Wie man Strom in Batterien speichert
Inhaltsverzeichnis
Siehe:
Howtopedia → How to Store Electricity in Batteries
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Kurzbeschreibung
- Problem: Intermittierende Stromerzeugung erfordert Speicherung für eine kontinuierliche Stromversorgung
- Idee: Einsatz von Batterien zur Speicherung elektrischer Energie
- Schwierigkeitsgrad: Mittel
- Preisklasse: Mittel bis hoch
- Benötigte Materialien: Batterien, Laderegler, Kabel, ggf. Wechselrichter
- Geografisches Gebiet: Netzferne ländliche Regionen weltweit
- Benötigte Kompetenzen: Grundkenntnisse in Elektrotechnik und Batteriepflege
- Anzahl Personen: 1–2 Personen
- Dauer: Installation meist 1 Tag, regelmäßige Wartung erforderlich
Einleitung
Da viele kleine Methoden der Stromerzeugung (z. B. Solar, Wind, Mikro-Wasserkraft) nur zeitweise Strom liefern, wird eine Form der Speicherung benötigt, wenn Strom jederzeit verfügbar sein soll.
Es gibt eine große Vielfalt an Batterien. Ziel dieses Beitrags ist es, eine Übersicht über die Vor- und Nachteile der verschiedenen Typen zu geben. Wichtigster Grundsatz: Es gibt **keine Universalbatterie**. Ein einzelner Batterietyp kann nicht alle Anwendungen abdecken.
Grundbegriffe
Zelle
Die kleinste Einheit einer Batterie. Zellen werden meist in Reihe geschaltet, damit sich ihre Spannungen addieren.
Beispiel: Drei 2-V-Blei-Zellen ergeben 6 V, fünf 1,2-V-Nickel-Cadmium-Zellen ergeben 6 V.
Batterie
Eine zusammengefasste Einheit aus mehreren Zellen in einem Gehäuse. Häufig bestehen 12-V-Batterien aus sechs 2-V-Zellen.
Reihenschaltung (Series Connection)
Zellen oder Batterien werden so verbunden, dass der Pluspol einer Zelle mit dem Minuspol der nächsten verbunden ist. Die Spannungen addieren sich, der Strom bleibt gleich.
Beispiel: Zwei 12-V-Batterien in Reihe ergeben 24 V.
Parallelschaltung (Parallel Connection)
Zellen oder Batterien werden Plus an Plus und Minus an Minus verbunden. Die Spannung bleibt gleich, die Stromstärke und die Kapazität addieren sich.
Beispiel: Zwei 12-V-Batterien parallel ergeben weiterhin 12 V, aber doppelte Stromstärke und doppelte Kapazität.
Kombinierte Schaltung
Oft werden Batterien sowohl in Reihe als auch parallel geschaltet, um sowohl höhere Spannung als auch höhere Kapazität zu erreichen.
Primärzellen (Einwegbatterien / Trockenbatterien)
Die bekanntesten Einwegbatterien sind die klassischen Haushaltsbatterien. Daneben gibt es Block- und Flachbatterien sowie Knopfzellen.
- Zink-Kohle-Batterien – die günstigste und am weitesten verbreitete Variante (oft als „Normal“ oder „Economy“ bezeichnet).
- Alkaline-Batterien (auch „Heavy Duty“, „Long Life“ oder „Ultra“ genannt) – deutlich höhere Kapazität, bessere Leistung bei hoher Stromentnahme und längere Haltbarkeit.
Nachteile von Primärzellen:
- Sehr hohe Kosten pro Kilowattstunde (ca. 140–1.300 US$/kWh)
- Nicht wiederaufladbar – nach Entladung müssen sie entsorgt werden
- Die Leistung nimmt bei hoher Stromentnahme und niedrigen Temperaturen stark ab
Primärbatterien sind nur für sehr kleine Verbraucher (z. B. Fernbedienungen, Uhren, Taschenlampen mit geringer Nutzungsdauer) oder als Notlösung sinnvoll.
Übersicht der gängigen Primärbatterie-Größen (Stand 2026)
| Alte deutsche Bezeichnung | IEC-Bezeichnung (Alkaline) | IEC-Bezeichnung (Zink-Kohle) | ANSI / US-Bezeichnung | Heutige gängige Bezeichnung | Spannung | Maße (Ø × Höhe in mm) | Typische Anwendungen |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Micro | LR03 | R03 | AAA | AAA / Micro | 1,5 V | 10,5 × 44,5 | Fernbedienungen, Headsets, drahtlose Mäuse, Spielzeug |
| Mignon | LR6 | R6 | AA | AA / Mignon | 1,5 V | 14,5 × 50,5 | Taschenlampen, Radios, Spielzeug, Uhren |
| Baby | LR14 | R14 | C | C / Baby | 1,5 V | 26,2 × 50 | Mittelgroße Taschenlampen, tragbare Geräte |
| Mono | LR20 | R20 | D | D / Mono | 1,5 V | 34,2 × 61,5 | Starke Taschenlampen, Ghettoblaster, Campinglampen |
| Lady / N | LR1 | R1 | N | N / Lady | 1,5 V | 12 × 30 | Laserpointer, alte Kameras, medizinische Geräte |
| AAAA / Mini | LR61 | - | AAAA | AAAA | 1,5 V | 8,3 × 42,5 | Medizinische Geräte, Stylus-Pens, Bluetooth-Geräte |
| 9-Volt-Block | 6LR61 | 6F22 | PP3 / 1604D | 9V-Block | 9 V | 26,5 × 17,5 × 48,5 | Rauchmelder, Multimeter, Walkie-Talkies, Effektgeräte |
| 4,5-Volt-Flachbatterie | 3LR12 | 3R12 | - | 4,5V-Flachbatterie | 4,5 V | 67 × 62 × 22 | Alte Radios, Taschenlampen, Spielzeug |
| 6-Volt-Lantern-Block | 4LR25 | 4R25 | Lantern | 6V Lantern Battery | 6 V | 67 × 67 × 102 | Starke Camping- und Arbeitslampen |
| Knopfzelle (häufig) | CR2032 | - | CR2032 | CR2032 (Lithium) | 3 V | 20 × 3,2 | Uhren, Fernbedienungen, Motherboard, Waagen |
| Knopfzelle (häufig) | LR44 / AG13 | - | LR44 | LR44 / AG13 (Alkaline) | 1,5 V | 11,6 × 5,4 | Laserpointer, Uhren, Spielzeug, Taschenrechner |
Erläuterungen:
- LR… = Alkaline-Version (längere Lebensdauer)
- R… = Zink-Kohle-Version (günstiger, kürzere Lebensdauer)
- Maße können je nach Hersteller geringfügig abweichen.
- Lithium-Knopfzellen (z. B. CR2032) haben eine deutlich höhere Energiedichte und längere Haltbarkeit als Alkaline-Knopfzellen.
Sekundärzellen (wiederaufladbare Akkumulatoren)
Es gibt zwei Hauptgruppen von wiederaufladbaren Batterien (Akkumulatoren), die für netzferne Anwendungen relevant sind: Blei-Säure-Batterien und Nickel-Cadmium-Batterien. In den letzten Jahren kommen zunehmend auch Lithium-basierte Systeme zum Einsatz, die jedoch in diesem Beitrag nur kurz erwähnt werden.
1. Blei-Säure-Batterien
Die kostengünstigste Lösung für größere Speicherkapazitäten.
- Wichtige Untertypen:**
- Autobatterien – sehr günstig, aber nur für flache Entladung geeignet (ca. 20–30 tiefe Zyklen)
- Tiefentlade- / Traktionsbatterien – für tiefe Entladung bis 80 % geeignet, längere Lebensdauer
- Stationärbatterien – für Notstromversorgung, sehr zuverlässig bei flacher Entladung
- Solarbatterien (Low-Antimony) – speziell für Photovoltaik entwickelt, geringe Selbstentladung und geringer Wasserbedarf
- Verschlossene / wartungsfreie Batterien (VRLA / AGM / Gel) – kein Nachfüllen von Wasser nötig, wartungsarm
- Wichtige Hinweise zur Nutzung:**
- Möglichst nicht tiefer als 50 % entladen (besser nur 20–30 % für lange Lebensdauer)
- Bei offenen Typen regelmäßig destilliertes Wasser nachfüllen
- Kühl und gut belüftet lagern (hohe Temperaturen verkürzen die Lebensdauer stark)
2. Nickel-Cadmium-Batterien (NiCd)
- Sehr robust und tiefentladefest (bis 100 % möglich)
- Hohe Zyklenzahl (oft 1.000 bis über 10.000)
- Gut geeignet für kleine Photovoltaik-Anwendungen
- Höhere Selbstentladung als Blei-Säure-Batterien
- Memory-Effekt bei verschlossenen Zellen möglich (kann durch mehrmaliges vollständiges Laden/Entladen verringert werden)
- Nachteile:**
- Deutlich teurer als Blei-Säure
- Umweltbelastung durch Cadmium (sorgfältige Entsorgung erforderlich)
3. Weitere moderne Typen (kurz)
- Nickel-Metallhydrid (NiMH) – Nachfolger von NiCd, höhere Kapazität, kein Memory-Effekt, aber höhere Selbstentladung
- Lithium-Ionen / LiFePO4 – sehr hohe Energiedichte, lange Lebensdauer, leicht, aber teurer und erfordern gute Ladeelektronik
Übersicht der gängigen wiederaufladbaren Akkumulatoren (Stand 2026)
| Batterietyp | Spannung pro Zelle | Typische Entladetiefe (empfohlen) | Selbstentladung pro Monat | Typische Zyklenzahl | Lebensdauer (Jahre) | Vorteile | Nachteile | Typische Anwendungen |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Blei-Säure (Autobatterie) | 2,0 V | 20 % | 20–30 % | 300–600 | 1–3 | Sehr günstig, weit verbreitet | Nur flache Entladung, empfindlich | Starterbatterien, Notstrom (kurzzeitig) |
| Blei-Säure (Traktions / Deep Cycle) | 2,0 V | 50–80 % | 5–8 % | 1.000–1.500 | 4–7 | Gute Tiefentladefestigkeit | Höheres Gewicht, Wartung nötig | Solaranlagen, Elektrofahrzeuge, Boote |
| Blei-Säure (Solar / Low-Antimony) | 2,0 V | 50 % | 1–3 % | 2.000–3.500 | 6–12 | Geringe Selbstentladung, für PV optimiert | Schwer, Wartung bei offenen Typen | Photovoltaik-Speicher, Off-Grid-Systeme |
| Blei-Säure (VRLA / AGM / Gel) | 2,0 V | 30–50 % | 2–5 % | 400–1.500 | 5–10 | Wartungsarm, auslaufsicher | Teurer als offene Typen, empfindlich bei Tiefentladung | Solaranlagen, USV, Camping |
| Nickel-Cadmium (NiCd) | 1,2 V | bis 100 % | 5–20 % | 1.000–10.000+ | 10–20 | Sehr robust, tiefentladefest, temperaturunempfindlich | Memory-Effekt, Cadmium giftig, teurer | Professionelle Werkzeuge, alte Solaranlagen |
| Nickel-Metallhydrid (NiMH) | 1,2 V | 80–100 % | 15–30 % | 500–2.000 | 3–6 | Hohe Kapazität, kein starker Memory-Effekt | Hohe Selbstentladung | Akkus für Kameras, Spielzeug, Funkgeräte |
| Lithium-Ionen (Li-Ion) | 3,6–3,7 V | 80–90 % | 2–5 % | 500–2.000 | 5–10 | Sehr hohe Energiedichte, leicht | Teuer, braucht Schutzelektronik, temperaturabhängig | Moderne Solar-Speicher, Elektrofahrzeuge, Laptops |
| Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) | 3,2 V | 80–100 % | 1–3 % | 2.000–7.000+ | 10–15+ | Sehr lange Lebensdauer, sicher, tiefentladefest | Höherer Preis pro kWh | Off-Grid-Solaranlagen, Speichersysteme |
Erläuterungen zur Tabelle:** - Die angegebenen Werte sind typische Durchschnittswerte und können je nach Qualität und Hersteller stark variieren. - LiFePO4-Batterien gewinnen besonders in Off-Grid- und Solaranwendungen stark an Bedeutung, da sie sehr langlebig und sicher sind.
Vergleich der wichtigsten Batterietypen (Stand 2026)
| Batterietyp | Empfohlene Entladetiefe | Selbstentladung pro Monat | Typische Zyklenzahl | Lebensdauer (Jahre) | Kosten ca. (US$/kWh) | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Autobatterie (Blei-Säure) | 20 % | 20–30 % | 300–600 | 1–3 | 80–150 | Nur für flache Entladung geeignet, günstigster Einstieg |
| Traktions / Deep-Cycle (Blei-Säure) | 50–80 % | 5–8 % | 1.200–2.000 | 4–7 | 180–280 | Gut für mittlere Tiefentladung |
| Solarbatterie (Low-Antimony) | 50 % | 1–3 % | 2.500–4.000 | 7–12 | 190–320 | Speziell für Photovoltaik optimiert, geringe Selbstentladung |
| Verschlossene Blei-Säure (AGM / Gel) | 30–50 % | 2–5 % | 600–1.800 | 5–10 | 220–450 | Wartungsarm, auslaufsicher, teurer als offene Typen |
| Nickel-Cadmium (NiCd) | bis 100 % | 10–25 % | 1.500–8.000 | 8–15 | 550–950 | Sehr robust, aber Cadmium-problematisch |
| Nickel-Metallhydrid (NiMH) | 80 % | 15–30 % | 500–2.000 | 3–6 | 400–700 | Gute Kapazität, hohe Selbstentladung |
| Lithium-Ionen (Li-Ion) | 80–90 % | 2–4 % | 800–2.500 | 6–10 | 350–650 | Hohe Energiedichte, braucht Schutzelektronik |
| Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) | 80–100 % | 1–3 % | 3.000–7.000+ | 12–20+ | 280–550 | Derzeit beste Wahl für Off-Grid und Solaranlagen (sehr langlebig und sicher) |
Sicherheitshinweise
- Bei Blei-Säure-Batterien entsteht beim Laden explosives Knallgas → gute Belüftung und kein offenes Feuer!
- Säure ist stark ätzend – Schutzkleidung und Vorsicht beim Nachfüllen
- NiCd-Batterien enthalten giftiges Cadmium → fachgerechte Entsorgung oder Recycling
Quellen und weiterführende Literatur
Dieser Howtopedia-Beitrag basiert auf dem Practical Action Technical Brief „Batteries“.
Weiterführende Literatur:
- Rural Lighting: A Guide for Development Workers, ITDG Publishing, 1994
Nützliche Adressen
Practical Action The Schumacher Centre for Technology & Development, Bourton on Dunsmore, RUGBY, CV23 9QZ, United Kingdom Tel.: +44 (0) 1926 634400 E-Mail: practicalaction@practicalaction.org.uk Web: www.practicalaction.org
