Der Bleiakku speichert Photovoltaik-Strom

Aufgabe und Funktionsweise der Bleiakkus

Der Bleiakku ist vielen Verbrauchern zum Beispiel aus dem Auto bekannt. Als Starterbatterie liefert er hier elektrische Energie für den Anlasser. Aber auch in der Photovoltaik kommen Bleiakkumulatoren häufig zum Einsatz. Ihre Aufgabe ist es dabei, die elektrische Energie der Solarzellen in chemische Energie umzuwandeln. Diese halten sie dann für eine gewisse Zeit vor, bevor sie wieder elektrische Energie an die Verbraucher im Haus abgeben. Hausbesitzer bekommen Solarstrom somit auch in der Nacht und müssen weniger Energie von öffentlichen Versorgern einkaufen. Die Folge sind spürbar sinkende Energiekosten. Aber wie funktioniert so ein Bleiakku eigentlich?

Aufbau der Bleiakkus einfach erklärt

Bleiakkumulatoren bestehen aus einem stabilen und säurefesten Gehäuse, das mit Schwefelsäure (Elektrolyt) befüllt ist. Neben der Säure befinden sich außerdem zwei Elektroden in jeder einzelnen Zelle. Während die eine aus Blei besteht, handelt es sich bei der anderen um einen mit Bleioxid überzogenen Bleikern.

Vorgänge beim Entladen der Bleiakkus

Werden die beiden Elektroden an einen gemeinsamen Verbraucher angeschlossen, gibt die Bleielektrode zwei Elektronen und ein Bleikation ab. Während das Kation im Elektrolyten gelöst wird, wandern die Elektronen zur zweiten Elektrode und Strom fließt. Hier angekommen, nimmt das Bleioxid die Elektronen sowie vier Protonen aus der Schwefelsäure auf. Daraufhin entstehen zwei Wassermoleküle und ein weiteres Bleikation. Ist das Blei oder die Bleioxidschicht aufgebraucht, kann der Bleiakku keinen Strom mehr abgeben. Er ist dann vollständig entladen.

Scheint die Sonne und die Photovoltaikanlage liefert Strom, läuft die Reaktion genau umgekehrt ab. Denn dann findet im Bleiakku eine Energieumwandlung von elektrischer in chemische Energie statt.

Verschiedene Arten der Bleiakkus für die Photovoltaik

Bei dem oben beschriebenen Aufbau handelt es sich um sogenannte Blei-Säure-Akkumulatoren. Diese sind lediglich mit 37-prozentiger Salzsäure befüllt und gelten aufgrund der geringen Herstellungskosten als besonders wirtschaftlich. Da die Säure unter Umständen auslaufen oder ausdampfen kann, sind die Akkus allerdings auch mit hohen Risiken verbunden. So dürfen sie in geschlossenen Räumen zum Beispiel nur dann zum Einsatz kommen, wenn diese auch mit Lüftungsanlagen ausgestattet sind.

Mit Blei-Gel- oder Blei-Vlies-Akkumulatoren lassen sich diese Nachteile ausgleichen. Während der Elektrolyt bei Gelakkus an Kieselsäure gebunden ist, befindet er sich bei Vliesakkus (auch AGM-Akkus) in Mikroglasfasermatten. Beide sind weniger gefährlich und wartungsarm. Ein Nachteil der Gel-Bleiakkus ist allerdings, dass sich große Ströme schlechter realisieren lassen. Als Starterbatterie im Auto sind sie daher eher ungeeignet. Beide Alternativen sind außerdem auch teurer in der Herstellung.

Die wichtigsten Eigenschaften der Bleiakkumulatoren

Stromspeicher  auf Bleibasis enthalten giftige Stoffe und können nicht überall uneingeschränkt zum Einsatz kommen. Sie sind sehr schwer, erreichen einen Wirkungsgrad von etwa 82 Prozent und lassen sich zu rund 60 Prozent entladen. Mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von 3.000 Be- und Entladezyklen halten die Bleiakkus der Photovoltaik nur acht bis zehn Jahre. Nach diesem Zeitraum sind sie durch neue zu ersetzen. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Eigenschaften im Überblick.

Verschiedene Einsatzbereiche im Überblick

Bleiakkus kommen heute in vielen Bereichen zum Einsatz. So zum Beispiel als Starterbatterie im Auto oder als Stromspeicher für eine Photovoltaikanlage. Aber auch in E-Rollern, Wohnwagen, Booten oder an elektrischen Weidezäunen liefern die Akkumulatoren elektrische Energie.

Vor- und Nachteile der Bleiakkumulatoren

Bleiakkus erreichen kurzfristig sehr hohe Stromstärken. Ihr Ladezustand lässt sich einfach kontrollieren und sie sind vergleichsweise günstig. Vorteilhaft ist außerdem, dass die Technik bereits seit vielen Jahren am Markt und damit auch ausgereift ist. Außerdem lassen sich die einzelnen Komponenten der Bleiakkumulatoren recyceln.

Nachteilig ist hingegen die kurze Lebensdauer von unter zehn Jahren. Die Zellen entladen sich von allein und die Aufstellung in geschlossenen Räumen ist nur mit bestimmten Vorsichtsmaßnahmen wie einer Belüftung möglich. Außerdem sind die Akkus durch ihre vergleichsweise geringe Energiedichte groß und schwer. Die folgende Tabelle zeigt die Vor- und Nachteile der Bleiakkus im Vergleich.

Kosten der Bleiakkus für die Photovoltaik

Die Kosten bleibasierter Stromspeicher für die Photovoltaik hängen von zahlreichen Faktoren ab. Neben der Leistung und der Speicherkapazität sind das auch die übrigen Komponenten der Gesamtsysteme. Dazu zählen unter anderem der Batteriewechselrichter oder das integrierte Baterriemanagement. Während der Wechselrichter nur bei Gleichstromsystemen zum Einsatz kommt, sorgt die Managementsoftware für eine optimale und effiziente Be- sowie Entladung der Bleiakkus. Für ein modernes Gesamtsystem müssen Hausbesitzer heute Ausgaben von 200 bis 500 Euro pro Kilowattstunde Speicherkapazität einplanen.

Alternativen zu altbekannten Bleiakkumulatoren

Bleiakkus sind seit Langem erhältlich und gelten heute bereits als überholt. Zumindest dann, wenn es um den Einsatz mit einer Photovoltaikanlage geht. Stand der Technik sind heute Lithium-Ionen-Akkumulatoren (Li-Ion-Akkus). Diese bestechen durch eine höhere Energiedichte, bessere Wirkungsgrade und eine längere Haltbarkeit. Die Systeme sind zum Beispiel in mobilen Elektrogeräten wie Laptops oder Smartphones im Einsatz und in den vergangenen Jahren deutlich im Preis gesunken.

Neben den Li-Ion-Akkus gibt es heute eine weitere Speichertechnologie: Die Redox-Flow-Batteriespeicher. Diese basieren auf einem flüssigen Elektrolyten aus ungefährlichem und reichlich vorhandenem Vanadium. Sie lassen sich unproblematisch skalieren, entladen sich nicht selbst und sind darüber hinaus besonders betriebssicher. Weitere Vorteile der sogenannten VRF-Stromspeicher (VRF für Vanadium-Redox-Flow) sind der sehr hohe Wirkungsgrad und die hohe Lebensdauer von über 10.000 Zyklen.