Akkumulator: Funktion, Arten & Auswahl

Angebot und Nachfrage für Solarstrom stimmen bei einer Photovoltaikanlage nicht immer überein. Während nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossene Photovoltaik-Inselanlagen Stromüberschüsse zwingend speichern müssen, wenn kein Verbrauch vorliegt, werden Akkumulatoren in netzgekoppelten PV-Systemen zur Steigerung des Eigenverbrauchs, Peak Shaving oder auch netzdienlichen Zwecken eingesetzt. Die elektrische Energie wird im Akkumulator elektrochemisch gespeichert. Akkumulatoren unterscheiden sich u.a. in dem verwendeten Werkstoff, der Speicherfähigkeit (Energiedichte) und dem Wirkungsgrad.

Ein Akkumulator, auch "wiederaufladbare Batterie" genannt, ist ein elektrisches Gerät, das elektrische Energie speichern und später wieder abgeben kann. Es besteht aus einer oder mehreren Zellen, die jeweils aus

• einem Elektrolyten,
• einer Anode und
• einer Kathode bestehen.

Beim Laden des Akkus wird eine elektrische Spannung an den Anschlüssen angelegt, wodurch ein elektrischer Strom durch den Elektrolyten fließt. Dies bewirkt, dass sich an der Kathode ein Überschuss an Elektronen ansammelt und an der Anode Elektronen abgegeben werden. Dieser Prozess bewirkt, dass chemische Reaktionen in der Batterie stattfinden, die dazu führen, dass Energie in Form von elektrischer Ladung in der Batterie gespeichert wird.

Wenn der Akkumulator entladen wird, fließt der Strom in umgekehrter Richtung durch die Zelle. Die Elektronen werden von der Kathode abgegeben und zur Anode transportiert. Dabei wird die in der Batterie gespeicherte Energie in Form von elektrischer Ladung wieder freigesetzt.

Weit verbreitet sind

• Bleiakkumulatoren, aber auch
• Lithium-Ionen-Akkumulatoren,
• Nickel-Cadmium-Akkus (Ni-Cd) oder
• Nickel-Metallhydrid-Akkus

sind erhältlich. In den letzten Jahren hat es hier viele Innovationen gegeben.

Akkumulatoren werden zudem in trockene (geschlossene) und nasse Systeme unterschieden. Aber auch nasse (offene) Akkus benötigen inzwischen eher selten ein Nachfüllen von destilliertem Wasser. Bei trockenen Akkumulatoren wird je nach Konstruktion in Gel- oder Vlies(AMG)-Akkus unterschieden.

Die Leistungsfähigkeit des Akkumulators hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der Art des Elektrolyten, der Art der Elektrodenmaterialien und der Größe der Zellen.

Folgende Kriterien sind entscheidend für die Auswahl eines Akkumulators:

• Energiedichte
• Zyklenfestigkeit
• Kapazität
• Platzbedarf
• Kosten

Moderne Akkus, wie z.B. Lithium-Ionen-Akkus, haben eine hohe Energiedichte und können eine große Menge an Energie speichern, was sie zu einer idealen Energiequelle für viele Geräte wie Handys, Laptops und Elektrofahrzeuge macht.

Die Auslegung erfolgt in drei Schritten.

1. Ermittlung des täglichen Energiebedarfs (anhand der Verbraucher und Stunden) in Wattstunden (Wh)
2. Multiplikation mit den zu überbrückenden Tagen und der maximalen Entladung (z.B. 0,5 oder 0,75, wenn der Akku nicht völlig entladen werden soll)
3. Division des errechneten Bedarfs in Wh durch Spannung (V)

Ergebnis: Kapazität in Amperestunden