Batterie-Energiespeichersysteme: Typen, Vorteile, Anwendungen

Heute gibt es verschiedene Arten von batteriegestützten Energiesystemen. Diese verwenden unterschiedliche Speicherchemien und bieten unterschiedliche Vorteile. Um einen vollständigen Überblick über die BESS-Typen und ihre besten Anwendungen zu erhalten, lesen Sie weiter unten. Wir haben ihre Chemie, ihre Vorteile und ihre Einsatzmöglichkeiten erklärt.

Was ist ein Batterie-Energiespeichersystem?

Ein Batterie-Energiespeichersystem (BESS) ist eine Anlage, die es ermöglicht, elektrische Energie zu erfassen, sie in einer oder mehreren Batterien zu speichern und sie später bei Bedarf wieder abzugeben. Die Größe reicht von kleinen Einheiten für den Hausgebrauch bis zu großen BESS-Anlagen für den industriellen Energiebedarf.

Das Herzstück eines BESS ist ein elektrochemisches Gerät, das aus Batteriezellen oder -modulen besteht. Dieses Gerät bezieht Strom aus einer erneuerbaren Quelle wie Sonne und Wind - oder sogar aus dem Stromnetz - und speichert ihn in chemischer Form.

Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler verschiedene Batterietechnologien entwickelt, um elektrische Energie zu speichern. Diese unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht, z. B. in der Art der verwendeten chemischen Verbindungen, den Kosten, der Lebensdauer, den Umweltauswirkungen usw.

Arten von Batterie-Energiespeichersystemen

Es gibt einige Arten von Energiespeicherbatterien, die nach ihrer Speicherchemie gruppiert sind. Dies sind Lithium-Ionen-, Blei-, Nickel-Cadmium-, Natrium-Schwefel- und Durchflussbatterien.

Lithium-Ionen-Batterie-Speichersystem

Wie der Name schon sagt, verwendet die Lithium-Ionen-Batterie Lithiumsalze als Elektrolyt. Die Kathodenelektrode ist eine Lithiumverbindung, während die Anode normalerweise aus Graphit besteht.

Die Kathodenoptionen reichen von Lithiumeisenphosphat und Lithiumkobaltoxid bis hin zu Lithiummanganoxid. Der Typ auf Manganoxidbasis bietet bessere Eigenschaften und wird bevorzugt in Spezialanwendungen eingesetzt.

Obwohl es sich um eine teurere Option handelt, ist das LI-ion eines der am häufigsten genutzten BESS-Typen, dessen Einsatzspektrum von Privathaushalten bis hin zu Gewerbe und Industrie reicht.

Vorteile

• Leichtes Gewicht
• Kleiner als andere Arten von Akkus
• Hoher Wirkungsgrad (bis zu 95%)
• Schnelles Aufladen
• Hohe Energiekapazität
• Hohe Entladungstiefe, die bis zu 90% der Gesamtkapazität betragen kann
• Lange Lebensdauer (5-30 Jahre, je nach Kathodentyp)

Anwendungen

• Einsatz in Speichersystemen für erneuerbare Energie
• Elektrofahrzeuge (EVs)
• Verschiedene Unterhaltungselektronik (Handys, Laptops usw.)
• Tragbare Elektrowerkzeuge     

Blei-Säure-Batterie-Speicher-System

Diese BESS-Systeme verwenden Batterien, die aus Bleielektroden und Schwefelsäure (H2SO4) als Elektrolyt bestehen. Ein typisches BESS auf Bleisäurebasis hat eine Lebensdauer von 5 bis 10 Jahren, muss aber während seiner Lebensdauer regelmäßig gewartet werden.

Blei-Säure-Akkus sind auch weniger effizient als Li-Ionen-Akkus (ca. 85%) und haben einen niedrigen DOD-Wert von ca. 50%. Außerdem müssen sie regelmäßig aufgeladen werden, wenn sie längere Zeit nicht benutzt werden, um sie zu erhalten.

Andererseits bieten diese Akkumulatoren mehrere Vorteile: Sie sind kostengünstig und erzeugen höhere Ströme, ohne Schaden zu nehmen.

Vorteile

• Kostengünstig
• Sicher und zuverlässig
• Kann hohe kurzzeitige Ströme liefern
• Bietet eine breite Palette von Betriebstemperaturen

Anwendungen

• Solare Speichersysteme
• Für Auto- und andere Fahrzeugstarter
• Unterbrechungsfreie Stromversorgungseinheiten (UPS)

Nickel-Cadmium-Batterie-Speichersystem

Nickel-Cadmium-Batteriespeicher haben eine Nickeloxid-Anode mit einem Nickelhydroxid-Separator. Die Kathode besteht aus Cadmium-Metall und der Elektrolyt ist Kaliumhydroxid, ein Alkali.

Neben dem Cadmium-Akku kann ein Nickel-Akku auch ein Hydrid-Akku sein. Bei der Nickel-Hydrid-Batterie wird anstelle von Cadmium ein Hydrid (eine Legierung, die Wasserstoff aufnehmen kann) als negative Elektrode verwendet.

Der Hydridtyp der nickelbasierten Akkumulatoren bietet bessere Eigenschaften, wie z.B. eine höhere Energiedichte und Umweltfreundlichkeit

Vorteile

• Widerstandsfähig gegenüber verschiedenen Temperaturniveaus
• Hohe Zuverlässigkeit
• Schnelles Aufladen
• Hoher DOD (Tiefe der Entladung)
• Lange Lebensdauer

Anwendungen

• Erneuerbare Energiesysteme
• Not- oder Ersatzbeleuchtungssysteme
• Tragbare Elektrowerkzeuge und andere Geräte

Natrium-Schwefel-Batteriespeichersystem

Diese Batteriespeichersysteme verwenden geschmolzenes Natrium für die Kathode und flüssigen Schwefel für die Anode oder negative Elektrode. Der Elektrolyt ist Natriumaluminiumoxid, das schmelzen muss, damit sich die Ionen zwischen den Elektroden bewegen können.

Da sie flüssige Materialien verwendet, arbeitet diese Batterie bei höheren Temperaturen von über 300 Grad Celsius und enthält Heizungen, um den festen Elektrolyten zu verflüssigen.

Die Energiedichte von Natrium-Schwefel-BESS-Systemen ist mit der von Li-Ionen-Batterien vergleichbar, allerdings haben sie eine kürzere Lebensdauer und erfordern eine hohe Wärmeentwicklung, um den festen Natrium-Elektrolyten zu verflüssigen.

Vorteile

• Hohe Energiedichte
• Hoher Wirkungsgrad von bis zu 90%
• Ein hoher DOD (80%)
• Verwendet kostengünstige Materialien
• Eine lange Lebensdauer von bis zu 10 Jahren

Anwendungen

• Als Notstromsysteme für Rechenzentren und ähnliche Anwendungen
• In Anlagen für erneuerbare Energie
• In den Stromverteilungssystemen zur Stabilisierung der Leistungsabgabe

Flow-Batterie-Speichersystem

Zwei Tanks enthalten den Elektrolyt in einem Durchflussbatteriespeichersystem, wobei eine Ionenaustauschmembran die beiden Tanks trennt, um die Reaktion zu erleichtern, die die Energie speichert.

Während des Ladevorgangs oxidiert der Strom die chemischen Verbindungen des einen Behälters und reduziert die des anderen. Diese Reaktionen wandeln den Ladestrom in gespeicherte chemische Energie um.

Je nach den für den Elektrolyten verwendeten Chemikalien stehen verschiedene Technologien für Durchfluss-BESS-Typen zur Verfügung. Es kann sich um eine Vanadium- oder Zink-Brom-Ionen-Lösung handeln. Die Batterie kann auch eine Eisen-Chrom-Batterie sein.

Vorteile

• Lange Lebensdauer von ca. 20 Jahren (ca. 10.000 Ladezyklen)
• Sicherer als andere BESS-Typen (verwendet nicht entflammbare und ungiftige Materialien)
• ein relativ hoher Wirkungsgrad (etwa 80%)
• Hohe Energiespeicherkapazität
• Kurze Ladezeit
• Hochgradig skalierbar durch Erhöhung der Elektrolytmenge

Anwendungen

• Backup- oder Notfallspeichersysteme
• Stabilisierung der Netzleistung
• Erneuerbare Energiesysteme
• In Elektrofahrzeugen

Schlussfolgerung

In der heutigen Welt, in der erneuerbare Energien die Norm sind, werden Speicherbatterien immer wichtiger. Heute können Sie zwischen verschiedenen Batteriespeichersystemen wählen, die auf Lithium-Ionen- und Blei-Säure-, Natrium-Schwefel- und Durchflussbatterien basieren. Wie in diesem Leitfaden dargelegt, hat jeder dieser BESS-Typen seine Vorteile, und Ihre Wahl hängt von den Anforderungen Ihres Projekts ab.