Insbesondere in dicht bebauten Gebieten oder in sicherheitskritischen Umgebungen kann ein Brand katastrophale Auswirkungen haben. Daher müssen Betreiber von Batteriespeichern die Gefährdung umfassend beurteilen und ein Brandschutzkonzept erstellen. Angemessene Schutzmaßnahmen sind zu ergreifen. Dieser Bericht liefert mögliche Gründe für thermisches Durchgehen und beschreibt präventive Maßnahmen, um für den Ernstfall gewappnet zu sein.
Das thermische Durchgehen einzelner Batteriezellen und dadurch verursachte Brände von stationären Batteriespeichern können verschiedene Gründe haben. Die Ursache ist immer ein interner Kurzschluss. Dieser kann beispielsweise durch mechanische Beschädigungen der Batteriemodule, aus unsachgemäßer Handhabung oder äußeren Einwirkungen verursacht werden. Zudem können Fehlfunktionen in der Software, die unter anderem das Laden und Entladen der Batterie steuert, zu gefährlichen Situationen führen. Beispielsweise kann eine Softwarefehlfunktion die Überladung der Batterie und damit Thermal Runaway verursachen. Ein weiterer Grund ist die Bildung von Dendriten. Darunter versteht man die Ansammlung von Lithium an der Anode der Batteriezelle, die besonders bei älteren Batterien auftritt.
Dendriten erzeugen internen Kurzschluss
Die nadelförmigen Lithium-Dorne können den Separator durchdringen und einen internen Kurzschluss verursachen. Die Temperatur steigt sehr schnell an, Lösungsmittel im Elektrolyt verdampft, der Druck in der Speicherzelle steigt und kann sie sprengen.
Der Brandschutzleitfaden des Bundesverbands für Energiespeichersysteme (BVES) unterstreicht die Bedeutung des Brandschutzes bei Lithium-Ionen-Großspeichern. Er gibt detaillierte Empfehlungen zu sicherheitsrelevanten Anforderungen.
Leitfaden zum Brandschutz
Insbesondere bei mittlerem bis hohem Risiko wird eine bauliche Trennung mit klassifiziertem Feuerwiderstand sowie eine automatische Brandmelde- und Löschanlage empfohlen. Es ist entscheidend, dass der Brandschutz sowohl nach innen als auch nach außen wirksam ist, um den Batteriespeicher und seine Umgebung vor Brand und Explosionen zu schützen.
Da Batteriespeicher als bauliche Anlagen gelten, müssen zudem Vorschriften aus den Landesbauordnungen und den landesbaurechtlichen Regelungen eingehalten werden. Die Beachtung der Baugenehmigung obliegt dem Bauherren oder Betreiber. Neben baurechtlichen Aspekten sind Arbeitsschutz, Umweltschutz, Versicherungsfragen sowie Betreiberinteressen zu berücksichtigen. Der Brandschutzleitfaden des BVES bietet wichtige Richtlinien für den sicheren Betrieb von stationären Batteriespeichern. Auch in anderen Ländern existieren spezifische Merkblätter und Richtlinien für den Brandschutz bei Lithium-Ionen-Batteriespeichern. Beispiele sind das VKF-Merkblatt in der Schweiz, die OIB-Richtlinie in Österreich und die PGS 37.2 in den Niederlanden.
Zudem stellen Sachversicherer, Aufsichtsbehörden und die Feuerwehr spezifische Anforderungen an den Brandschutz. Es wird erwartet, dass sich solche Richtlinien in den nächsten Jahren auf ganz Europa ausweiten werden, was die Sicherheit und den Brandschutz von Batteriespeichern weiter verbessern dürfte.
Sichere Lösung ab 80 Kilowattstunden
Denios hat mit dem Power Safe eine Innovation entwickelt, die Energiespeicher in Gebieten mit besonderen Sicherheitsanforderungen voranbringt. Der Power Safe ist in verschiedenen Größen erhältlich, angefangen von Gewerbespeichern mit 80 Kilowattstunden bis zu 1,6 Megawattstunden.
Aufgrund seiner modularen Skalierbarkeit wird das System an spezifische Kundenanforderungen angepasst. Die zentralen Komponenten sind prismatische Lithiumzellen in Kombination mit der innovativen Steuerung von Tesvolt, die patentiert und TÜV-zertifiziert ist.
Hoher Widerstand gegen Feuer
Darüber hinaus integriert Power Safe weitere Tools, wie die zertifizierte Doppelrahmenkonstruktion, die einem Brand von innen oder außen für mindestens 90 oder 120 Minuten standhält (REI 90/120). Somit kann das System unmittelbar an Gebäuden platziert werden. Das ermöglicht die Aufstellung in Ballungsgebieten ohne zusätzliche bauliche Maßnahmen. Weiterhin ist eine Auffangwanne mit DIBt-Zulassung integriert, die die Aufstellung in Wasserschutzgebieten erlaubt und genehmigungsfähig macht.
Durch die Kombination von Schutzmaßnahmen und kontinuierlicher Überwachung der Speichersysteme wird dem Betreiber genügend Zeit für eventuelle Notfallmaßnahmen eingeräumt. Im Inneren verbaute Sensoren in Kombination mit intelligenten Kontrollsystemen unterstützen bei der Überwachung, indem sie wichtige Parameter wie Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit permanent messen.
Risiken senken, Sicherheit erhöhen
Bei Abweichungen von definierten Grenzwerten löst das System einen Alarm aus und benachrichtigt den Betreiber per E-Mail oder SMS. Zusätzliche Sicherheit bieten ein Feuerwehranschluss für Löscharbeiten sowie eine spezielle Druckentlastungsfläche.
Thermal Runaway und daraus resultierende Brände in stationären Batteriespeichern stellen ernsthafte Risiken dar. Durch die Identifizierung und das Verständnis der Hauptursachen – mechanische Beschädigungen, Softwarefehler und Dendriten – können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die Risiken zu minimieren. Die Komplettlösung des Power Safe bringt alle Voraussetzungen mit, um den Ausbau der Speichersysteme voranzutreiben.
Foto: Denios
Aktuelles Video
Tim Yuan von Ampace: Neue Technik regelt die Betriebstemperatur von Stromspeichern
PV Guided Tours: Welche Technologie steckt hinter der sicheren, zuverlässigen und kostengünstigen Temperaturregelung für Batteriespeicher von Ampace? Gemeinsam mit CTO Dr. Tim Yuan schauen wir uns das Zero-Cooling- und Zero-Air-Conditioningsystem an.
https://www.photovoltaik.eu/videos/pv-guided-tours-2024
Foto: Vorsatz Media
Fraunhofer ISE
Batterieforschung im neuen Kompetenzzentrum gestartett
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat ein neues Forschungszentrum für Batterien eingeweiht. Die Labore stehen im Freiburger Industriegebiet Haid. Aufgaben sind die Nachhaltigkeit, Sicherheit und Performance von Batteriespeichern. Rund 3.700 Quadratmeter Laborfläche stehen zur Verfügung. Hier wird das Fraunhofer ISE auch die Entwicklung von Second-Life-Speichern aus gebrauchten Batteriezellen aus der Elektromobilität vorantreiben.
https://www.ise.fraunhofer.de/
Die Autorin
Denios
