Wie man Strom in Batterien speichert

Siehe:

Howtopedia → How to Store Electricity in Batteries
└─ Howtopedia-deutsch → Wie man Strom in Batterien speichert

Kurzbeschreibung

Zwei Batterien parallel

• 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

Zwei Batterien in Reihe

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

Batterien in Reihen- und Parallelschaltung

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)

Abbildung: Kontinuierliche Entladungsrate einer typischen Zink-Kohlenstoff-C-Zelle

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.

Wenn eine Zelle entlädt, sinkt ihre Spannung. Eine frische Zink-Kohlenstoff-Zelle kann beispielsweise eine offene Spannung von 1,5 V haben, aber gegen Ende ihrer Nutzungsdauer sinkt die Spannung auf etwa 0,8 bis 0,9 V. Elektrizitätsbatterien siehe: Abbildung: Kontinuierliche Entladungsrate einer typischen Zink-Kohlenstoff-C-Zelle

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.

Übersicht gängiger Knopfzellen

Chemietyp	IEC-Bezeichnung	Andere gängige Bezeichnungen	Spannung	Maße (Ø × Höhe in mm)	Typische Anwendungen	Bemerkungen
Alkaline	LR44	AG13, A76, G13, LR1154, 157	1,5 V	11,6 × 5,4	Uhren, Taschenrechner, Laserpointer, Spielzeug	Sehr verbreitet, günstig
Alkaline	LR41	AG3, SR41, 192, 384	1,5 V	7,9 × 3,6	Uhren, medizinische Geräte, kleine Fernbedienungen	Klein und flach
Alkaline	LR43	AG12, 386, 301	1,5 V	11,6 × 4,2	Uhren, Hörgeräte, kleine Elektronik
Alkaline	LR54	AG10, 389, 390	1,5 V	11,6 × 3,1	Uhren, Taschenrechner
Silberoxid (besser als Alkaline)	SR44	AG13, 357, SR1154, 303	1,55 V	11,6 × 5,4	Uhren, Fotoapparate, Messgeräte	Stabilere Spannung, längere Lebensdauer als LR44
Silberoxid	SR41	AG3, 392, 384	1,55 V	7,9 × 3,6	Uhren, medizinische Geräte	Hohe Präzision
Silberoxid	SR43	AG12, 386	1,55 V	11,6 × 4,2	Uhren, kleine Elektronik
Lithium (Mangan)	CR2032	DL2032, ECR2032, BR2032	3,0 V	20,0 × 3,2	Motherboards (CMOS), Fernbedienungen, Waagen, Auto-Schlüssel	Sehr verbreitet, lange Haltbarkeit
Lithium	CR2025	DL2025, ECR2025	3,0 V	20,0 × 2,5	Uhren, Schlüsselanhänger, kleine Geräte	Flacher als CR2032
Lithium	CR2016	DL2016, ECR2016	3,0 V	20,0 × 1,6	Dünne Geräte, Uhren, Kreditkarten-Dicken	Sehr flach
Lithium	CR1220	DL1220, BR1220	3,0 V	12,5 × 2,0	Uhren, Taschenrechner, medizinische Geräte	Klein und flach
Lithium	CR2450	DL2450	3,0 V	24,5 × 5,0	Fernbedienungen, Auto-Schlüssel, LED-Lichter	Hohe Kapazität

Vergleich von Primärzellen mit kleinen Sekundärzellen (NiCd)

Batterietyp	Größe	Anzahl Zyklen	Nennkapazität (Ah)	Nutzenergie1 (Wh)	Einzelpreis (US$)	Kosten pro kWh2 (US$/kWh)
Zn-C (Zink-Kohle)	D	1	5,5	2,2	1,0	450
Alkaline	D	1	16,0	14,0	2,0	140
NiCd	D	100	4,0	400	8,5	21
NiCd	D	200	4,0	800	8,5	10,6
NiCd	D	500	4,0	2.000	8,5	4,25

¹ Die Nutzenergie (Wh) wurde bei einer typischen Entladung für eine kleine Taschenlampe ermittelt (0,5 A, zwei Zellen in Reihe für eine 1,2 W / 2,5 V Glühbirne).

² Die Kosten pro kWh berücksichtigen nur den Batteriepreis. Bei wiederaufladbaren Batterien kommen zusätzlich die Kosten für das Ladegerät hinzu (das jedoch viele Zyklen hält).

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

Abbildung: Zyklenlebensdauer in Abhängigkeit von der Entladetiefe für verschiedene Blei-Säure-Batterietypen

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)

Blei-Säure-Batterien

Die preisgünstigste Lösung für eine nennenswerte elektrische Speicherkapazität ist die Blei-Säure-Batterie. Eine vollgeladene Blei-Säure-Zelle hat eine Nennspannung von 2 Volt. Eine 12-V-Batterie besteht daher in der Regel aus sechs Zellen, die in Reihe geschaltet sind.

Eine Blei-Säure-Batterie hält nur eine begrenzte Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen aus, bevor sie ausfällt und ersetzt werden muss. Je tiefer die Entladung ist (je stärker die Batterie im Durchschnitt „entleert“ wird), desto weniger Zyklen übersteht sie.

• • Beispiel:**

Wird eine Batterie regelmäßig bis auf 80 % ihrer Nennkapazität entladen, hält sie möglicherweise nur etwa 800 Zyklen. Wird sie hingegen nur bis auf 20 % entladen, kann sie bis zu 6.000 Zyklen erreichen.

Um bei 20 % Entladetiefe die gleiche nutzbare Energie zu liefern wie bei 80 % Entladetiefe, muss die Batterie jedoch viermal größer dimensioniert werden. Sie hält dann aber auch mindestens viermal länger.

Die Größe einer Blei-Säure-Batterie ist daher immer ein Kompromiss: - Zu groß → teuer - Zu klein → wird zu tief entladen und hat eine kurze Lebensdauer

Abbildung: Zyklenlebensdauer in Abhängigkeit von der Entladetiefe für verschiedene Blei-Säure-Batterietypen

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

Der Umgang mit Batterien birgt verschiedene Gefahren. Besonders wichtig sind folgende Hinweise:

1. Blei-Säure-Batterien

• Beim Laden entsteht **explosives Knallgas** (Wasserstoff + Sauerstoff). Deshalb müssen Batterieräume immer gut belüftet sein.
• Offenes Feuer, Funken oder Rauchen in der Nähe von ladenden Batterien ist streng verboten.
• Die Batteriesäure (Schwefelsäure) ist **stark ätzend**. Sie greift Haut, Augen und Kleidung an. Bei Kontakt sofort mit viel Wasser spülen und bei Bedarf medizinische Hilfe holen.
• Beim Nachfüllen von destilliertem Wasser Schutzhandschuhe, Schutzbrille und säurefeste Schutzkleidung tragen.
• Verschüttete Säure mit Natron oder Backpulver neutralisieren und anschließend gründlich abwischen.

2. Nickel-Cadmium-Batterien (NiCd)

• Enthalten **giftiges Cadmium**. Bei Beschädigung oder unsachgemäßer Entsorgung besteht Umwelt- und Gesundheitsgefahr.
• NiCd-Batterien dürfen niemals verbrannt oder im normalen Hausmüll entsorgt werden.
• Fachgerechtes Recycling über geeignete Sammelstellen ist zwingend erforderlich.

3. Allgemeine Hinweise für alle Akkumulatoren

• Batterien niemals kurzschließen (starke Funkenbildung und Brandgefahr).
• Beschädigte oder aufgequollene Batterien sofort außer Betrieb nehmen.
• Lithium-Batterien (Li-Ion / LiFePO4) dürfen nur mit dafür geeigneten Ladereglern und Schutzelektronik (BMS) verwendet werden, da sie bei Überladung oder Überhitzung Brand- oder Explosionsgefahr bergen.
• Batterien kühl, trocken und vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt lagern.
• Kinder und Unbefugte dürfen keinen Zugang zu Batterieanlagen haben.

Entsorgung:** Alle Batterien und Akkumulatoren sind Sondermüll. Blei-, Cadmium- und Lithium-Batterien müssen über autorisierte Sammelstellen oder Recyclinghöfe entsorgt bzw. recycelt werden.

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