Effiziente Lösungen zur Energiespeicherung gehören zu den wichtigsten Faktoren der Energiewende.
Strom aus erneuerbaren Energien wie Solar- und Windkraft ist nachhaltig, umweltschonend und in vielen Haushalten bereits ein fester Bestandteil des Verbrauchs. Eine der größten Herausforderungen dieser Energiequellen ist der Zeitpunkt der Energieerzeugung und des Verbrauchs – denn dieser findet nicht immer zeitgleich statt. Damit die erzeugte Energie nicht verloren geht und auch in sonnen- oder windarmen Zeiten verfügbar ist, bedarf es Technologien zur Energiespeicherung. Wir erklären Ihnen, welche Lösungen es in diesem Bereich gibt und welche Vorteile sie mit sich bringen!
Im Sommer wird an langen Tagen mit vielen Sonnenstunden eine große Menge an Solarstrom erzeugt. Gleichzeitig wird in der hellen Jahreszeit weniger Strom benötigt. Die tagsüber erzeugte Solarenergie wird meist erst in den Abendstunden oder in den frühen Morgenstunden des nächsten Tages gebraucht. Ebenso schwankt der Ertrag aus Windkraft wetterbedingt. Durch die Speicherung kann Energiebedarf und -nachfrage aufeinander abgestimmt werden, sodass eine ganzjährige Nutzung erneuerbarer Energien realistisch wird. Nur durch die flächendeckende Etablierung effizienter Speichertechnologien ist es möglich, die europäischen Klimaziele zur überwiegenden Nutzung grüner Energie bis zum Jahr 2050 zu erreichen und die Energiewende zu meistern.
Das Grundprinzip von Energiespeichern basiert auf der Energieumwandlung, da die direkte Speicherung von Strom ohne Umwandlung nur bedingt möglich ist. Ähnlich wie Kohle im Kohlekraftwerk zu Wasserstoff umgewandelt und daraus Energie bezogen wird, verhält es sich auch mit der Umwandlung der Energie aus Sonnenlicht und Wind. Diese wird durch mechanische, thermische oder chemische Reaktionen in verschiedene Energieformen umgewandelt und kann auf diese Weise in großen Mengen zwischengespeichert werden. Aus dem überschüssigen Strom wird so beispielsweise Methan, Wärme oder Wasserstoff gewonnen, was zuverlässig und regelbar eingesetzt werden kann. Für geringere Bedarfsmengen, wie sie beispielsweise in Wohnhäusern anfallen, eignen sich auch kleine Speichersysteme, die direkt am Ort der Stromerzeugung stehen und die Solarenergie aus Photovoltaikanlagen in Batterien speichern.
Mit einer Photovoltaikanlage auf dem Dach Ihres Hauses erzeugen Sie kostengünstigen und umweltschonenden Strom aus Sonnenenergie. Im Rahmen einer ausführlichen Energieberatung erfahren Sie alles rund um das Thema Photovoltaik und ob sich Solarzellen für Sie lohnen.
Die verschiedenen Technologien und Konzepte zur Energiespeicherung unterscheiden sich vor allem in der Energieform, die sie speichern können und auf welche Weise die umgewandelte Energie wieder freigesetzt wird. Je nachdem, ob und wie viel solare, elektrische oder kinetische Energie gespeichert werden soll, kommen unterschiedliche Speicherformen zum Einsatz.
Mit chemischen oder elektrochemischen Energiespeichern ist es möglich, Elektrizität mittels wiederaufladbaren Batterien und Akkumulatoren zu speichern. Hierfür stehen unterschiedliche Formen wie klassische Bleisäure-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien oder Redox-Flow-Batterien zur Verfügung. Die Technologie, die bereits seit langer Zeit für Elektrogeräte genutzt wird, ist bei der Energiespeicherung im großen Umfang noch mit einigen Herausforderungen verbunden. Daher kommen Batteriespeicher bislang hauptsächlich in kleineren Stromsystemen wie zum Beispiel in Wohnhäusern zum Einsatz.
Weitere Formen chemischer Energiespeicher sind die Umwandlung von Strom zu Gas (Power-to-Gas), Strom zu Kraftstoff (Power-to-Liquid) und Strom zu Wärme (Power-to-Heat). Dabei wird beispielsweise mittels Strom Wasser zu Wasserstoff umgewandelt, welcher bei Bedarf durch Elektrolyse in flüssigen Kraftstoff gespeichert werden kann – hier gibt es viel Potenzial im Bereich der Elektromobilität.
Bei elektrischen bzw. elektromagnetischen Energiespeichern wird Energie nicht umgewandelt, sondern in Kondensatoren oder Spulen direkt als Elektrizität gespeichert – das ist ein großer Vorteil, denn so gibt es keine hohen Wandlungsverluste. In einem Kondensator bzw. Superkondensator wird ein elektrisches Feld für die Energiespeicherung aufrechterhalten; er wird aufgeladen. Je höher die Kapazität (also die gespeicherte Ladung pro Spannung) des Kondensators ist, desto mehr Ladung und Energie kann er speichern. Ist der Kondensator von der Stromquelle getrennt, bleibt die Energie erhalten – und kann anschließend verbraucht werden. Diese Technologie wird beispielsweise in Smartphones oder Formel-1-Rennwagen verwendet.
Außerdem werden Superkondensatoren im Bereich der erneuerbaren Energien eingesetzt, wie zum Beispiel in Windkraftanlagen zum sicheren Herunterfahren der Anlagen bei einer Unterbrechung der Verbindung zum Stromnetz. Nachteile von elektrischen Energiespeichern sind hohe Kosten und geringe Energiedichten, d. h. das Volumen oder Gewicht der Speicher müssen entsprechend groß sein. Daher wird diese Technologie bisher eher in Nischenbereichen angewandt.
Thermische Speicher wie Solarthermien werden auch Wärmespeicher genannt und speichern Energie in Form von Wärme, mit der Gebäude geheizt und Wasser erwärmt werden kann. Mittels einer Trägerflüssigkeit (Wasser) wird die durch Sonnenlicht erzeugte Wärme über Rohre zum Speicher geleitet und dort von einem Wärmetauscher für die Erhitzung von Wasser oder für das Heizungssystem genutzt. Die Wärme kann dort über längere Zeit gespeichert werden. Neben kleinen Solarthermien auf dem Dach eines energetisch sanierten Gebäudes werden Wärmespeicher auch in großen Solarkraftwerken und in der Industrie zur Zurückgewinnung von Abwärme genutzt.
Die Frage, welche die beste Art der Energiespeicherung ist, beschäftigt die Wissenschaft und Energiebranche schon lange. Fakt ist: Die bereits existierenden Technologien müssen weiterentwickelt werden, damit unser Energiebedarf langfristig und gänzlich von erneuerbaren Energiequellen abgedeckt werden kann. Bisher gibt es noch keine perfekte Lösung, Strom aus Kraftwerken oder aus dem Privatbereich in großen Mengen für lange Zeit zu speichern. Wir sind gespannt, inwiefern die Technologie im Bereich der Stromspeicher in den kommenden Jahren weiterentwickelt.
Matthias Hausmann • 15. November 2024
Matthias Hausmann • 4. Oktober 2024
