Die beiden wichtigsten Batterietechnologien für Solar- und Speicherprojekte weisen jeweils Vor- und Nachteile auf. Blei-Säure-Batterien existieren schon viel länger und sind leichter verständlich, haben aber begrenzte Speicherkapazitäten.Lithium-Ionen-BatterieSie haben eine längere Lebensdauer und sind leichter, aber naturgemäß teurer.

Speichersysteme bestehen typischerweise aus einem Batterietyp, wie beispielsweise hier bei LG Chem. Foto mit freundlicher Genehmigung von GreenBrilliance.

Lässt sich der Nutzen der verschiedenen chemischen Zusammensetzungen kombinieren, um eine kostengünstige Batteriebank mit hoher Kapazität herzustellen?

Muss man seine Blei-Säure-Batteriebank komplett zerlegen, nur um die Funktionen einer neuen Lithium-Ionen-Batterie nutzen zu können? Kann man seinem Lithiumsystem ein paar günstigere Blei-Säure-Batterien hinzufügen, um eine bestimmte Kilowattstunden-Kapazität zu erreichen?

Alle wichtigen Fragen mit einer weniger eindeutigen Antwort: Es kommt darauf an. Es ist einfacher und weniger riskant, bei einer einzigen Chemie zu bleiben, aber es gibt auch Alternativen.

Gordon Gunn, Elektroingenieur bei Freedom Solar Power in Texas, sagte, es sei wahrscheinlich möglich, Blei-Säure- und Lithiumbatterien miteinander zu verbinden, aber nur über eine Wechselstromkopplung.

„Man kann Blei-Säure- und Lithiumbatterien auf keinen Fall an denselben Gleichstromkreis anschließen“, sagte er. „Im besten Fall würden die Batterien zerstört, und im schlimmsten Fall … ein Brand? Eine Explosion? Eine Messung des Raum-Zeit-Kontinuums? Ich weiß es nicht.“

K. Fred Wehmeyer, Senior Vice President für Engineering beim Bleiakkumulatorunternehmen US Battery Manufacturing Co., lieferte weitere Erläuterungen.

„Es ist zwar möglich, aber nicht so einfach, wie Bleiakkumulatoren zum Lithium-Batteriesystem hinzuzufügen. Die beiden Systeme würden im Wesentlichen unabhängig voneinander funktionieren“, erklärte Wehmeyer. „Das Lithium-Batteriesystem bräuchte weiterhin ein eigenes Batteriemanagementsystem (BMS) mit eigenem Ladegerät und Laderegler. Das Bleiakkumulatorsystem bräuchte zwar ein eigenes Ladegerät und/oder einen eigenen Laderegler, aber kein BMS. Beide Systeme könnten parallel die gleiche Last versorgen, aber es wäre möglicherweise eine Regelung erforderlich, um die Lastverteilung zwischen den beiden Batterietypen sicher zu gestalten.“

Troy Daniels, Leiter des technischen Kundendienstes beim LFP-Batteriehersteller SimpliPhi Power, rät davon ab, Batterien mit der gleichen chemischen Zusammensetzung oder gar mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung in einem einzigen System zu mischen, räumt aber ein, dass dies möglich ist.

„Eine Möglichkeit zur Kombination wäre beispielsweise der Einsatz zweier voneinander getrennter Systeme (Ladegerät und Wechselrichter), die sich eine gemeinsame Last teilen oder die benötigten elektrischen Lasten aufteilen könnten“, sagte er. „Auch ein Umschalter wäre denkbar; dies würde jedoch bedeuten, dass immer nur ein Batteriesatz oder eine bestimmte Batterietechnologie gleichzeitig geladen oder entladen werden könnte und der Umschalter wahrscheinlich manuell betätigt werden müsste.“

Die Trennung der Lasten und die Einrichtung zweier Systeme ist oft eine kompliziertere Aufgabe, als viele sich vornehmen möchten.

„Wir haben bei Freedom Solar noch keine Hybrid-Lithium/Blei-Säure-Systeme eingesetzt, weil das keine billige Ergänzung wäre, und wir versuchen, unsere Batterieinstallationen einfach zu halten, indem wir nur eine Batterietechnologie und ein Batterieprodukt verwenden“, sagte Josh Meade, PE und Designmanager.

Ein Unternehmen arbeitet daran, die Kombination beider Batterietypen zu vereinfachen. Der Hersteller tragbarer Stromversorgungsprodukte, Goal Zero, bietet mit der Yeti Portable Power Station eine Lithium-basierte Powerstation an, die sich für die teilweise Notstromversorgung von Häusern eignet. Die Yeti 3000 ist eine 3-kWh-Lithium-Batterie mit NMC-Technologie und einem Gewicht von 32 kg (70 lb), die vier Stromkreise versorgen kann. Für höheren Leistungsbedarf bietet Goal Zero das Yeti Link Erweiterungsmodul an, mit dem zusätzliche Bleiakkus angeschlossen werden können. Richtig gelesen: Die Lithium-Batterie der Yeti kann mit Bleiakkus kombiniert werden.

„Unser Ausgleichsbehälter ist ein innovativer Bleiakkumulator. Dadurch können Sie die Elektronik des Yeti [Lithium-basierten Systems] nutzen und gleichzeitig die Akkukapazität erhöhen“, erklärte Bill Harmon, Geschäftsführer von Goal Zero. „Mit jeweils 1,25 kWh Kapazität lassen sich beliebig viele Bleiakkus hinzufügen. Der Kunde kann sie einfach anschließen. So vereint er die Vorteile der Mobilität eines Lithium-Akkus mit den Kostenvorteilen von Bleiakkus für den Hausgebrauch.“

Die größten Probleme beim Verbinden von Lithium- und Bleiakkumulatoren sind ihre unterschiedlichen Spannungen, Ladeprofile und Lade-/Entladegrenzen. Wenn die Akkus nicht die gleiche Spannung aufweisen oder sich mit unterschiedlichen Raten entladen, fließt der Strom schnell zwischen ihnen hin und her. Dieser schnelle Stromfluss führt zu Überhitzung und verringert die Effizienz des Akkuzyklus.

Goal Zero löst dieses Problem mit seinem Yeti Link-Gerät. Yeti Link ist im Wesentlichen ein hochentwickeltes Batteriemanagementsystem, das speziell für den originalen Yeti-Lithium-Akku entwickelt wurde und Spannungen sowie Ladevorgänge unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Akkuchemie steuert.

„Yeti Link reguliert den Energietransfer zwischen den Batterien“, sagte Harmon. „Wir schützen das System auf sichere Weise, sodass die Lithiumbatterie gar nicht merkt, dass sie mit einer Blei-Säure-Batterie verbunden ist.“

Der Yeti 3000 ist zwar kleiner als herkömmliche Lithium-Heimspeicher – LG Chem. Tesla- und Sonnet-Modelle haben typischerweise eine Kapazität von mindestens 9,8 kWh –, aber das ist auch schon die maximale Leistungsaufnahme, so Harmon. Und wenn man die Kapazität mit günstigeren Bleiakkumulatoren auf 9 kWh erweitern und den Lithium-Akku auch beim Camping oder Grillen mitnehmen kann, warum nicht?

„Unser System ist für all jene im Land gedacht, die keine 15.000 Dollar für eine Energiespeicheranlage ausgeben können. Und wenn ich es dann nicht mehr brauche, bleibt alles, was ich brauche, fest in meinem Haus installiert“, sagte Harmon. „Yeti ist für diejenigen, die sich Sorgen um ihre Ausgaben machen. Unser System kostet inklusive Installation insgesamt 3.500 Dollar.“

Goal Zero bietet mittlerweile die fünfte Produktgeneration an und ist daher von der Leistungsfähigkeit seiner Lithium-Blei-Kombinationsbatterien überzeugt. Für alle, die Bedenken hinsichtlich der Kombination verschiedener Batterietypen haben, können zwei voneinander getrennte und unabhängige Systeme im selben Betrieb oder Haushalt installiert werden – vorausgesetzt, die Installation wird von einem Elektrofachmann durchgeführt.

„Eine einfachere und sicherere Methode, um ein bestehendes Lithiumsystem kostengünstiger zu erweitern, wäre die Aufteilung der Lasten und deren separate Zuordnung zu den beiden Batteriesystemen“, sagte Wehmeyer von US Battery. „In jedem Fall sollte die Installation aus Sicherheitsgründen von einem geschulten Fachmann durchgeführt werden.“