Letzte Aktualisierung: 23.11.2020

Bleiakku als Stromspeicher für Solaranlagen

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Wie funktionieren Blei-Akkus? Wann lohnt sich der Einsatz eines Bleiakku als Stromspeicher für Solaranlagen?

Um Solarstrom langfristig wirtschaftlich zu speichern, muss der Stromspeicher eine hohe Anzahl von Lade- und Entladezyklen erbringen können. Herkömmliche Blei-Akkus sind daher nicht als Stromspeicher für Photovoltaikanlagen geeignet. Daher wurden spezielle für die Solarstromspeicherung geeignete Blei-Säure-Akkus entwickelt. Alle wichtigen Fakten und die Vor- und Nachteile von Blei-Akkus als Solarstromspeicher haben wir hier gegenübergestellt.

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Stromauf- und Stromentladung in Blei-Säure-Akkus

Technisch gesehen funktionieren die Blei Säure Akkus für PV-Anlagen nicht anders als herkömmliche Akkus: In ihrem Inneren wird beim Aufladen elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Beim Entladen kann diese gespeicherte Energie dann wieder in elektrische Energie umgewandelt werden.

Beim Blei Säure Akku tritt diese Reaktion zwischen Blei-Elektroden und Schwefelsäure auf. Beim Laden bildet sich ein Blei-Sulfat um die Blei-Elektroden. Dieses löst sich beim Entladen zwar wieder, es bleiben aber immer kleinere Blei-Sulfat-Rückstände zurück, die dann im Laufe der Zeit die Speicher-Leistung schwächen und somit auch die Nutzungsdauer verkürzen.

Unterschiede zu Blei-Gel- und Blei-Carbon-Stromspeichern

Im Inneren eines Akkus tritt mit der Zeit ein Verschleiß der Elektroden auf, man nennt das auch Elektroden-Korrosion. Um eine die Lebensdauer verringernde Sulfatisierung zu verhindern, erfordern Bleibatterien im Gegensatz zu Lithiumbatterien eine wesentlich größere Ladezeit (bis zu 10 Stunden).

Abhilfe schaffen hier sogenannte Blei-Gel-Akkus, bei denen die Schwefelsäure in einem dickflüssigen Gel gebunden wird. Die typischen Elektroden-Schäden eines Akkus können so aber auch nicht komplett vermieden, sodass Blei-Gel-Akkus mit rund 15 Jahren auch nur eine etwas längere Lebensdauer als Blei-Säure-Akkus besitzen.

Eine weitere Alternative stellen Blei-Carbon-Batterien dar. Durch den Gebrauch von Carbon wird eine wesentlich geringere Sulfatisierung der negativen Elektrode garantiert. Dadurch kann die Batterie deutlich schneller nachgeladen werden, und zwar bis zu acht mal schneller als eine herkömmliche Bleibatterie.

Bei Lithium-Ionen-Akkus hingegen entsteht durch das eingesetzte Lithium ein wesentlich geringerer Verschleiß, weshalb Lithium-Ionen-Akkus auch eine deutlich längere Nutzungsdauer aufweisen. Die aktuellen Lithium-Batteriesysteme erlauben zwar eine schnelle Ladung innerhalb einer Stunde, allerdings ist die Entladeleistung wesentlich geringer: Sie darf etwa 50 bis 70% der Batteriekapazität nicht überschreiten.

Technische Kennzahlen von Bleiakkus im Vergleich zu Li-Ionen-Akkus
  Bleiakku Li-Ionen-Akku
Spezifische Energie (Wh/kg) 30 - 40 70 - 200
Spezifische Leistung (W/kg) 75 - 300 150 - 310
Nominelle Spannung (V) 2 2,4 - 3,8
Temperaturbereich (°C) 15 - 40 10 - 40
Wirkungsgrad (%) 80 - 85 90 - 95
Zyklische Lebensdauer < 3000 > 5000
Kalendarische Lebensdauer (a) 5 - 15 15 - 25

Vor- und Nachteile von Blei-Akkus und Blei-Batterien

Vorteile von Bleiakkus

  • Aus rein technischer Sicht weist ein Bleiakku mehrere Vorteile auf. So kann ein Bei-Akku in sehr kurzer Zeit besonders hohe Stromstärken (Amper) erzielen, weshalb Bleibatterien häufig in Autos als Startbatterien zum Einsatz kommen. Zudem lässt sich bei einem Bleiakku vergleichsweise einfach der Ladezustand (SOC) anhand der Säurekonzentration bestimmen, da die Zellspannung proportional zur Säurekonzentration ist.
  • Aus wirtschaftlicher Sicht ist ein Bleiakku vorteilhaft, da dieser aufgrund des relativ günstigen Ressourceneinsatzes und hoher Fertigungsstückzahlen besonders günstig in der Anschaffung ist. Darüber hinaus ist ein Bleiakku sehr robust und bedarf daher nur geringer Wartungskosten.
  • Blei Akkus sind zudem bereits seit vielen Jahren im Einsatz. Wer einen Blei-Akku als Solarstromspeicher einsetzen möchte, der kann daher genau vorausplanen, wieviel Strom zu welchen Kosten gespeichert werden kann. Längere Referenzzeiträume gibt es hingegen bei der noch jungen Lithium Ionen Technologie nicht. Daher werden Blei-Akkus überall dort eingesetzt, wo eine langfristig planbare und sichere Speicherstromversorgung angestrebt wird.
  • Außerdem sind Blei Akkus besonders leicht und einfach zu recyceln. Denn, dass wissen die Wenigsten: Blei ist nach Gold das am einfachsten wiederverwertbare Element, das wir kennen. Die Recycling Prozedur eines Lithium-Ionen-Akkus hingegen ist ein technisch hoch komplexer und noch teurer Vorgang.

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Nachteile von Bleiakkus

  • Als Stromspeicher für eine Photovoltaikanlage weist der Bleiakku eine Lebensdauer von durchschnittlich nur rund 10 Jahren auf. Die maximale Entladetiefe (DODmax) eines Bleiakkus beträgt zudem lediglich etwa 60 %. Eine tiefere Entladung ließe den Bleiakku beschleunigt altern. Um die Nutzungsdauer zu erhöhen, sollten Bleiakkus daher monatlich vollgeladen werden und mehrmals pro Jahr eine Refresh-Ladung durchgeführt werden.
  • Ein Bleiakku weist eine relative schnelle Selbstentladung auf. Je nach Batterietyp und –alter kann dies bei Umgebungstemperaturen von 20 °C bis zu 30 % pro Monat betragen. Bei höheren Elektrolyttemperaturen verstärkt sich dieser Effekt.
  • Blei Akkus haben außerdem den Nachteil, dass sie immer in Räumen mit einer guten Belüftung untergebracht werden müssen, da beim Laden kleinere Gasmengen entstehen, die sich in geschlossenen Räumen zu einer Gaswolke sammeln und so eine Explosionsgefahr darstellt.
  • Bleiakkus sind zudem schwerer als Lithium-Ionen-Akkus und nehmen mehr Platz ein.

Berechnung der Speicherkosten von Bleiakkus

Die Kosten für aktuelle Blei-Akkus und Lithium-Ionen-Akkus unterscheiden sich in erster Linie hinsichtlich ihrer

  • Leistung,
  • den Entladezyklen und
  • ihrer Speichergröße.

Um zu berechnen, welche Speicherart günstiger ist, müssen die Gesamtkosten auf die Speicherkosten pro Kilowattstunde (kWh) herunter gebrochen werden. Dies lässt sich mit folgender Formel berechnen:

Anschaffungskosten / (Theoretische Speicherkapazität * Wirkungsgrad * Entladetiefe * Ladezyklen) = Kosten pro gespeicherter kWh

Beispielrechnung für die Speicherkosten pro kWh von Bleiakkus im Vergleich zu Li-Ionen-Akkus
Akkutyp Entladetiefe Ladezyklen Gesamtkapazität Nutzbare Kapazität Nettopreis Kosten pro kWh
Bleiakku 55% 3500 7,40 kWh 4,07 kWh 4.500 Euro 0,32 Euro
Bleiakku 60% 3000 12,00 kWh 7,20 kWh 6.600 Euro 0,31 Euro
Li-Ionen-Akku 90% 5000 5,00 kWh 4,50 kWh 7.500 Euro 0,33 Euro
Li-Ionen-Akku 85% 5500 5,40 kWh 4,59 kWh 7.800 Euro 0,31 Euro

KfW-Förderprogramm für Blei-Akku-Stromspeicher

In diesen Kosten pro kWh sind jedoch noch keine Förderungen und Zuschüsse. Diese können jedoch die Kosten pro kWh deutlich senken, sodass in Summe mit den Kosten pro erzeugter Kilowattstunde aktuell ein dem Haushaltsstrompreis ähnliches Kostenniveau erreicht werden kann.

Die Förderung für Stromspeicher kann bei Banken und Sparkassen beantragt werden. Vergeben wird die Förderung durch die KfW-Bank als zinsgünstiges Darlehen mit einem Tilgungszuschuss.

Da sich die Höhe des Tilgungszuschusses nach der Leistung der Photovoltaikanlage richtet, ist es nach den aktuell geltenden Förderbedingungen nicht von Bedeutung, ob man sich für einen Bleiakku oder einen Li-Ionen-Akku entscheidet.

Letztlich kommt man beim Kauf eines Bleiakkus inklusive Förderung aktuell auf "eine schwarze Null". Jedoch muss man einkalkulieren, innerhalb der nächsten 20 Jahren ein bis zwei Akkusätze zu erneuern.

Einsatz von Blei-Akkumulatoren für Regelleistungen

Die BELECTRIC GmbH hat am 26.11.2014 einen 2 Megawattstunden fassenden Stromspeicher an das Solarkraftwerk Alt Daber in Brandenburg angeschlossen. Durch die "Energy Buffer Unit" kann das Solarkraftwerk auch Regelenergieleistungen in der Hochspannungsebene erbringen. Aufgrund der Lebensdauer und den niedrigen Zyklenkosten setzt BELECTRIC dabei auf die Blei-Säure-Technik.

Am 3. Mai 2019 wurde ein 25 MWh fassender Blei-Carbon-Stromspeicher in Bennewitz, einer Gemeinde im Landkreis Leipzig in Sachsen, von der Upside Group im 20 kV Netz des Verteilnetzbetreibers MITNETZ in Betrieb genommen. Ziel dieses Großspeichers ist die Stabilisierung des Stromnetzes durch Bereitstellung von Regelleistung östlich von Leipzig. Verbaut wurden 10.500 Narada Blei-Carbon-Akkus in 18 High-Cube Seecontainern.

Einer der ersten und Europas größten kommerziellen Lithium-Ionen-Batteriespeicher zur Erbringung von Regelenergieleistungen wurde am 16.09.2014 in Schwerin Lankow in Betrieb genommen.

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