Technik, Vorteile und Kosten von Lithium-Ionen Akkus

Ein Lithium-Ionen-Akkumulator (kurz: Lithiumionen-Akku oder Li-Ionen-Akku) ist der Oberbegriff für Akkumulatoren auf der Basis von Lithium-Verbindungen in allen drei Phasen, in der negativen, in der positiven Elektrode sowie im Elektrolyt, der elektrochemischen Zelle. Lithium-Ionen Akkus weisen im Vergleich zu anderen Akkumulatortypen eine hohe spezifische Energie auf, erfordern jedoch in den meisten Anwendungen elektronische Schutzschaltungen, da sie sowohl auf Tiefentladung als auch Überladung nachteilig reagieren.

Solarstromspeicher werden mit Strom der Photovoltaikanlage beladen und bei Bedarf wieder entladen. Lange Zeit galten hierzu Blei-Akkus als ideale Speicherlösung. Akkus auf Lithium-Ionen-Basis weisen jedoch entscheidende Vorteile auf, obwohl die Anschaffung immer noch mit Mehrkosten verbunden ist, die sich jedoch durch gezielte Nutzung wieder amortisieren.

Der Einsatz moderner Lithium-Ionen Akkus bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich, die einfache Blei-Akkus nicht liefern können.

• Zum einen besitzen diese eine wesentlich höhere Lebensdauer als Blei-Speicher. Ein Lithium-Ionen Akku ist in der Lage, über einen Zeitraum von knapp 20 Jahren Solar-Strom zu speichern.
• Die Anzahl der Ladezyklen und die Entladetiefe sind ebenfalls um ein Vielfaches größer, als bei Blei-Akkus.
• Aufgrund des unterschiedlichen Materialeinsatzes bei der Produktion sind Lithium-Ionen Akkus zudem wesentlich leichter als Blei-Akkus und auch kompakter. Bei der Installation nehmen diese also auch weniger Platz weg.
• Auch in Sachen Selbstentladung weisen Lithium-Ionen Akkus bessere Speichereigenschaften auf.
• Außerdem darf man nicht den Umwelt-Aspekt vergessen: Denn Blei-Akkus sind in ihrer Produktion aufgrund des eingesetzten Bleis nicht besonders umweltfreundlich.

Auf der anderen Seite muss man aber auch erwähnen, dass es aufgrund der langen Einsatzzeit von Blei-Akkus wesentlich aussagekräftigere Langzeitstudien als zu den noch sehr neuen Lithium-Ionen Akkus gibt, sodass auch deren Einsatz und damit verbundene Kosten besser und zuverlässiger kalkuliert werden können. Zudem ist das Sicherheitssystem moderner Blei-Akkus zum Teil noch besser als die von Lithium-Ionen Akkus.

Grundsätzlich ist auch die Sorge vor gefährlichen Defekten in Lithium-Ionen-Zellen nicht unbegründet: So können sich Dendriten, also spitze Lithiumablagerungen, an der Anode bilden. Die Wahrscheinlichkeit, dass diese dann Kurzschlüsse auslösen, und somit letztendlich auch einen Thermal Runaway (eine exotherme Reaktion mit starker, sich selbst beschleunigender Wärmeentwicklung) herbeiführen, ist besonders in Lithium-Zellen gegeben, die qualitativ niederwertige Zellkomponenten beinhalten. Durch Ausbreitung dieses Fehlers auf benachbarte Zellen (Propagation) folgen im schlimmsten Fall eine Kettenreaktion sowie ein Brand der Batterie.

Da aber immer mehr Kunden Lithium-Ionen Akkus als Solarbatterie einsetzen, führen Lerneffekte der Hersteller bei größeren Produktionsmengen auch zu weiteren technischen Verbesserungen der Speicherleistung und höherer Betriebssicherheit von Lithium-Ionen Akkus und auch weiteren Kostensenkungen. Der aktuelle technische Entwicklungsstand von Li-Ionen-Akkus lässt sich in folgenden technischen Kennzahlen zusammenfassen:

Die Kosten für einen Lithium-Ionen Akku sind in der Anschaffung in der Regel höher als die für einen Blei-Akku. So kosten Bleibatterien mit einer Kapazität von 5 kWh aktuell durchschnittlich 800 Euro je Kilowattstunde Nennkapazität.

Vergleichbare Lithium-Systeme liegen hingegen bei 1.700 Euro je Kilowattstunde. Dabei ist allerdings die Spreizung zwischen den billigsten und den teuersten Systemen deutlich höher als bei Blei-Systemen. So gibt es z. B. auch Lithium-Akkus mit 5 kWh bereits ab 1.200 Euro pro kWh.

Trotz der in der Regel höheren Anschaffungskosten sind die Kosten eines Lithium-Ionen-Speichers pro gespeicherter Kilowattstunde auf die gesamte Laufzeit gerechnet aber günstiger, da Lithium-Ionen-Akkus länger Leistung liefern als Blei-Akkus, die nach einer bestimmten Zeit ausgetauscht werden müssen.

Man darf sich beim Kaufen eines Stromspeichers also nicht von höheren Anschaffungskosten erschrecken lassen, sondern muss die Wirtschaftlichkeit eines Lithium-Ionen Akkus immer auf die gesamte Nutzungsdauer und Anzahl der gespeicherten Kilowattstunden beziehen.

Mit folgenden Formeln lassen sich alle wesentlichen Kennzahlen eines Lithium-Ionen-Stromspeichers für PV-Anlagen berchnen:

1) Nennkapazität * Ladezyklen = Theoretische Speicherkapazität

2) Theoretische Speicherkapazität * Wirkungsgrad * Entladetiefe = Nutzbare Speicherkapazität

3) Anschaffungskosten / Nutzbare Speicherkapazität = Kosten pro gespeicherter kWh

Anmerkung: Sämtliche Werte sind Schätzwerte und können von aktuellen Anschaffungskostendeutlich differieren. Zudem sind in obigem Beispiele KEINEFörderungen oder Zuschüsse berücksicht. Denn mit einem Zuschuss pro Kilowattpeak PV-Leistung bis zu 600 € bzw. 660 € lässt sich der Preis für einen Photovoltaik Speicher um einige tausend Euro senken. Daher empfehlen wir, immer anhand eines bzw. mehrerer Angebote für Solarstromspeicher die Wirtschaftlichkeit individuell je nach Einsatz und auf Grundlage aller Kosten und Förderungen zu berechnen.