Blei-Säure-Batterien

Blei-Säure-Batterien sind der am häufigsten verwendete Batterietyp in Photovoltaikanlagen. Obwohl Blei-Säure-Batterien eine geringe Energiedichte, einen nur mäßigen Wirkungsgrad und einen hohen Wartungsaufwand haben, zeichnen sie sich im Vergleich zu anderen Batterietypen durch eine lange Lebensdauer und niedrige Kosten aus. Einer der besonderen Vorteile von Bleibatterien ist, dass sie für die meisten wiederaufladbaren Batterieanwendungen (z. B. beim Anlassen von Automotoren) die am häufigsten verwendete Batterieform sind und daher über eine gut etablierte, ausgereifte Technologiebasis verfügen.

Funktionsweise von Blei-Säure-Batterien

Eine Bleibatterie besteht aus einer negativen Elektrode, die aus schwammigem oder porösem Blei besteht. Das Blei ist porös, um die Bildung und Auflösung von Blei zu erleichtern. Die positive Elektrode besteht aus Bleioxid. Beide Elektroden werden in eine elektrolytische Lösung aus Schwefelsäure und Wasser getaucht. Für den Fall, dass die Elektroden durch physische Bewegung der Batterie oder durch Veränderungen der Elektrodendicke miteinander in Kontakt kommen, trennt eine elektrisch isolierende, aber chemisch durchlässige Membran die beiden Elektroden. Diese Membran verhindert auch einen elektrischen Kurzschluss durch den Elektrolyten.

Eigenschaften von Blei-Säure-Batterien

Für die meisten erneuerbaren Energiesysteme sind die wichtigsten Batterieeigenschaften die Batterielebensdauer, die Entladetiefe und die Wartungsanforderungen an die Batterie. Diese Parameter und ihre Wechselbeziehung mit Ladesystemen, Temperatur und Alter werden im Folgenden beschrieben.

Entladetiefe und Batteriekapazität

Die Entladetiefe in Verbindung mit der Batteriekapazität ist ein grundlegender Parameter bei der Auslegung einer Batteriebank für eine PV-Anlage, da die Energie, die der Batterie entnommen werden kann, durch Multiplikation der Batteriekapazität mit der Entladetiefe ermittelt wird. Batterien werden entweder als Tiefzyklus- oder als Flachzyklusbatterien eingestuft. Eine Tiefzyklusbatterie hat eine Entladetiefe von mehr als 50 % und kann bis zu 80 % erreichen. Um die gleiche nutzbare Kapazität zu erreichen, muss eine Flachbatteriebank eine größere Kapazität haben als eine Tiefbatteriebank.

Neben der Entladetiefe und der Nennkapazität (Info) der Batterie wird die momentane oder verfügbare Batteriekapazität stark von der Entladerate der Batterie und der Betriebstemperatur der Batterie beeinflusst. Die Batteriekapazität sinkt um etwa 1 % pro Grad unter etwa 20 °C. Hohe Temperaturen sind jedoch auch für Batterien nicht ideal, da sie die Alterung, Selbstentladung und den Elektrolytverbrauch beschleunigen. Das nachstehende Diagramm zeigt die Auswirkungen der Batterietemperatur und der Entladungsrate auf die Kapazität der Batterie.

Wartungsanforderungen

Durch die Produktion und das Entweichen von Wasserstoff- und Sauerstoffgas aus einer Batterie kommt es zu Wasserverlusten, und das Wasser muss in Bleibatterien regelmäßig ersetzt werden. Andere Komponenten eines Batteriesystems müssen nicht so regelmäßig gewartet werden, so dass Wasserverluste ein erhebliches Problem darstellen können. Befindet sich das System an einem abgelegenen Ort, kann die Kontrolle des Wasserverlustes zusätzliche Kosten verursachen. Wartungsfreie Batterien erfordern weniger regelmäßige Wartung, da sie das Entweichen von Gas verhindern oder reduzieren. Da der Elektrolyt jedoch korrosiv ist, führen alle Batterien bis zu einem gewissen Grad eine zusätzliche Wartungskomponente in ein PV-System ein.