Batterie-Showdown: Blei-Säure vs. Lithium-Ionen

Welches ist die beste Batterie für ein netzunabhängiges Energiesystem?

Dies ist eine Ausnahme aus dem neuen Buch: Off Grid Solar: Ein Handbuch für Photovoltaik mit Blei-Säure- oder Lithium-Ionen-Batterien.

Ich habe so viele netzunabhängige Energiesysteme mit defekten Blei-Säure-Batterien gesehen. Wenn Sie vorsichtig sind, arbeiten sie einige Jahre wie vorgesehen und verlieren dann ihre Ladungstiefe. Ich habe im letzten Jahr mit Lithium-Ionen-Batterien gearbeitet und obwohl diese erheblich komplexer sind, haben sie einige erstaunliche Vorteile. Aufgrund meiner Erfahrungen gehe ich davon aus, dass wir uns in einigen Jahren von Bleibatterien lösen werden.

Ich glaube, wir befinden uns derzeit an einem klaren Scheideweg, wenn es um die Auswahl eines Batterietyps für die Energiespeicherung von netzfernen Energiesystemen geht. Wir befinden uns am Übergang zwischen Blei-Säure-Batterien, der seit Jahrzehnten bewährten Technologie, und dem Versprechen von Lithium-Ionen, eine höhere Dichte, eine verbesserte Elastizität und eine längere Lebensdauer zu erreichen.

Kürzlich haben wir gesehen, dass Unternehmen mit kostengünstigen Lithium-Ionen-Technologien erfolgreich Fuß fassen. Li-Ion-Batterien werden für nur 400 USD / kWh verkauft. Tesla, LG Chemical, Sonnen und Simpliphi Power bieten zuverlässige Produkte zu vernünftigen Preisen. Und kürzlich hat der deutsche Automobilhersteller Mercedes-Benz angekündigt, mit Mercedes-Benz Energy auch in den stationären Speichermarkt einzusteigen.

Aber was ist mit Blei-Säure-Batterien? Sie gibt es schon so lange, dass sie praktisch eine Ware sind. Ihre Qualität variiert je nach Hersteller erheblich, die technologischen Unterschiede sind jedoch minimal. Hersteller wie Trojaner, Rolls / Surrette und MK / Deka sind seit Jahrzehnten im Spiel. Warum diese zweihundert Jahre alte Technologie stören? Und was macht Lithium-Ionen zu einem Game Changer?

Vorteil № 1 - Überlegen in Größe und Gewicht

Während eine überlegene Energiedichte für stationäre Anwendungen nicht kritisch ist, ist sie für Elektrofahrzeuge und tragbare Elektronik unerlässlich. Eine erhöhte Energiedichte verbessert den Bereitstellungs- und Installationsprozess für stationäre Energiespeicher erheblich.

Die obige Grafik zeigt, wie Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu Blei-Säure (überflutet, AGM und Gel) etwa ein Drittel des Gewichts und die Hälfte des Volumens ausmachen. Lithium-Ionen-Batterien sind im Vergleich zu allen anderen Batterietypen eine Klasse für sich, da sie wesentlich energiereicher sind.

Vorteil Nr. 2 - Überlegene Belastbarkeit

Alle Batterien sind anfällig für Schäden durch übermäßige Entladung und extreme Temperaturen. Blei-Säure-Batterien sind in der Regel weniger widerstandsfähig gegen diese Art von Missbrauch und werden beschädigt, wenn sie zu schnell oder zu tief entladen werden. Blei-Säure-Batterien verlieren potenzielle Zyklen, wenn sie unter 50% ihres Ladezustands (State of Charge, SOC) oder schneller als C / 8 entladen werden. Auf der anderen Seite können Lithium-Ionen-Batterien bis zu 80% des SOC und mit einer Geschwindigkeit von C / 2 entladen werden, ohne langfristig Schaden zu nehmen. Die obige Tabelle zeigt die allgemeinen Eigenschaften der drei Batterietypen. überflutete Blei-Säure, ventilgeregelte Blei-Säure und Lithium-Ionen.

Eine hilfreiche Methode zum Laden und Entladen eines Akkus besteht darin, ihn sich wie einen Ballon vorzustellen. Wenn Sie einen Ballon wiederholt auf seine maximale Kapazität aufpumpen und dann die Luft vollständig entleeren, kann das Ballonmaterial durch die übermäßige Beanspruchung ermüden. Stellen Sie sich nun vor, Sie füllen den Ballon mit einem anderen Ballon mehrmals auf und lassen ihn von 50% auf 90% voll. Das Material wird weniger belastet und hält länger als der erste Ballon. Die Platten im Inneren der Batterie sind einer vergleichbaren Beanspruchung ausgesetzt wie das Ballonmaterial. In diesem Beispiel werden Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu Blei-Säure einfach aus einem besseren, stärkeren Ballonmaterial hergestellt.

Neben den Vorteilen der Entladungstiefe haben Lithium-Ionen-Batterien auch eine längere Lebensdauer. Sie können ohne nennenswerten Kapazitätsverlust mehrmals fahren.

Vorteil Nr. 3 - Überlegener Lebenszyklus

Ja, es stimmt, dass die Anschaffungskosten für Lithium-Ionen-Batterien VIEL teurer sind als für eine alternative Option. (Siehe Grafik zu den anfänglichen Kosten pro Batteriekapazität.) Da Lithium-Ionen eine neuere Technologie ist, besteht die Möglichkeit, dass diese Kostenlücke im Vergleich zu diesen ausgereiften Batterietechnologien, die es schon viel länger gibt, aufgeholt und verringert wird. Lithium-Ionen-Batterien werden im Preis sinken und in naher Zukunft unter 400 USD pro kWh fallen. Aber ist es fair, Batterien anhand des ursprünglichen Preises und der Nennkapazität zu vergleichen? Absolut nicht.

Die obige Grafik kann jemanden in Bezug auf sehr unterschiedliche Batterietechnologien in die falsche Richtung lenken. Die Anschaffungskosten einer Batterie sind wichtig für die Budgetierung des Systems, aber es kann kurzsichtig sein, sich nur darauf zu konzentrieren, die Anschaffungskosten niedrig zu halten, wenn eine teurere Batterie auf lange Sicht Geld sparen kann.

Dieses Diagramm zu den Gesamtlebenszykluskosten ist ein besserer Vergleich, da es die Entladungstiefe und den typischen Lebenszyklus berücksichtigt. In diesem Fall weisen überflutete Blei-Säure-Batterien die niedrigsten Lebenszykluskosten auf. Dies setzt jedoch voraus, dass sie ordnungsgemäß gewartet und nicht missbraucht werden. Dies ist ein Best-Case-Szenario. Wenn sie häufiger als 50% entladen werden oder wenn die Wartung vernachlässigt wird, halten sie nicht so lange, wodurch sich ihre Lebenszykluskosten erhöhen. Lithium-Ionen-Akkus sind wartungsarm und widerstandsfähiger gegen unregelmäßige Entladungen. Zusammengenommen machen diese Faktoren die Lithium-Ionen-Batterie für ein Off-Grid-Solarsystem attraktiver. Unterm Strich haben Lithium-Ionen etwa die sechsfache Anzahl von Zyklen im Vergleich zu einer Blei-Säure.

Der Amtsinhaber: Blei-Säure

Im Moment ist es am sichersten, die bewährte Blei-Säure-Batterie für Ihren netzunabhängigen Energiespeicher zu verwenden. Die heute auf dem Markt erhältlichen Solarladeregler und Wechselrichter wurden für die Verwendung mit Blei entwickelt und haben jahrelange Feldtests hinter sich, die alle Probleme gelöst haben. Der anfängliche Preis ist immer noch eine erhebliche Einsparung gegenüber Lithium-Ionen. Wenn die Blei-Säure-Batterien ordnungsgemäß gewartet werden, arbeiten sie mit einem Wirkungsgrad von 80–90%, aber viel Glück bei dieser Wartung.

Die beiden Haupttypen von Blei-Säure-Batterien sind geflutet und VRLA (Valve Regulated Lead-Acid). Überflutete Blei-Säure-Batterien sind die billigsten, aber auch die unempfindlichsten gegen Schäden, die eine erhebliche Pflege und Wartung erfordern. Wenn Sie die Notwendigkeit einer Wartung vermeiden möchten, ist die VRLA möglicherweise gut, sie ist jedoch in der Regel doppelt so teuer und hat im Vergleich zum überfluteten Typ eine kürzere Lebensdauer. Üblicherweise als "versiegelte" Batterien bezeichnet, sind die VRLA nicht technisch versiegelt, sondern ventilgeregelt, um ein Ausgasen zu ermöglichen. Lesen Sie meinen anderen Artikel über die Auswahl einer Blei-Säure-Batterie für Off Grid Solar.

Der Newcomer: Lithium-Ionen

Seit Jahrzehnten sind Blei-Säure-Batterien die vorherrschende Wahl für Off-Grid-Solarsysteme. Mit dem Wachstum von Elektrofahrzeugen hat sich die Lithium-Ionen-Batterietechnologie verbessert und ist eine praktikable Option für Off-Grid-Solarsysteme geworden.

2016 begannen Lithium-Ionen-Batterien erst, in großen Solarsystemen eingesetzt zu werden. Sie werden jedoch seit Jahren in tragbaren und tragbaren Solarsystemen eingesetzt. Aufgrund der höheren Energiedichte und des einfachen Transports sollten Sie bei der Planung einer tragbaren Solaranlage den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien in Betracht ziehen.

Über den Autor

Joe O’Connor, Autor von Off Grid Solar: Ein Handbuch für Photovoltaik mit Blei-Säure- oder Lithium-Ionen-Batterien. Nachdem Joe über ein Jahrzehnt lang an abgelegene Orte gereist war, um Solaranlagen zu installieren, wollte er seine Kenntnisse und Erfahrungen in Bezug auf Solarenergiesysteme in einem Buch weitergeben. Joe hat in den USA, Haiti, Nepal, Portugal, Guatemala und zuletzt im Virunga-Nationalpark in der Demokratischen Republik Kongo netzgekoppelte Solarsysteme gebaut. Um mehr über seine Arbeit im Kongo zu erfahren, klicken Sie hier, um SolarCity, Tesla und Virunga zu lesen.

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