Maximieren Sie Ihre Investition: Der unverzichtbare Leitfaden zu Batterieladezyklen und Lebensdauer

Haben Sie das schon einmal erlebt: Nach einigen Jahren der Nutzung wird der Akku Ihres Handys immer ineffizienter und sinkt innerhalb kurzer Zeit von 100 % auf die Hälfte seiner Kapazität? Oder verringert sich nach einigen Jahren der Nutzung eines Elektrofahrzeugs die Reichweite spürbar, sodass häufigeres Aufladen erforderlich ist?

Auch Energiespeicherbatterien, ob für große Kraftwerke zur Unterstützung des Stromnetzes oder für Wohnsysteme zum Schutz von Wohnhäusern, bilden keine Ausnahme von diesem Alterungsprozess.

Bei kommerziellen und industriellen Energiespeicherprojekten mit Investitionen in Millionenhöhe oder bei Heimspeichersystemen, die voraussichtlich über ein Jahrzehnt halten werden, stellt sich die entscheidende Frage: Wie viele Lade-Entlade-Zyklen kann diese Batterie tatsächlich überstehen?

Was ist der Lebenszyklus?

Die Zyklenlebensdauer gibt einfach an, wie viele vollständige Ladezyklen eine Batterie durchlaufen kann, bevor sie „ausgemustert“ wird.

„Ausmusterung“ bezieht sich hier üblicherweise auf den Rückgang der nutzbaren Kapazität auf einen bestimmten Prozentsatz der ursprünglichen Kapazität, beispielsweise 80 % oder 70 %. Kann eine neue Batterie beispielsweise 10 kWh speichern und nach wiederholten Lade-Entlade-Zyklen nur noch 8 kWh, so gilt sie als am Ende ihrer Lebensdauer angelangt, typischerweise bei etwa 80 %.

Das Verständnis des Lebenszyklus ist aus zwei Gründen von entscheidender Bedeutung:

Es berechnet einen „vollständigen Lade-Entlade-Zyklus“, nicht einfach nur „die Anzahl der Ladungen“.

Beispielsweise entspricht das Laden einer Batterie auf 50 % und anschließende Entladen einem halben Ladezyklus. Das erneute Laden auf 50 % und Entladen auf 50 % schließt einen vollständigen Ladezyklus ab. Erfolgt dieser vollständige Lade-Entlade-Zyklus bzw. der entsprechende Energiedurchsatz täglich, entspricht die angegebene Lebensdauer direkt der theoretischen Nutzungsdauer in Jahren.

Die Definition von „Ruhestand“ variiert je nach Situation.

Energiespeicherung für Gewerbe und Industrie Es gelten hohe Leistungsanforderungen, wobei die Lebensdauer typischerweise auf einen Kapazitätsverlust von 80 % festgelegt wird. Die Anforderungen an Energiespeicher für Privathaushalte können etwas weniger streng sein und mitunter nur 70 % betragen. Dieser Standard bestimmt direkt den nominellen Wert der Zyklenlebensdauer.

Wie wichtig ist die Lebensdauer des Zyklus?

Die Lebensdauer ist weit mehr als nur ein technischer Parameter; sie beeinflusst maßgeblich den wirtschaftlichen Wert und die Benutzerfreundlichkeit von Energiespeichersystemen:

Für gewerbliche und industrielle Anwender: Es ist die Lebensader für die Kapitalrendite.

Das Kerngewinnmodell von Energiespeichern für Gewerbe und Industrie basiert auf der Nutzung von Spitzenlastzeiten – dem Laden in Zeiten niedriger Strompreise und dem Entladen in Zeiten hoher Preise. Die Zyklenlebensdauer bestimmt direkt, wie lange dieses Prinzip des günstigen Einkaufs und teuren Verkaufs funktionieren kann.

Beispiel: Ein Energiespeicherkraftwerk führt einmal täglich einen vollständigen Lade-Entlade-Zyklus durch.

Bei Verwendung einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie mit einer Lebensdauer von 6000 Zyklen kann diese theoretisch etwa 16 Jahre lang betrieben werden (6000 Zyklen ÷ 365 Tage ≈ 16,4 Jahre).

Wenn jedoch im tatsächlichen Gebrauch hohe Temperaturen oder unsachgemäße Bedienung die Lebensdauer auf 4000 Zyklen verkürzen, sinkt die theoretische Lebensdauer rapide auf etwa 11 Jahre.

Dies bedeutet, dass sich die Zeit, die benötigt wird, um die Investition wieder hereinzuholen und einen Gewinn zu erzielen, erheblich verkürzt, was unter Umständen sogar die Durchführbarkeit des gesamten Projekts beeinträchtigen kann.

Eine längere Zykluslebensdauer bedeutet, dass man über die gesamte Lebensdauer hinweg mehr aus den Preisdifferenzen zwischen Höchst- und Tiefstständen herausholt.

Für private Nutzer: Es beeinträchtigt das Gefühl der Sicherheit im Hinblick auf den täglichen Stromverbrauch.

Energiespeicher für Wohngebäude Nutzer streben Eigenverbrauch, eine verbesserte Nutzung von Ökostrom und Notstromversorgung an. Da die Batteriekapazität mit zunehmender Zyklenzahl abnimmt, ist die unmittelbarste Folge eine verringerte Energiespeicherkapazität.

Ein neues System speichert beispielsweise 10 kWh, ausreichend für den nächtlichen Strombedarf. Nach einigen Jahren, wenn die Kapazität auf nur noch 7 kWh gesunken ist, reicht dies möglicherweise nicht mehr aus, um den gesamten nächtlichen Strombedarf zu decken. Dadurch müssen zusätzliche Strommengen aus dem Netz bezogen werden, was die Unabhängigkeit und Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt. Die sinkende Kapazität bedeutet auch kürzere Überbrückungszeiten bei Stromausfällen.

Kernbeziehung: Lebenszyklus und Stromgestehungskosten (LCOE).

Dies ist der Goldstandard für die Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Energiespeichern. Vereinfacht ausgedrückt: Die Stromgestehungskosten (LCOE) sind die durchschnittlichen Kosten der über die gesamte Lebensdauer des Batteriesystems freigesetzten Energie (Gerätekosten + Installations-, Wartungs- + Ersatzkosten) bezogen auf die gesamte Menge an Strom, die es abgeben kann.

Je länger die Lebensdauer, desto mehr Strom kann die Batterie insgesamt abgeben und desto niedriger sind die durchschnittlichen Kosten pro kWh.

Eine Batterie mit einer Lebensdauer von 10.000 Ladezyklen besitzt typischerweise die doppelte Gesamtentladekapazität einer Batterie mit 5.000 Ladezyklen. Auch wenn der Anschaffungspreis etwas höher ist, können die Kosten pro Kilowattstunde niedriger sein, wodurch sie sich langfristig als kostengünstiger erweist.

Unterschiedliche Batterien, unterschiedliche Lebensdauern

Der Energiespeicherbatterie Eine Familie besteht aus vielen Mitgliedern, von denen jedes einen deutlich unterschiedlichen Lebenszyklus aufweist, was eine maßgeschneiderte Auswahl erfordert:

Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP): Sie sind derzeit die gängigste Wahl für industrielle, gewerbliche und private Energiespeicher. Einer ihrer größten Vorteile ist ihre extrem lange Lebensdauer von in der Regel über 3000 Zyklen, wobei hochwertige Akkupacks sogar 8000 bis 10000 Zyklen erreichen. In Kombination mit ihrer hohen Sicherheit und den vergleichsweise niedrigen Kosten sind sie daher die bevorzugte Wahl für Anwendungen, die einen langfristig stabilen Betrieb und häufiges Laden und Entladen erfordern (wie beispielsweise die tägliche Nutzung von Lastspitzen in der industriellen und gewerblichen Energiespeicherung).

Ternäre Lithiumbatterien: Aufgrund ihrer höheren Energiedichte können sie mehr Energie bei gleichem Volumen oder Gewicht speichern und werden daher häufig in platz- und gewichtssensiblen Anwendungen eingesetzt (z. B. in Elektrofahrzeugen und einigen hochwertigen Energiespeichern für Privathaushalte). Ihre Zyklenlebensdauer ist jedoch typischerweise geringer als die von LFP-Batterien und liegt üblicherweise zwischen 1000 und 3000 Zyklen. Daher sind sie in stationären Energiespeicherszenarien, die eine lange Lebensdauer und hohe Zyklenzahlen erfordern, weniger wettbewerbsfähig.

Blei-Säure-Batterien : Eine traditionelle Technologie mit den niedrigsten Kosten, aber erheblichen Nachteilen: sehr kurze Lebensdauer, typischerweise nur 300 bis 500 Ladezyklen. Das bedeutet häufigen Batteriewechsel, was nicht nur unpraktisch, sondern langfristig auch kostspielig ist. Sie werden zunehmend durch andere Technologien ersetzt. Lithiumbatterien in stationären Energiespeichern, vorwiegend eingesetzt in kostensensiblen oder spezifischen Backup-Szenarien.

Flussbatterien: Vanadium-Redox-Flow-Batterien, wie beispielsweise die All-Vanadium-Redox-Flow-Batterie, sind vielversprechende Kandidaten für die Langzeitspeicherung von Energie über vier Stunden. Ihr Hauptvorteil liegt in ihrer extrem langen Lebensdauer von in der Regel über 10.000 Zyklen, mitunter sogar über 15.000. Das Funktionsprinzip beruht darauf, dass die Aktivmaterialien in einem externen Elektrolytbehälter gespeichert werden, wodurch der Elektrodenverschleiß beim Laden und Entladen minimiert wird. Ihre Nachteile sind jedoch ebenfalls offensichtlich: geringe Energiedichte (große Systemgröße), hohe Anschaffungskosten und Systemkomplexität. Sie eignen sich daher eher für den großflächigen Bedarf an extrem langfristiger Energiespeicherung im Netzbereich.