Fragen & Antworten zum Webinar „Batterielebensdauer einschätzen und verlängern“ – Teil 2

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Temperatur und Lebensdauer

Wie stark wirkt sich die Temperatur auf die Alterung aus?
Die Temperatur ist eine der ausschlaggebenden Faktoren. Batteriezellen sind empfindlich, sie fühlen bei den Temperaturen am wohlsten, in denen es auch ein Mensch gut aushält. Außerhalb dieses Fensters steigt der Zellstress und lässt die Zelle altern. Dies gilt sowohl für die Temperaturen bei der Lagerung einer Batterie, als auch bei den Temperaturen, die entstehen, wenn die Batterie im Einsatz ist.

Manche Anbieter statten die Batterien mit Kühlungsystemen aus. Wann lohnt sich das und wie lässt sich das abschätzen?
Eine stationäre Batterie, die gekühlt werden muss, sollte unbedingt zu denken geben. Die Kühlung der Batterie wird verwendet, wenn die Zellen stark gestresst werden, das heißt sehr hohe Leistung bezogen auf Ihre Kapazität abgeben müssen. Dies ist etwa bei Hybrid-Fahrzeugen oder Elektrosportwagen der Fall. Eine stationäre Batterie die gekühlt wird, kann eigentlich nur deshalb gekühlt werden, weil sie in der Sonne steht oder bei Umgebungstemperaturen von über 45 Gad betrieben werden soll. Falls dies nicht der Fall ist, bleibt als Ursache dann nur noch ein hoher Innenwiderstand, das heißt schlechter Wirkungsgrad der Batterie wegen hohem Innenwiderstand. Das wäre dann keine gute Batterie.

Zyklenfestigkeit

Wie definiert man einen Zyklus? Ist zum Beispiel eine kurzzeitige Entladung, während Wolken über die Photovoltaik-Anlage ziehen schon ein Zyklus?
Ein Zyklus ist die Spanne zwischen einer vollständigen Entladung und der darauffolgenden vollständigen Aufladung. Teilentladungen sind in Bezug auf die Zyklenanzahl unproblematisch, sie lassen sich kumulieren.

Wie viele Zyklen benötigt ein Heimspeicher tatsächlich in der Praxis? Manche Speicherhersteller geben eine Zyklenfestigkeit von 6000 bis 8000 Zyklen an. Lässt sich belegen, dass Batterien wirklich so lange halten und was für Nachweise könnte man von einem Hersteller verlangen?
Wir gehen im Heimspeicherbereich von der jährlichen Zyklenzahl von circa 250 aus. Bei einer Zyklenfestigkeit von 6000 Zyklen würde das bedeuten, dass die Batterie eine Lebensdauer von 24 Jahren hätte, bei 8000 Zyklen sogar 32. Das wäre zu bezweifeln, da deutlich vorher die kalendarische Alterung ein Thema wird. Nach unseren Tests gehen wir für Batterien mit Lithium-Ionen-Zellen von einer kalendarischen Lebensdauer von nur 15 Jahren aus. Die Angabe von Zyklenfestigkeiten ist also nur ein Teil der Wahrheit. Das Optimum der Batterie wird bestimmt durch das Zusammenspiel aus kalendarischer und zyklischer Alterung. Nach Erreichen der 80 Prozent-Kapazitätsgrenze, das sieht man in Tests sehr gut, büßt die Kapazität mancher Batterie übrigens dramatisch ein. Die 80 Prozent ist eine etablierte Größe, weil ab diesem Zeitpunkt die Leistungsfähigkeit der Batterie massiv abnimmt. Ab da steigt der Innenwiderstand in der Zelle schneller, was höhere Temperaturen im Inneren zur Folge hat, was den Innenwiderstand wiederum noch weiter steigen lässt.

Da im PV-Speicherbereich Zyklenzahlen von mehr als 4000 angegeben werden und diese nicht ausgereizt werden, ist doch im Grunde nur die kalendarische Lebensdauer relevant. Ist das richtig? Anders gefragt, wie viele Zyklen muss ein Batteriespeicher aushalten können, damit nur noch die Angabe für die kalendarische Lebensdauer wichtig ist?
Das ist in der Tat so. Es geht praktisch nur noch um die optimale Verlängerung der kalendarischen Lebensdauer. Wenn man von einer jährlichen Zyklenzahl von 250 ausgeht und insgesamt 4000 Zyklen angegeben werden, bedeutet das, dass die zyklische Lebensdauer bei etwa 15 Jahren liegt. Eine geeignete Betriebsstrategie soll verhindern, dass die kalendarische Lebensdauer so verläuft, dass die Alterung nicht vorher schon so weit vorangeschritten ist, dass die Batterie vor Erreichen der möglichen Zyklen stirbt. Für den Kunden ist es am effektivsten, wenn die kalendarische und die zyklische Lebensdauer in etwa gleich sind. Insofern sind Zyklen von 6000 oder 8000 zwar schön, jedoch wird bei diesen Batterien im Heimspeicherbereich die kalendarische Alterung das Lebensende der Batterie bestimmen, so dass diese hohen Zyklen realistisch nicht erreicht werden.

Lagerung und Betriebsstrategie

Wie sollten ungenutzte Zellen gelagert werden (geladen/teilentladen/leer)? Sollte man bei Nicht-Nutzung der Batterie zum Beispiel im Urlaub einen geringeren Ladezustand programmieren?
Das lohnt sich auf jeden Fall. Als Merksatz kann hier dienen, dass man eine Batterie niemals im vollgeladenen Zustand herumstehen haben sollte. Und schon gar nicht bei sommerlichen Temperaturen.

Was ist Ihre Empfehlung zum Standort des Batteriespeichers (Keller, Garage, etc.)? Welche Bedingungen wären ideal?
Einen großen Einfluss hat die Temperatur am Standort des Speichers. Deswegen sollte der Speicher an einem kühlen Ort aufgestellt werden. Der exakte Temperaturbereich, in dem eine Lithium-Zelle mit geringsten Alterungseffekten und niedrigstem Innenwiderstand arbeitet, ist nicht für alle Zellen gleich und sollte individuell festgelegt werden. Als Faustregel kann man sich merken, dass Lithium-Ionen-Zellen es in etwa so warm mögen wie Menschen auch. Umgebungstemperaturen von etwa 10-20 Grad sind ideal.
Die Idee, sich aufgrund des Designs einen Speicher ins Wohnzimmer zu hängen, sollte beispielsweise gut überlegt sein. Welche Temperaturen herrschen hier gewöhnlich? Batteriezellen mögen es kühl, deswegen sollte man einem kühlen Raum wie dem Keller den Vorzug vor wärmeren Orten im Haus geben. Dies ist allein aus Sicherheitsgründen angebracht, wenn man das recht enge Betriebsfenster betrachtet, in der eine Batterie sicher betrieben werden kann. Neben der einzukalkulierenden Wärmeerzeugung während des Betriebs des Speichers muss man hier nicht noch durch einen ungünstigen Standort für zusätzlichen „Zellstress“ in den Batteriezellen sorgen.

Wie wirken sich im Akkubetrieb abendliche Aktivitäten im Haushalt auf die Batteriewechselrichtereinheit und die Lebensdauer der Batterie aus, wenn sich Lasten permanent schlagartig ändern?
Diese abendlichen Aktivitäten sind für die Batterie gut, weil sie den Ladezustand der Batterie reduzieren und damit die Lebensdauer verbessern. Plötzlich Laständerungen während des Nachtbetriebs sind für die Batterie vollständig irrelevant, solange die übrigen, durch das Batteriesystem kontrollierten Grenzwerte eingehalten werden.

Werden Ihre Batterien mit Wetterprognosen beliefert, damit sie am Abend voll sind, auch wenn sie nur nachmittags laden?
Unser My Reserve-Speicher ist nicht auf Wetterprognosen angewiesen, weil er die Photovoltaik-Anlage als Wetterstation nutzt. Daher weiß er, wie das Wetter war, wie es sich in den letzten Tagen und Stunden geändert hat und wie das Wetter aktuell ist. Zusätzlich analysiert der My Reserve-Speicher das individuelle Verbrauchsverhalten und registriert beispielsweise Änderungen zwischen dem Wochenende und der Woche, oder auch wenn die Nutzer im Urlaub sind. Die Analyse all dieser Daten wird dann für eine optimale Ladestrategie herangezogen. Unser Ziel ist es, die Batterie so kurz wie möglich bei 100 Prozent Ladezustand stehen zu haben, denn diese hohe Zellspannung stresst die Zellen. Wir beziehen die Wetterdaten über unsere PV-Anlage, so haben wir alle Daten vorhanden. Da es sich um ein selbstlernendes System handelt, werden die Prognosen, die den Ladevorgang optimieren, mit häufigeren Messungen über die Zeit immer zuverlässiger.

Second Life

Kann man die Alterung einer Batterie messen, wenn die Vorgeschichte der Batterie unbekannt ist? Wie?
Ein sehr gutes Maß für die Batteriealterung ist der Innenwiderstand. Er gibt an, wie viel Stress die Batteriezellen bereits gehabt haben und wie er sich auf ihr „Innenleben“ ausgewirkt hat.

Second-Life-Konzepte sehen vor, dass eine Traktionsbatterie, wenn sie ihr Lebensende bei 80 Prozent der Kapazität erreicht hat, in stationäre Anwendungen gehen. Wie schätzen Sie das ein? Steigt dann nicht auch der Innenwiderstand?
80 Prozent-Restkapazität sind in der Fachwelt inzwischen eine etablierte Größe, nach deren Unterschreiten die Batterie ausgetauscht wird. Von daher ist die Weiterverwendung einer Batterie mit einer Restkapazität von 80 Prozent wenig sinnvoll, zumal parallel auch der Innenwiderstand der Batterie steigt und dadurch die Speicherverluste zunehmen.


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Fragen & Antworten zum Webinar „Batterielebensdauer einschätzen und verlängern“ – Teil 1: Alterung