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Das Konzept der Energiespeicherung ist so alt wie die Zeit selbst. Um ganz weit vorne anzufangen: Die Zivilisation hat sich nur dann wirklich weiterentwickelt, wenn sie in der Lage war, etwas, das an einem Tag produziert wurde – Getreide, eine Mahlzeit oder sogar eine Idee – zu speichern, um es zu einem späteren Zeitpunkt zu verwenden.
Auch der Gedanke, eine Batterie zur Energiespeicherung zu verwenden, ist uns so vertraut wie die Batterien, die unsere TV-Fernbedienungen oder unsere Handys am Laufen halten. Deshalb verbringen die Menschen nur wenig Zeit damit, darüber nachzudenken, welche Rolle Batterien und Stromspeicher dabei spielen, dass das Licht im Haus, in der Nachbarschaft oder im ganzen Land nicht ausgeht. Doch Batteriespeicher und insbesondere Solarbatterien spielen eine wichtige Rolle in der Zukunft der sauberen Energie.
Was ist Energiespeicherung? Was ist ein Batteriespeicher PV?
Die Hauptfunktion von Solarbatterien besteht darin, die von den Solarmodulen erzeugte Energie zu speichern, damit sie zu einem späteren Zeitpunkt abgerufen werden kann. Die Speicherung von Energie für einen späteren Zeitpunkt bietet viele Vorteile, von finanziellen Einsparungen bis hin zu einer Ersatzstromquelle im Falle eines Netzausfalls.
Der Hauptvorteil der Installation einer Solarbatterie besteht darin, dass der Solarstrom auch dann genutzt werden kann, wenn die Sonne nicht scheint. Bei einer Solaranlage ohne Solarbatterien wird der überschüssige Strom, den das System erzeugt aber nicht zeitgleich verbraucht wird, ins Netz zurückgespeist. Mit Solarbatterien oder Solarstromspeichern kann diese Energie gespeichert und abgerufen werden, wenn die Sonne untergeht, und man muss nur dann Energie aus dem Netz beziehen und dafür bezahlen, wenn die Batterie leer ist.
Sind eine Batterie und ein Energiespeichersystem dasselbe?
Oft, aber nicht immer! Eine Batterie ist eine Form der Energiespeicherung, aber nicht alle Formen der Energiespeicherung sind Batterien. In Privathaushalten ist die häufigste Form der Energiespeicherung eine Batterie, daher werden die beiden Begriffe oft synonym verwendet. Für Gewerbe- und Industriebetriebe sowie für das Stromnetz insgesamt bedeutet Energiespeicherung jedoch häufig eine andere Technologie als eine Batterie, sei es Pumpspeicherkraft aus Wasserkraft oder Wasserstoff, der durch Brennstoffzellen verwertet wird.
Warum sind Batterien so wichtig für saubere Energie?
Solarbatterien sind aus einem entscheidenden Grund ein wichtiger Bestandteil der Zukunft der sauberen Energie: Sie sind in der Lage, das variable Energieangebot an den Energiebedarf anzupassen. Lass uns kurz auf die Unterschiede zwischen der thermischen Stromerzeugung (Atom, Kohle, Gas) und Wasserkraftwerken, sowie der Stromerzeugung mit Wind und Sonne eingehen.
Was das Stromnetz kann: Thermische Stromerzeugung und Wasserkraftwerke
Das Stromnetz ist das zusammenhängende Netz aus Leitungen, Kabeln und Transformatoranlagen, das alle Verbraucher mit den Kraftwerken verbindet. Das Stromnetz wurde so konzipiert, dass es die Stromerzeugung an die Stromnachfrage anpasst. Mit anderen Worten: Das Netz ist hervorragend in der Lage, vorauszusehen, wann und wo Strom benötigt wird, genau die Menge an Strom zu erzeugen, die zu diesem Zeitpunkt benötigt wird, und diesen Strom genau dann dorthin zu bringen, wo und wann er benötigt wird. Ein ziemlich heikles Gleichgewicht!
Ursprünglich war die kosten- und ressourceneffizienteste Art, dieses Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, der Einsatz «einschaltbarer» Kraftwerke. Vereinfacht ausgedrückt: Wenn der Stromnetzbetreiber vorhersagte, dass mehr Menschen mehr Strom verbrauchen würden – etwa wenn an einem kalten Tag im Winter abends alle Lichter und Heizungen auf Hochtouren laufen -, konnte er auf (Wasser-) Speicherkraftwerke, Atomkraftwerke oder im Ausland auf kohle- oder erdgasbetriebene Kraftwerke zurückgreifen.
Dasselbe Prinzip funktioniert auch in umgekehrter Richtung, wenn die Stromnachfrage z.B. nachts in der verbrauchsarmen Zeit sinkt: die Kraftwerke werden so gesteuert, dass sie ihre Stromproduktion verringern.
Wenn die Nachfrage steigt, kann der Netzbetreiber das Angebot erhöhen. Und wenn die Nachfrage sinkt, passen sich die Kraftwerke an, um ihr Angebot zu verringern. Ganz einfach: Das Angebot wird an die Nachfrage angepasst.
Was das Stromnetz weniger gut kann: die Integration erneuerbarer Energien
Stell Dir nun ein Szenario vor, in dem Du vorhersagen kannst, wie viel Strom die Kraftwerke erzeugen werden, aber Du kannst nicht kontrollieren, wann dies der Fall sein wird. Um die Menschen in diesem Szenario weiterhin mit Strom versorgen zu können, wenn sie ihn brauchen, musst Du entweder: 1) die Stromnachfrage so verlagern, dass sie dann auftritt, wenn die Kraftwerke Strom produzieren, oder 2) einen Weg finden, den produzierten Strom zu speichern, um ihn dann zu nutzen, wenn die Nachfrage besteht.
Im Kern ist dies genau das Szenario, das sich bei den Technologien für erneuerbare Energien abspielt, und ein Teil des Grundes, warum einige Netzbetreiber in der Vergangenheit gezögert haben, Solaranlagen zu unterstützen. Solarenergie erzeugt Strom, wenn die Sonne scheint, also nachts mit Sicherheit nicht und im Winter weniger als im Sommer. Ähnlich produziert Wind dann Strom, wenn der Wind weht, aber nicht bei Flaute.
Die Meteorologen können vorhersagen, wie oft und wie stark die Sonne scheinen und der Wind wehen wird, und wir können auch ziemlich genau vorhersagen, wie viel Strom Sonne und Wind erzeugen können. Aber wir können weder den Zeitplan der Sonne ändern noch beeinflussen, wann der Wind weht, d. h. wir können nicht steuern, wann der Strom erzeugt wird.
Wie Solar Speicher die erneuerbaren Energien unterstützt
Hier spielen die Batteriespeicher eine wichtige Rolle, wenn es darum geht, mehr erneuerbare Energiequellen in das Stromsystem zu integrieren. Durch die Speicherung des von Windturbinen und Sonnenkollektoren erzeugten Stroms, der zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden soll, kann die Energiespeicherung das Stromangebot besser an die Nachfrage anpassen. Die ehrgeizigen Ziele für saubere Energie, die auf Bundesebene angekündigt wurden, können aus heutiger Sicht nur mit Hilfe von Batteriespeichern und Solarbatterien erreicht werden (nicht nur in privaten Haushalten, aber auch dort).
Arten von Energiespeichersystemen
Wenn man heute von Energiespeicherung spricht, meint man im Haushaltsbereich Batterien, vor allem in Verbindung mit einer Solaranlage, also Solarbatterien. Batterien sind jedoch bei weitem nicht die einzige Form der Energiespeicherung, die es gibt, und sie sind bei weitem nicht die erste Technologie zur Energiespeicherung.
Elektrochemische Speicherung in Batterien
Wer sich bereits etwas intensiver mit Batterien auseinandergesetzt hat, ist wahrscheinlich mit der elektrochemischen Speicherung vertraut. Zu den elektrochemischen Speichern gehören verschiedene Kategorien von Batterien – von Lithium-Ionen-Batterien (oft in Handys oder Laptops und meist auch in Solarbatterien) über Blei-Säure-Batterien (als Starter-Batterien in Autos) bis hin zu Vanadium-Durchflussbatterien. Diese Arten von Batterien sind überall zu finden: AA- und AAA-Batterien sind eine Form der elektrochemischen Speicherung, ebenso wie die Batterien im Mobiltelefon und auch die Batterie im Auto.
Der Hauptvorteil elektrochemischer Speicher: Sie sind sehr kompakt. Diese Art von Batterien können in allen Formen und Größen hergestellt werden und haben eine angemessene Energiedichte. Das macht elektrochemische Speicher perfekt für Zuhause, weshalb sie in der Regel mit Solaranlagen kombiniert werden.
Pumpspeicherkraftwerke
Die Schweizer Energieversorgung beruht bereits seit mehr als 100 Jahren auf Pumpspeicherkraftwerken. Mit diesen wird die Schwerkraft des Wassers genutzt, um Strom zu erzeugen und zu speichern.
Wasser wird bergauf in ein Reservoir gepumpt und dann freigegeben, um über Turbinen wieder hinunter zu fließen und Strom zu erzeugen. Indem das Wasser zu Zeiten, in denen Strom im Überfluss vorhanden und/oder günstig ist, bergauf gepumpt wird, und zu Zeiten, in denen Strom knapp und/oder teurer ist, wieder bergab fließt, können Pumpspeicherkraftwerke dem Stromnetz einen nützlichen Dienst erweisen, indem sie überschüssigen Strom in großem Maßstab speichern.
Thermische Speicherung
Natürlich kann nicht nur Strom, sondern auch Wärme gespeichert werden. So kann man zum Beispiel einen Warmwassertank über Nacht vorheizen, wenn der Strombedarf und die Strompreise niedrig sind, so dass das Wasser morgens aufgeheizt ist, wenn das Stromnetz von der aufwachenden Welt wieder stärker belastet wird. Neudeutsch wird dies oft als Power-to-Heat bezeichnet, d.h. die Umwandlung von Strom in Wärme.