Wie man Strom in Batterien speichert

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.

Zwei Batterien parallel

Zwei Batterien in Reihe

Batterien in Reihen- und Parallelschaltung

Primärzellen (Einwegbatterien / Trockenbatterien)

Die bekanntesten sind die Haushaltsbatterien in den Größen AAA, AA, C und D.

• **Zink-Kohle-Batterien** – die günstigste und am weitesten verbreitete Variante
• **Alkaline-Batterien** (auch „Heavy Duty“ oder „Long Life“ genannt) – höhere Kapazität und bessere Leistung

• • Nachteile von Primärzellen:**
• Sehr hohe Kosten pro Kilowattstunde (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 und kurze Nutzungsdauer sinnvoll.

Sekundärzellen (wiederaufladbare Akkumulatoren)

Es gibt zwei Hauptgruppen:

1. 1. 1. 1. Blei-Säure-Batterien

Die kostengünstigste Lösung für größere Speicherkapazitäten.

• • Wichtige Untertypen:**
• **Autobatterien** – sehr günstig, aber nur für flache Entladung geeignet (ca. 20 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, geringe Selbstentladung und Wasserbedarf
• **Verschlossene / wartungsfreie Batterien** (VRLA) – kein Nachfüllen von Wasser nötig

• • Wichtige Hinweise zur Nutzung:**
• Nie tiefer als 50 % (besser nur 20–30 %) entladen
• Bei offenen Typen regelmäßig destilliertes Wasser nachfüllen
• Kühl und gut belüftet lagern (hohe Temperaturen verkürzen die Lebensdauer stark)

1. 1. 1. 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)

Vergleich der wichtigsten Batterietypen

| Batterietyp | Empfohlene Entladetiefe | Selbstentladung pro Monat | Typische Zyklenzahl | Lebensdauer (Jahre) | Kosten ca. (US$/kWh) | |------------------------------|--------------------------|---------------------------|---------------------|---------------------|----------------------| | Autobatterie (Blei-Säure) | 20 % | 30 % | 300–600 | 1–3 | 80–150 | | Traktionsbatterie | 80 % | 5–7 % | 1.500 | 4–6 | 200 | | Solarbatterie (Low-Antimony) | 50 % | 1–3 % | bis 3.000 | 5–10 | 200–350 | | Verschlossene Blei-Säure | 20 % | 2–6 % | 400–1.500 | 4–8 | 150–500 | | NiCd (verschlossen) | bis 100 % | 5–30 % | 100–10.000 | 3–5 | 600–1.000 |

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