angepasst werden.

Für die Feuerversicherung seien große Batterien allerdings schon eine Gefahrerhöhung. Wie genau in diesem Fall mit dem Stromspeicher umgegangen wird, ist allerdings noch nicht ganz entschieden. Der Speicher könnte eventuell analog zu einer Staplerladestation behandelt werden. Das würde bedeuten, dass er in einem Wohnhaus zuschlagspflichtig ist, in einem Gewerbeobjekt jedoch nur, soweit es nicht ohnehin ein Produktionsbetrieb ist, in dem zum Beispiel schon Stapler vorhanden sind.

Bis alle Zertifikate, Normen und Vorschriften für stationäre Lithium-Speichersysteme entwickelt sind, wird also noch einige Zeit vergehen. So lange aber können Betreiber von Photovoltaikanlagen wahrscheinlich nicht mehr warten, denn Lithiumspeicher werden gerade in vielen Anwendungsbereichen rentabel. Aber auch wenn viele Vorschriften für stationäre Lithiumspeicher noch nicht fertig sind, muss das kein Grund sein, auf ihre Installation zu verzichten. „Wenn man sagen kann, dass es sich um den aktuellen Stand der Technik handelt und die Installation nach bestem Wissen und Gewissen durchgeführt wurde, dann ist dem Installateur im Normalfall auch nichts vorzuwerfen“, sagt Matthias Baumann. „Grundsätzlich besteht bei Lithiumbatterien keinerlei Gefahr für den Anwender, wenn man sie sachgemäß behandelt und nur getestete Geräte einsetzt, die von einer Fachfirma installiert und gewartet werden.“