Elektrischer Speicher

Pumpspeicher-Wasserkraftwerke als
größte Energiespeicher der Welt

Ein elektrischer Speicher ist nur eine der möglichen Formen, um elektrische Energie zu speichern. Die üblichste – und mit Abstand mengenmäßig größte – Energiespeicherform kommt von der Wasserkraft – der sogenannte Pumpspeicher. 97% aller weltweit existierenden Energiespeicherkapazitäten werden von Pumpspeicher-Kraftwerken abdeckt. Wasser wird in Zeiten niedriger Energiepreise in große Reservoirs bergauf gepumpt, um später bei Energieknappheit (hohen Energiepreisen) wieder mit Wirkung der Schwerkraft durch Wasserturbinen freigesetzt zu werden. Diese sehr alte Form eines Energiespeichers ist sauber, effizient, nützlich sowie gut skalierbar, doch ein Problem für viele Regionen und Länder dieser Welt ist, dass diese Energiespeicherform nur in hohen Gelände- bzw. Bergformationen sinnvoll angewandt werden kann. Wasserkraft zählt zu den mechanischen Formen der Energiespeicherung, da sie mittels der natürlichen Kraft der Gravitation Wasserturbinen antreibt, um elektrische Energie zu erzeugen.

Energiespeicher und deren Markt

Weitere Formen der Energiespeicherung sind elektrochemisch, chemisch, elektrisch und thermisch, jede Form sinnvoll für unterschiedliche Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten. Diese erstrecken sich vom Ausgleich kurzfristiger Lastschwankungen im (Milli-)Sekundenbereich bis zum Ausgleich saisonaler Energiestromschwankungen während des Jahres. Dies zeigt bereits, dass Anforderungen an Energiespeicher – ob kurze oder lange Ausgleichszeiten, kleine oder große Energiemengen, etc. – sehr unterschiedlich sein können und daher unterschiedliche Technologien zum Einsatz kommen (hierbei wichtige Kennzahlen sind Energie- und Leistungsdichte, Effizienz, Reaktionszeiten, Zyklenfestigkeit, etc.).
Im Wohn- und Gewerbebereich wurden bisher Solar-Speicher-Systeme (Photovoltaik-Anlage mit einem dazu passenden elektrischen Speicher) zumeist mit Blei- oder Li-Ionen-Batterien ausgestattet. Heutzutage findet bei Neuinstallationen von Solar-Speicher-Systemen – aufgrund des immer größeren Einsatzgebietes (E-Mobility, Laptops und Tablets, Handys, E-Appliances) und der dadurch immer geringeren Kosten von Li-Ionen-Batterien – hauptsächlich zweitere Batterieform Anwendung. Laut einer Studie der technischen Universität in Aachen aus dem Jahre 2016 hat sich in Deutschland das Verhältnis von gekauften Blei- zu Li-Ionen-Batterien von 70%/30% (ab Q2/2013) zu 10%/90% (bis Q4/2015) verändert. Auch bei dieser Studie wurden technische Weiterentwicklungen, Kostenreduzierungen aufgrund von „Economy-of-Scale“ sowie das in Deutschland positive Fördersystem zugunsten Li-Ionen-Batterien als wichtigste Faktoren angegeben (Badeda, et al.; Batterien am Netz: Vom Heimspeicher bis zur stationären Großbatterie, Aachen: RWTH Aachen, 2016).

Solar-Speicher-System

Mittels eines korrekt dimensionierten Speichersystems kann der Eigenverbrauch des Haushalts oder des Gewerbebetriebes maximiert werden. Die von der PV-Anlage produzierte elektrische Energie wird entweder gleich direkt vor Ort verbraucht (Heiz- oder Kühlsystem, elektrische Geräte, etc.) oder vorübergehend in der Batterie gespeichert. Dies funktioniert solange bis der Speicher vollständig aufgeladen ist. Ab diesem Zeitpunkt wird die überschüssige, produzierte Energie in das Netz eingespeist und Energieversorgungsunternehmen abgenommen. Früher waren die Förderungen pro kWh („Kilo-Watt-Hour“) gar derart hoch, dass der Anlagenbesitzer seinen produzierten Strom vollständig in das Netz eingespeiste und so Geld verdiente. Heutzutage ist es aufgrund der reduzierten Förderleistungen, der starken Kostensenkung von Batterien und der bereits erreichten Netzparität (auf Kosumentenebene) für den PV-Anlagenbesitzer sinnvoller den Eigenverbrauch zu maximieren. Somit werden PV-Speichersysteme immer öfter eingesetzt – bereits jede zweite PV-Anlage in Deutschland wurde in 2016 mit einem passenden Speichersystem ausgerüstet (Badeda, et al.; Batterien am Netz: Vom Heimspeicher bis zur stationären Großbatterie, Aachen: RWTH Aachen, 2016).