photovoltaik Ausgabe: 10-2014

„Lücken in den Normen schließen“

Sicherheit von Batterien — Mittlerweile hat sich die Diskussion versachlicht, auch wenn es sichder eine oder andere Anbieter noch immer sehr leicht macht. Nun bereiten die Verbändeeinen Katalog mit Schutzzielen für Lithium-Ionen-Speicher vor. Ein Interview

Inhaltsübersicht

  1. „Lücken in den Normen schließen“
  2. Thomas Timke
  3. Ads-Tec
  4. Technische Universität München
  5. Themendossier

Unser Augustheft hatten wir der Sicherheit von Lithium-Ionen-Speichern gewidmet. Das ist Thema ist brandaktuell, wie die Meldungen der Feuerwehren beweisen. Laufen auch bei Ihnen Anfragen und Anregungen ein?

Thomas Timke: Gehen wir von unserer Checkliste aus, mit der das Karlsruher Institut für Technologie vor der Intersolar an die Öffentlichkeit gegangen ist. Sie hat für Aufregung gesorgt, etliche Rückfragen und Vorschläge sind bei uns zu diesem Thema eingegangen. Häufig war unklar, dass hinter den meisten Punkten der Checkliste elektrochemische Anforderungen stehen. Auch wenn sich die Liste elektrotechnisch liest. Doch im rein elektrotechnischen Bereich, wie zum Beispiel bei der Isolation oder elektromagnetischen Verträglichkeit, sind die bestehenden Vorgaben überwiegend klar

Können Sie dafür Beispiele nennen?

Lücken in der Normierung bestehen beispielsweise, wenn eine Lithium-Ionen-Zelle außerhalb ihres Betriebsfensters betrieben wurde. Dann verändert sie sich elektrochemisch, wird bei weiterem Betrieb unsicherer und kann versagen. Das betrifft die Punkte 2, 3, 4 und 6 der Checkliste, bei denen es um die Überwachung beziehungsweise Einhaltung der zellspezifischen Betriebsfenster sowie um die Abschaltung nach Zellschädigung geht. Auch ist das Gefährdungspotenzial im Versagensfall so hoch, dass die sichere Abschaltung mindestens die Kriterien der Einfehlersicherheit erfüllen müssten, bezogen auf die Abschaltelemente und deren Ansteuerung. Das gilt für die Punkte 1, 2, 3, 5 und 7 der Liste. Diese Punkte sind für ein eigensicheres Batteriesystem wichtig. Man kann sie unter Umständen in einem Gesamtsystem mit einem Umrichter auch teilweise anders lösen.

Die redundante Abschaltung muss sowohl für DC- als auch für AC-geführte Batteriesysteme möglich sein. Gibt es an dieser Stelle einen Unterschied?

Dazu hat sich eine gewisse Debatte entwickelt, bei der es hauptsächlich um eine mögliche Überladung der Batterie durch defekte Leistungshalbleiter bei DC-DC-Stellern, speziell Tiefsetzstellern, geht. Bei der redundanten Abschaltung geht es generell um eine sichere Abtrennung, die dem Gefährdungspotenzial falsch betriebener Lithium-Ionen-Zellen angemessen ist.

Was verstehen Sie darunter?

Die Abschaltung sollte bei Systemen mit mehreren Kilowattstunden Kapazität nicht auf einem einzigen Relais oder dessen Ansteuerung beruhen, schon gar nicht auf einem einzigen Halbleiterschalter.

Warum müssen auch AC-Systeme redundant schalten?

Die redundante Abschaltung von DC-geführten Batterien ist meines Erachtens unstrittig. Doch auch bei AC-gekoppelten Systemen ist die Redundanz unverzichtbar, weil die IGBTs der Wechselrichter die Batterie oder einzelne ihrer Zellen durchaus überladen können, ohne dass sie gleich durchbrennen.

Warum ist das gerade im häuslichen Umfeld wichtig?

Die Batterie wird dort aufgestellt, wo Platz ist, wo die Aufstellbedingungen des Herstellers eingehalten werden und die Verkabelung mit dem Hausnetz möglich ist – im Keller oder Hauswirtschaftsraum. Kommt es zum Batteriebrand, ist das Haus gefährdet, mit den Menschen, die sich darin aufhalten.

Immerhin nutzen viele Anbieter die Liste, um ihre Systeme zu überprüfen. Auch wenn es sich nicht um einen offiziellen Standard handelt ...

Das stimmt. Die Checkliste war der Versuch, auf die Lücken sichtbar und aufmerksam zu machen. Uns ging es darum, minimale Anforderungen zu formulieren. Es ist auffällig, dass sich einige Firmen selbst eine Punktzahl attestieren, die bei genauerer Betrachtung nicht unbedingt haltbar ist. Ebenso ist es heikel, wenn auf einigen Webseiten behauptet wird, dass Lithium-Eisenphosphat-Batterien nicht thermisch durchgehen können, also nicht durch den Thermal-Runaway-Effekt, durch Brand, Ausgasen oder andere Fehler gefährdet seien. So eine Fehlinformation können Sie sogar bei Wikipedia lesen.

Wie argumentieren Sie?

Lithium-Eisenphosphat-Zellen sind nicht automatisch sicher und gehören definitiv zu den Lithium-Ionen-Zellen. Bei bestimmten Fehlern sind sie robuster als Zellen gleicher Bauart mit höherer Energiedichte. Aber auch sie enthalten brennbare Bestandteile wie Elektrolyt und Grafit. Die Qualität des Materials und die Verarbeitung müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Man kann unsere Checkliste nicht mal eben so anwenden, ohne die Details des Produkts zu kennen. Sie ist kein Freibrief, sondern ein Denkanstoß, mit dem Thema professionell umzugehen.

Mittlerweile befassen sich auch die Verbände mit der Sicherheit der Lithium-Ionen-Speicher. Wie ist der Stand in der Arbeitsgruppe?

Verschiedene Verbände wollen sich auf einen Schutzzielkatalog einigen. Er soll Lücken in der Normung schließen und neue Anforderungen enthalten. Die erforderlichen Maßnahmen, um die Schutzziele zu erreichen, werden jedoch nicht vorgegeben. Denn es gibt verschiedene technische Lösungen, sie zu erreichen. Der Katalog ergänzt die existierende Normung und die Informationen, die bei der Entwicklung und dem Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien in der Photovoltaik berücksichtigt werden sollten

Wer arbeitet neben den Verbänden daran mit?

Unter anderem mehrere Hersteller von Zellen und Batterien, Prüflabore und wir vom KIT. Der Schutzzielkatalog bezieht sich auf Heimspeicher für die Photovoltaik, die aus Lithium-Ionen-Zellen bestehen. Er soll auch auf Englisch erscheinen, für ausländische Anbieter und Lieferanten.

Das Gespräch führte Heiko Schwarzburger.

Literatur

Fussnoten

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