Lithium vs. Blei: Welche Batterie für die Solaranlage?
Einleitung: Es kommt auf die inneren Werte an
Batterien sind in gewisser Weise wie Menschen: Es gibt sie in verschiedenen Formen und Farben, aber schlussendlich kommt es immer auf die inneren Werte an. Im Laufe der Zeit wurden viele Batteriekonzepte entwickelt, die verschiedene Werkstoffkombinationen für Anode, Kathode, Elektrolyt und Separator verwendeten.
Aktuell werden zur Speicherung von Solarenergie vor allem zwei Technologien verwendet:
- Lithium-Ionen-Batterien (LIB)
- Blei-Säure-Batterien (BSB)
Beide Konzepte bieten Vor- und Nachteile für den Einsatz in Solaranlagen. Welche Batterieart für welche Anlage geeignet ist, erfahren Sie in diesem Artikel.
Lithium-Ionen-Batterien: Der moderne Standard
Für die heutige Technik sind Lithium-Ionen-Batterien unabdingbar. Ob Smartphone, elektrische Zahnbürste oder Elektroauto – dieser Batterietyp ist weit verbreitet und verdrängt immer weiter die Blei-Batterien.
Funktionsprinzip
Das Funktionsprinzip unterscheidet sich zur galvanischen Zelle lediglich in der Stoffzusammensetzung. Wie der Name vermuten lässt, ist in den Elektroden Lithium enthalten.
Wichtige Unterscheidung:
- Lithium-Ionen-Batterien: Lithium als Sauerstoffverbindung (Lithiumoxide) – wiederaufladbar
- Lithium-Metall-Batterien: Pures metallisches Lithium – nicht wiederaufladbar
Verschiedene Kathodenmaterialien
Wie genau das Lithium in die Elektroden eingearbeitet wird, hängt vom chemischen Aufbau der Batterie ab. In der Regel befinden sich die Lithiumverbindungen in den Kathoden. Es gibt verschiedene Kathodenzusammensetzungen, die jeweils eigene Vor- und Nachteile mitbringen:
| Typ | Bezeichnung | Eigenschaften |
|---|---|---|
| LFP | Lithium-Eisen-Phosphat | Höhere Lebensdauer, sicherer, umweltfreundlicher |
| NMC | Nickel-Mangan-Cobalt | Hohe Energiedichte, aber teurer |
| LCO | Lithium-Cobalt | Hohe Energiedichte, weniger sicher |
Empfehlung für Solaranlagen: LFP-Zellen bieten den besten Kompromiss zwischen Leistungsfähigkeit und Nachhaltigkeit.
Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien haben sich zur führenden Technologie entwickelt – und das aus guten Gründen. Ihre hohe Energiedichte ermöglicht kompakte Speicher mit viel Kapazität. Der Wirkungsgrad liegt bei beeindruckenden 90–95%, und die Lebensdauer erreicht 5.000 bis 10.000 Ladezyklen. Besonders praktisch: Die Entladetiefe kann 80–100% betragen, es gibt keinen Memory-Effekt (Teilladungen sind kein Problem), und die Zellen sind wartungsfrei. Auch schnelles Laden mit höheren C-Raten ist möglich.
Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien
Bei den Anschaffungskosten von 150–300 €/kWh liegen Lithium-Ionen-Batterien höher – wobei die Preise kontinuierlich fallen. Sie reagieren empfindlich auf extreme Temperaturen (optimal: 15–25°C), und bei Beschädigung oder Überladung besteht ein Brandrisiko, das bei LFP-Zellen allerdings minimal ist. Das Recycling ist aufwendiger als bei Blei.
Blei-Säure-Batterien: Der bewährte Klassiker
Die Blei-Säure-Batterie ist deutlich älter als Lithium-Ionen-Konzepte. Sie wurde bereits im 19. Jahrhundert verwendet und ist bis heute in vielen Anwendungen zu finden – am bekanntesten als Starterbatterie im Auto.
Aufbau und Funktionsprinzip
Die BSB funktioniert grundsätzlich wie jede andere Batterie, besteht aber aus:
- Bleiplatten (Anode, pures Blei)
- Bleioxidplatten (Kathode)
- Wasser-Schwefelsäure-Gemisch (Elektrolyt)
Vorteile von Blei-Säure-Batterien
Auch wenn Blei-Säure-Batterien älter sind, haben sie ihre Berechtigung. Der größte Pluspunkt sind die niedrigen Anschaffungskosten von nur 80–150 €/kWh. Die Technologie ist seit über 150 Jahren bewährt, robust gegenüber Temperaturschwankungen, und das Recycling funktioniert mit fast 100% Recyclingquote hervorragend. Zudem sind Blei-Säure-Batterien überall erhältlich.
Nachteile von Blei-Säure-Batterien
Die Nachteile erklären, warum die Technologie zunehmend verdrängt wird. Die geringe Energiedichte bedeutet schwere, voluminöse Batterien. Mit nur 500–1.500 Ladezyklen ist die Lebensdauer deutlich kürzer als bei Lithium-Ionen. Die Entladetiefe sollte 50% nicht überschreiten, um die Batterie zu schonen. Offene Typen erfordern regelmäßiges Nachfüllen von destilliertem Wasser. Der Wirkungsgrad liegt bei nur 80–85%, und die Ausgasung macht eine gute Belüftung erforderlich.
Der direkte Vergleich
Um die Entscheidung zu erleichtern, stellen wir beide Technologien direkt gegenüber. Die Tabelle zeigt die wichtigsten Unterschiede auf einen Blick:
| Kriterium | Lithium-Ionen | Blei-Säure |
|---|---|---|
| Energiedichte | 150–200 Wh/kg | 30–50 Wh/kg |
| Wirkungsgrad | 90–95% | 80–85% |
| Lebensdauer | 5.000–10.000 Zyklen | 500–1.500 Zyklen |
| Entladetiefe | 80–100% | 50% |
| Kosten/kWh | 150–300 € | 80–150 € |
| Kosten/Zyklus | 0,03–0,06 € | 0,05–0,30 € |
| Wartung | Wartungsfrei | Regelmäßig |
| Gewicht | Leicht | Schwer |
Fazit: Obwohl Blei-Säure-Batterien günstiger in der Anschaffung sind, sind Lithium-Ionen-Batterien langfristig oft wirtschaftlicher durch die höhere Lebensdauer.
Faustformeln zur Dimensionierung
Bevor Sie sich für eine Batterie entscheiden, müssen Sie die richtige Größe bestimmen:
Faustformel 1: Bezogen auf die Peak-Leistung
Pro erzeugtem kWp sollte das 0,9 bis 1,6-fache an kWh Kapazität vorhanden sein.
Diese Faustformel orientiert sich an der installierten Modulleistung und liefert einen guten Ausgangswert für die Speicherdimensionierung:
| Anlagengröße | Empfohlene Kapazität |
|---|---|
| 5 kWp | 4,5 – 8 kWh |
| 8 kWp | 7,2 – 12,8 kWh |
| 10 kWp | 9 – 16 kWh |
Faustformel 2: Bezogen auf den Jahresverbrauch
Die Kapazität sollte etwa 60% des täglichen Stromverbrauchs betragen.
Diese Alternative orientiert sich am tatsächlichen Verbrauch des Haushalts und ist besonders nützlich, wenn Verbrauchsdaten vorliegen:
| Jahresverbrauch | Tagesverbrauch | Empfohlene Kapazität |
|---|---|---|
| 3.000 kWh | 8,2 kWh | ~5 kWh |
| 5.000 kWh | 13,7 kWh | ~8 kWh |
| 7.000 kWh | 19,2 kWh | ~12 kWh |
Wann lohnt sich welche Technologie?
Blei-Säure-Batterie empfohlen bei:
- Kleinen Anlagen bis 5 kWp
- Balkonkraftwerken mit wenig Platzbedarf
- Begrenztem Budget
- Off-Grid-Anwendungen (Wohnmobil, Gartenhaus)
- Niedrigen Anforderungen an Ladezyklen
Beispiel: Bei 5 kWp benötigen Sie mindestens 4,5 kWh Kapazität. In diesem Bereich überwiegt der Kostenvorteil der Blei-Säure-Batterie.
Lithium-Ionen-Batterie empfohlen bei:
- Mittleren bis großen Anlagen ab 5 kWp
- Einfamilienhäusern mit 2–4 Personen
- Hohem täglichen Verbrauch
- Begrenztem Platzangebot
- Langfristiger Nutzung (10+ Jahre geplant)
- Kombination mit Wärmepumpe oder E-Auto
Beispiel: Bei 10 kWp und 9 kWh Mindestkapazität ist Lithium-Ionen die bessere Wahl – kompakt, langlebig und ohne Wartungsaufwand.
Spezialfall: LFP vs. NMC vs. LCO
Wenn Sie sich für Lithium-Ionen entschieden haben, stellt sich die Frage nach der Zellchemie. Die drei gängigsten Varianten unterscheiden sich deutlich in ihren Eigenschaften:
| Kriterium | LFP | NMC | LCO |
|---|---|---|---|
| Energiedichte | Mittel | Hoch | Hoch |
| Sicherheit | Sehr hoch | Mittel | Niedrig |
| Lebensdauer | Sehr hoch | Mittel | Niedrig |
| Kosten | Mittel | Hoch | Hoch |
| Temperaturstabilität | Sehr gut | Gut | Mittel |
| Empfehlung | Heimspeicher | E-Mobilität | Elektronik |
Klarer Sieger für Solaranlagen: LFP-Zellen – sie bieten die beste Kombination aus Sicherheit, Lebensdauer und Kosten.
Fazit
Kernaussage: Die Wahl zwischen Lithium-Ionen und Blei-Säure hängt von Ihren individuellen Anforderungen ab. Wer budgetorientiert ist und eine kleine Anlage betreibt, fährt mit Blei-Säure gut. Für langfristige Nutzung und größere Anlagen empfiehlt sich Lithium-Ionen (LFP). Die Preise für Lithium-Ionen-Batterien fallen kontinuierlich, während die Technologie immer besser wird. Für die meisten neuen Solaranlagen ist Lithium-Ionen heute die richtige Wahl.
Im nächsten Artikel erfahren Sie, wie Leistungselektronik: Wechselrichter und DC-DC-Wandler den Gleichstrom der Batterie für Ihr Hausnetz nutzbar machen.
Die anderen Teile der Serie
Sie interessieren sich für Energiespeicher? Hier finden Sie alle Artikel:
- Grundlagen: Von Froschschenkeln zu Batterien – Wie ein Energiespeicher funktioniert
- Technologievergleich: Lithium vs. Blei ← Sie sind hier
- Stromwandlung: Leistungselektronik erklärt – Wechselrichter und DC-DC-Wandler
- Integration: Hybridwechselrichter – Alles in einem Gerät
- Anlagenkonzepte: AC oder DC? – Die richtige Systemtopologie wählen