Vielfältige Sicherheitskonzepte bei Lithium-Ionen-Batterien

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Während der Einsatz von Blei-Säure-Batterien als Stromspeicher seit vielen Jahrzehnten praxiserprobt ist, ist die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien als stationäre Stromspeicher noch sehr jung. Daher fehlt es hier auch bislang an entsprechenden Sicherheitsstandards. Trotzdem ist es möglich, beide Technologien sicher zu betreiben, wenn einige Punkte beachtet werden.

Neben der Gefahr, dass Elektrolytflüssigkeit oder toxische Gase austreten, besteht bei Lithiumbatterien vor allem Brandgefahr. Werden die Batteriezellen überladen, erhitzen sie sich und dehnen sich aus. Dies kann den Separator beschädigen, der Kathode und Anode voneinander trennt. So kann es zu einem Kurzschluss mit Brand- oder Explosionsfolgen kommen, der einen Brand oder eine Explosion auslöst und schlimmstenfalls zu einer Kettenreaktion unter den einzelnen Lithiumzellen führt. Eine Möglichkeit, dies zu verhindern, ist die Verwendung deutlich temperaturbeständiger keramischer Separatoren anstelle von Folienseparatoren. Andere Hersteller setzen auf Kunststoffseparatoren mit einer zusätzlichen zweiten Schicht, die bei Hitzeentwicklung schmilzt und die Batteriezelle dadurch „abschaltet“. Dadurch kann die Zelle keine 173 Grad Celsius erreichen und bleibt so unterhalb der kritischen Temperatur, bei der Lithium zu brennen beginnt.

Sichere Elektroden

Aber auch das Elektrodenmaterial bestimmt die Sicherheit. Bei Lithiumbatterien besteht im Gegensatz zu Blei- oder NiCd-Batterien kein einheitliches Konzept. Vielmehr werden viele unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Sicherheitseigenschaften eingesetzt. So gelten beispielsweise Lithium-Titanat- oder Lithium-Eisen-Phospat-Elektroden für sicherer als Lithium-Mischoxide (zum Beispiel Lithium-Cobalt-Dioxid), da bei Überhitzung kein brandfördernder Sauerstoff frei wird. Einige Materialien gelten als so sicher, dass sie teilweise sogar ohne zusätzliche Schutzschaltung betrieben werden könnten. Bekannt ist in diesem Zusammenhang der sogenannte Nageltest, bei dem ein Nagel durch die Batteriezelle getrieben wird, was zum Beispiel Lithium-Mangan-BatterienThemen aus den Speicherworkshops Die Teilnehmer der Speicher-Tagesseminare, die Solarpraxis AG und pv magazine group anbieten, zeigen, welche Fragen Installateure am meisten bewegen. Vier der damit zusammenhängenden Themen beantworten die Dozenten der Workshops und die Ingenieure der Solarpraxis AG auf den nächsten Seiten der Praxistipps Energiespeicher.

Auf den Tagesseminaren „Energiespeicher für Photovoltaik-Strom – Workshopreihe für Anwender“, gefördert vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, erfahren Installateure die wichtigsten Informationen herstellerneutral und anwendergerecht. Neben den technischen Fragen steht im Vordergrund, wie Installateure die großen Chancen, die der nun aufkeimende Markt für Energiespeicher bietet, am besten nutzen können.

Weitere Infos und nächste Termine: www.speicherworkshops.de Hintergrundinfomationen zu Batteriespeichern, Marktübersicht und Wirtschaftlichkeitsrechner: www.pv-magazine.de/themen/speicher-und-netzintegration/ ohne Brandentwicklung überstehen. Entscheidend bei Elektrolyten und Separatoren ist aber auch ihre Reinheit. Durch Fertigungsfehler hervorgerufene inhomogene Materialien können zu Kurzschlüssen führen.

Einige Hersteller bauen mechanische Schutzkomponenten ein, die im Schadensfall die Zelle abschalten oder die heißen, sich ausdehnenden Gase gezielt ableiten und dabei abkühlen. Auch vergrößerte Mindestabstände zwischen den Zellen werden als Sicherheitskomponente eingesetzt. Bei allen Vorkehrungen an den Batteriezellen ist aber stets auch das Zusammenspiel mit dem Batteriemanagementsystem wichtig. Durch Erfassung elektrischer Kenndaten und Temperaturen müssen sie nicht nur zuverlässig Überladungen verhindern, sondern auch Schadensfälle wie Kurzschlüsse rechtzeitig erkennen und dann das System abschalten.

Standards einhalten?

Wie aber kann man nun erkennen, ob ein Batteriespeicher zu den sicheren zählt? Vorschriften für Produktion, Installation und Betrieb von stationären Lithiumbatterien gibt es im Gegensatz zu den mobilen Varianten bislang noch nicht. Der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) erarbeitet zurzeit aber ein Grundlagenpaket, das als Vorlage für eine spätere Norm dienen soll. Mit dem BATSO-Prüfzeichen liegt für Light Electric Vehicles (zum Beispiel Elektroroller und Pedelecs) schon ein Qualitätssiegel vor. Unter www.certipedia.com kann man einsehen, welche Batteriehersteller das BATSO-Label erhalten haben. Inzwischen wird in Zusammenarbeit dem TÜV Rheinland an einem entsprechenden BATSO-Standard auch für stationäre Anwendungen gearbeitet. In der Zwischenzeit sollte man aber darauf achten, dass zumindest eine CE-Kennzeichnung des Batteriespeichers vorliegt. Auch ein bestandener UN-Transporttest kann als Anhaltspunkt für Qualität und Sicherheit dienen. Ebenso Nachweise über Lebensdauerprüfungen und Zyklenfestigkeit. Und auch hier gilt: Sicherheit hat ihren Preis. Auffallend niedrige Angebote sollten eingehend auf Qualitätsstandards geprüft werden. Für passive Sicherheit kann man zusätzlich sorgen, indem man die Transport-, Installations- und Aufstellvorgaben des Batterieherstellers genau einhält. Beschädigte Batteriemodule stellen einen hohen Gefahrenherd dar und müssen sofort ausgetauscht werden. Einige Anbieter lassen für Transport und Installation sogar nur speziell geschulte Mitarbeiter zu.

Ausgereifte Sicherheit bei Blei-Säure-Batterien

Anders als bei Lithiumbatterien gelten Bleibatterien und deren Sicherheitsvorschriften als ausgereift. Im Vergleich zu Lithiumbatterien sind sie sicherer, da sie praktisch unbrennbar sind. Die potenzielle Gefahr besteht bei Bleibatterien darin, dass bei Überladung ein explosives Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch austreten kann. Bei der Aufstellung in Wohnhäusern muss deswegen auf eine ausreichende Belüftung des Batterieraums geachtet werden. Dafür kann je nach Systemgröße durchaus eine natürliche Belüftung wie etwa ein Kellerfenster benutzt werden. Geregelt ist das zum Beispiel in der DIN EN 50272-2 für stationäre Batterieanlagen.

Versicherungen für Batteriespeicher

Eine Meldepflicht für Batteriestromspeicher existiert derzeit nicht. Allerdings gelten die Batteriespeicher bei Feuerversicherungen als Gefahrenerhöhung, die eventuell zuschlagspflichtig ist. Um sicherzugehen, sollte man den Batteriespeicher auf jeden Fall der Versicherung melden. Bei Nachrüstung einer bestehenden Photovoltaikanlage sollte das Batteriespeichersystem im eigenen Interesse in eine bereits abgeschlossene Solaranlagenversicherung aufgenommen werden. Bei Neuabschluss einer Solarversicherung muss darauf geachtet werden, ob die Versicherung auch den Batteriespeicher umfasst.

Es ist heute durchaus möglich, ein sicheres Batteriespeichersystem zu installieren. Man sollte sich aber vorab über das Sicherheitskonzept des Anbieters eingehend informieren und dabei insbesondere auf jetzt schon existierende Qualitäts- und Sicherheitsprüfsiegel achten. Und, um auch für den hoffentlich nie eintreffenden Schadensfall vorbereitet zu sein, den Batteriespeicher und dessen Risiken durch passende Versicherungen abdecken.