Batteriezellen sind die kleinste Einheit im Batteriesystem. Wird die Funktionsweise eines Akkumulators beschrieben, spricht man meist nur über die Funktion einer einzigen Zelle. Mehrere dieser Zellen werden zu einem Batteriemodul vereint, die dann zu einem Batteriesystem oder Batteriepack zusammengesetzt werden. Bei Solarspeichern können meist je nach gewünschter Heimspeichergröße mehrere Module eines gleichen Herstellers zu einer Heimspeicheranlage verschalten werden.

Mit diesem modularen Aufbau kann in der Batterietechnologie maximale Flexibilität in Größe und Form der Batterien garantiert werden.

Eine Faustregel besagt, dass pro Kilowattpeak (kWp) Photovoltaik-Leistung etwa eine Kilowattstunde (kWh) an Speicherkapazität vorhanden sein soll.

Die Größe eines Solarspeichers hängt aber vor allem von den folgenden Faktoren ab:

• Jahresstromverbrauch
• Vebrauchsverhalten
• Größe der PV-Anlage

Zusätzlich sind gewünschter Autarkiegrad, Effizienz der Stromerzeugung und verfügbare finanzielle Mittel mit einzubeziehen. Wie genau sich die Dimensionierung eines Speichersystems gestaltet, finden Sie hier.

Eine Batterie ist ein Zusammenschluss mehrerer Batteriezellen, die jeweils aus zwei Halbzellen bestehen. Diese zwei Halbzellen kann man sich wie zwei gleich große Gefäße voll mit Wasser vorstellen. Eines dieser beiden Becken sei mit mehr Wasser gefüllt als das andere. Beide Gefäße sind am Boden durch einen Schlauch verbunden, der durch eine Klemme geschlossen gehalten wird.

Das Entladen

Öffnet man nun die Klemme und schließt somit den „Stromkreis“ fließt Wasser von einem Gefäß ins andere. Die Druckdifferenz (in einer Batterie: Potentialdifferenz) bewirkt das Fließen von Wasser, was übertragen auf die Batterie ein Fließen von Strom bedeutet. Dieser Fluss wird aufrechterhalten, bis beide Gefäße gleich voll sind. Übertragen auf die Batterie bedeutet das, dass an einer der Elektroden der Batterie bei voller Ladung ein Elektronenüberschuss vorhanden ist (negativ), was eine hohe elektrische Potentialdifferenz bewirkt. Schließt man nun einen Verbraucher (z.B. eine Glühlampe) an, fließen Elektronen und es entsteht Strom (= der Wasserfluss). Die Fließgeschwindigkeit des Wassers entspricht dabei der elektrischen Stromstärke.

Das Laden

Ist der Wasserstand der beiden Gefäße nun auf gleichem Niveau, muss zum erneuten Wasserfluss wieder ein unterschiedlicher Wasserstand erzeugt werden. Das ließe sich im Wassermodell beispielsweise durch einen Kolben bewerkstelligen. Dieser Kolben presst mit Hilfe von Strom von außen (der in die andere Richtung zeigt, wie der erzeugte Strom) den Wasserstand eines Gefäßes wieder nach unten. Dabei wird das Wasser (in der Batterie dann die Elektronen) wieder von einem Gefäß (=Elektrode) zum anderen gedrückt.

 

Am meisten Umbruch wird es in Zukunft wohl im Bereich der Gewerbe- und Netzspeicher geben. Zählten bis heute Pumpspeicherkraftwerke zu den beliebtesten Speicherelementen in diesem Bereich, so ist das nutzbare Potential weitestgehend ausgeschöpft. Neben den bisher noch teuren Lithium-Ionen Alternativen drängen sich zunehmend neue und günstigere Ideen.

Hochtemperaturspeicher, die mit Hilfe von Wärme Energie länger speichern sollen, sind kurz davor marktfähig zu werden. Ebenso sind Wasserstoff, Redox-Flow, Salzwasserbatterien und Gravitationsspeicher Gegenstand intensiver Forschung.

Einen guten Überblick zur Vielseitigkeit dieses Themas liefert die Kurzdokumentation The Future of Energy Storage Beyond Lithium Ion von CNBC.

Eine Batterie wird meist mithilfe der Kapazität, der Nennspannung und der Energiedichte klassifiziert.

• Die Kapazität gibt an, wie lange die Batterie Strom liefern kann. Sie wird meist in Ah oder Wh angegeben.
• Die Nennspannung ergibt sich aus Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden.
• Die Energiedichte beschreibt die Energiemenge einer Zelle und wird entweder auf das Gewicht oder das Volumen der Batterie bezogen. Sie wird also in Wh/kg oder Wh/l angegeben.