Photovoltaik-Speicher und Brandsicherheit

Auch wenn nach einer Untersuchung des TÜV Rheinland und des Fraunhofer Instituts bislang nur 0,006 Prozent aller PV-Anlagen Brandschäden hatten, so lohnt sich dennoch ein Blick auf die eingesetzten Speichertypen hinsichtlich der Brandsicherheit. Denn das weiter steigende Aufkommen an Heim-Photovoltaik berührt auch Brandschutzbelange.

Der PV-Speichermarkt boomt. Wurden 2022 knapp 210.000 Speicherinstallationen für die private Nutzung verkauft, waren es 2023 bereits 530.000. Das ergab die Studie Stromspeicherinspektion 2024. Die Zahl dieser Heimspeicher ist nahezu identisch mit den PV-Speichern von Eigenheimen.

Lithium-Ionen-Akkus überwiegen

Die genannte Studie gibt auch Auskunft über den Anteil der verschiedenen Speichertechnologien am Gesamtbedarf. So waren 2022 Lithium-Akkus im Bereich PV-Heimspeicher mit 98 Prozent die bei weitem am häufigsten installierten Speicherzellen. Rund zwei Drittel davon bestanden aus Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus (Li-FePO4), 20 Prozent aus Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid-Batterien (Li-NCA), die restlichen 12 Prozent aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Zellen (Li-NMC). Für den Brandschutz ergeben sich folgende Besonderheiten:

Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus

Dieser Akkutyp wird immer häufiger genutzt und hat die lange vorherrschenden Lithium-Kobalt-Oxid-Akkus abgelöst. Für Photovoltaik-Speicher eigenen sie sich vor allem deshalb, weil diese wegen ihrer verhältnismäßig geringen Energiedichte recht großen und schweren Batterien stationär problemlos einsetzbar sind. Sie sind thermisch stabil, brennen nicht, und auch Explosionen als Folge eines thermischen Runaways sind von ihnen nicht zu erwarten. Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus sind zudem leistungsstark, langlebig und umweltfreundlich.

Lithium-Nickel-Kobalt-Oxid-Akkus

Der Anteil dieser Batterien auf dem Heimspeichermarkt geht immer weiter zurück. Dabei zeichnen sie sich durch eine hohe Energiedichte und ihre Schnellladefähigkeit aus. Für einen Batteriespeicher sind das an sich sehr gute Eigenschaften, die beispielsweise für die Stromversorgung von Elektrofahrzeugen gebraucht werden. Jedoch ist dieser Akkutyp nicht sicher vor unkontrollierten thermischen Prozessen mit Brandgefahr.

Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Akkus

Die am wenigsten verwendete Photovoltaik-Batterie ist wegen der sehr hohen Energiedichte prädestiniert für E-Mobilität. Das macht sie aber bei Fertigungsfehlern auch anfällig für thermische Komplikationen infolge von Über- oder Tiefentladung und Kurzschlüssen. Für PV-Anlagen kommt sie kaum infrage.

Alternative Speichertypen

Eine auch für den Heimspeicherbereich interessante Technologie sind Blei-Batterien, die als Blei-Säure- oder Blei-Gel-Akkus zum Einsatz kommen. Bei diesen ist das Elektrolyt flüssig bzw. gelförmig. Dieser von den Autobatterien her bekannte Akkutyp ist robust, unempfindlich und damit weitgehend brandsicher. Einziger kritischer Punkt: Durch Elektrolyse entstehen beim Ladevorgang Sauerstoff und Wasserstoff, die ein explosives Knallgas-Gemisch in der Batterieumgebung bilden können, was das Anbringen von Gasdetektoren und eine spezielle Entlüftung notwendig machen kann. Ein Blei-Akku ist wesentlich günstiger als ein Lithium-Akku, allerdings auch weniger leistungsfähig beim Speichervermögen.

Überdies sind aktuell Redox-Flow-Batterien im Gespräch. Außerhalb von Fachkreisen sind sie noch kaum bekannt. Bei ihnen handelt es sich um Zukunftstechnologie für die Zeit nach dem Aufbrauchen der Lithium-Vorkommen. Diese sehr komplexen Großspeicher auf der Basis von Vanadium sind wegen ihres Umfangs nur stationär nutzbar. Aktuell geht man von einem noch viel zu hohen Kostenfaktor von 1.500–2.000 Euro/kWh aus. Im Vergleich schlagen Lithium-Akkus mit ca. 1.000 Euro/kWh und Blei-Akkus mit nur 500 Euro/kWh zu Buche.

Wie oft kommt es zu PV-Speicher-Brandereignissen?

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat in einer Studie nur zehn Brände bei 130.000 dokumentierten PV-Anlagen registriert – davon neun bei einem Lithium- und einer bei einem Blei-Stromspeicher. Zieht man einschlägige Berichte über die wenigen Brandereignisse zurate, dann scheinen diese Brände auf elektronische Bauteile oder Verpuffungen zurückzugehen, weniger auf die Speicherzellen selbst. Folgende Maßnahmen minimieren das ohnehin schon geringe Brandrisiko nachhaltig:

• Wahl eines hochwertigen Produkts
• professionelle Planung und Installation
• doppelt gesicherte Batterieisolierung
• Rückstromschutz
• Fehlerstromüberwachung
• DC-Trennschalter
• Einhaltung der Wartungsfristen