Tiger auf dem Sprung

Binnen Jahresfrist hat sich der Markt für stationäre Stromspeicher professionalisiert, das zeigt sich auf der Intersolar in München. Die Kosten purzeln, weil immer neue Werke entstehen.

Das kennen wir schon aus der Photovoltaik: Wie die Fertigung von Solarzellen und Solarmodulen lässt sich auch die Herstellung von Lithiumzellen und Batteriemodulen gut automatisieren. Besser gesagt: Um eine gleichbleibend hohe Qualität zu gewährleisten und die ganze Welt zu beliefern, werden vollautomatische Fabriken gebraucht. Während die chinesischen Hersteller von Solarpaneelen zuerst mit Manufakturen an den Start gingen, in denen Zehntausende Hände wirkten, springen die Anbieter von Batterien gleich ins Zeitalter der Automatisierung. Anders kann man die Kosten nicht drücken und die Qualität der Zellen garantieren.

Das beste Beispiel ist BYD aus Shenzhen, der früheren Sonderwirtschaftszone nördlich von Hongkong. Shenzhen war das Labor für Deng Xiaopings neue Wirtschaftspolitik. Nach Maos Tod stattete er die Region mit besonderen Vollmachten aus. In kurzer Zeit wurde aus dem Sand Südchinas eine Millionenmetropole gestampft, die sich beinahe nahtlos an Hongkong anschließt.

In drei Jahrzehnten entstand eines der weltgrößten Industriezentren. BYD wurde 1995 gegründet, mit einer Viertelmillion Renminbi Startkapital. Mittlerweile hat der Konzern weltweit 180.000 Mitarbeiter, der jährliche Umsatz übersteigt die Grenze von sieben Milliarden US-Dollar. Das Unternehmen ist an der Börse in Hongkong gelistet und macht in Informationstechnik, Mikrobatterien, Solarmodulen, klassischen und Elektroautos, Elektrobussen, neuerdings auch in stationärer Speichertechnik.

Zehn Prozent der Anteile von BYD hält Warren Buffet, der 2008 einstieg. 2011 verkündeten Daimler in Stuttgart und BYD eine Kooperation, um den kleinen Elektroflitzer Danza zu entwickeln und zu vertreiben.

In Deutschland ist die Firma durch den Generalimporteur Fenecon in Deggendorf vertreten, der die Lithium-Eisenphosphat-Batterien aus Shenzhen in seine Hybridspeicher einbaut. Die neue Linie wurde gerade angefahren, schon läuft sie auf Hochtouren. Rund 600 Meter lang ist das Werk, in dem bereits die zweite Linie installiert wird – mit Anlagentechnik aus Deutschland.

Mehr als 50 Tonnen Pulver werden jeden Tag gemischt, für die Kathoden, die aus Lithium und Eisenphosphat bestehen. Die daraus entstehende Slurry wird auf die Metallfolien aufgebracht (Coating). Als gegenpolige Elektrode (Anode) dient Grafit, das auf Kupferfolie abgeschieden wird. Die Dicke der Beschichtung variiert höchstens um zwölf Mikrometer, so präzise laufen die Maschinen.

Pro Minute werden 100 Meter beschichtet, jede Rolle fasst 6.000 Meter. Nach der Trocknung werden die Elektroden gewickelt, mit einem Separator zur Trennung. Das Sandwich wird in eine Alubox eingeführt. Es folgt ein Vakuumprozess, um Luft und Wasserdampf zu entfernen. Anschließend wird die Zelle mit organischem Lösungsmittel als Elektrolyt verfüllt und mit einem Laser luftdicht verschweißt. Auch die Lasertechnik stammt aus Deutschland.

720 Zellen pro Stunde

Jede Stunde wirft die neue Linie bis zu 720 Zellen aus. BYD verwendet ausschließlich stabile Alugehäuse, kein Plastik. Die kleineren Zellen haben eine Spannung von 3,3 Volt, die Kapazität beträgt 65 Amperestunden. Die größeren Zellen verfügen über 200 Amperestunden, neuerdings sogar über 270 Amperestunden, bei Abmaßen von 40 mal 40 mal sechs Zentimeter. Binnen kurzer Zeit haben die Ingenieure die Massenfertigung verfeinert und kitzeln 70 Amperestunden mehr aus der Einzelzelle.

Bis Jahresende wird die zweite Linie anlaufen. Dann stehen acht Gigawatt zur Verfügung. Zusammen mit einer älteren Fabrik im Landesinnern verfügt BYD dann über eine Gesamtkapazität von zehn Gigawatt im Jahr. Für den chinesischen Anbieter ist das Geschäft mit den „Eisenzellen“, wie sie im internen Jargon genannt werden, eine wichtige Option. Seit 1995 ist BYD in der Batterietechnik tätig. Am Anfang standen Bleispeicher und Zellen aus Nickel-Cadmium.

70 Prozent bei Mikrobatterien

Als OEM-Zulieferer fertigt BYD rund 300 verschiedene Mikrobatterien (Lithium-Polymer-Zellen) für nahezu alle Branchengrößen im Mobilfunkmarkt oder in der Elektronik. Nach eigenen Angaben beträgt der Anteil am Weltmarkt rund 70 Prozent. Allerdings fliegt BYD weitgehend unterm Radar, denn als OEM-Zulieferer ist man ausschließlich im Auftrag der Kunden unterwegs, ohne eigene Marke.

Darauf wollen sich die Chinesen nicht länger beschränken, nicht im vielversprechenden Markt der stationären Stromspeicher und nicht bei den Elektromobilen. Mit Fenecon bietet BYD mittlerweile auch in Europa eine umfangreiche Produktpalette von Speichern an, für gewerbliche und industrielle Anwendungen.

In die USA werden die Container dutzendweise verschifft, mit Großspeichern für den Regelleistungsmarkt. Insgesamt hat BYD weltweit rund 300 Megawattstunden installiert, davon 130 Megawattstunden mit den stationären ESS-Speichern. Während das Geschäft in den Vereinigten Staaten mit Speichercontainern für die Kraftwerksbetreiber brummt, ist der Markt in Europa eher kleinteilig. Hier dominieren die Speicher für Gebäude.

Neuer Kleinspeicher zur Intersolar

Neu auf den Markt kommt zur Intersolar der Kleinspeicher Mini ESS, der die Palette nach unten abrundet, für private Nutzer und Kleingewerbe. Fenecon hat beispielsweise Speichersysteme mit 40 Kilowattstunden und maximal 40 Kilowatt Wechselrichterleistung im Angebot.

Das kleinere ESS-System leistet neun Kilowatt (drei Laderegler mit je drei Kilowatt) und stellt in der Batterie (Zellen mit 270 Amperestunden) zehn Kilowattstunden zur Verfügung. Dieses System wird AC- oder DC-seitig angeschlossen. Wurde es vor Jahresfrist noch in zwei Schränken angeliefert, kommt es neuerdings mit einer Einheit aus. Der neue Minispeicher kann nur drei Kilowattstunden sammeln, der Wechselrichter leistet drei Kilowatt.

Verbaut wurden die Aluzellen mit 65 Amperestunden. Nach oben bietet das ESS bis zu 171 Kilowattstunden, die Leistung kann 150 Kilowatt erreichen. Die DC-Spannung aus dem Sonnengenerator liegt bei 680 bis 835 Volt.

Großer Aufwand für Tests

Um es einmal klar zu sagen: Die Chinesen verstehen ihr Geschäft. In China gehören sie zu den größten Anbietern von Elektroautos und Speichersystemen, mobil und stationär. Erst kürzlich wurde ein Liefervertrag über 2.000 elektrisch betriebene Busse nach Hangzhou (bei Schanghai) unterzeichnet.

Das riesige Werksgelände ist ein einziges Forschungslabor für Batterien, Elektroantriebe und Ladesysteme. Allein das Parkhaus, das 400 Plätze fasst, verfügt über 40 Ladestationen für Elektroautos, darunter zahlreiche Taxis. Sie dominieren das Straßenbild in Pingshan. Die Ladestationen reichen von 3,3 Kilowatt bis 22 Kilowatt, alle Anschlusstypen sind vorhanden, für DC-Ladung oder mit AC.

Zur Qualitätskontrolle der Lithiumzellen und der Batteriespeicher wurde ein eigenes Testcenter errichtet, mit Mittelspannungsanschluss (zehn Kilovolt). Auch die Montage der Batteriemodule erfolgt weitgehend automatisch.

Die Steuerung der Speichersysteme ist dreistufig aufgebaut. Jede Zelle hat eine eigene Überwachung, eine zweite Ebene kontrolliert die Batteriestrings, obenauf sitzt das Managementsystem des Batteriesystems.

Zwölf Werke in China

Im Testcenter werden die Batterien vielfältigen Prüfungen unterzogen, beispielsweise Rütteltests, Temperaturwechseltests von minus 60 bis plus 150 Grad Celsius oder Schlagtests. Die Aluzellen sind solide, viel fester als Plastikgehäuse.

Elektrisch werden die Zellen und Batterien mit bis zu 300 Ampere überprüft. Rund 150 Ingenieure sind damit beschäftigt, die stationäre Batterietechnik immer weiter zu verbessern.

Insgesamt hat BYD in China zwölf Werke, über alle Sparten hinweg. Rund 18.000 Ingenieure tüfteln an neuen Produkten, das ist ein Zehntel der Belegschaft. Alle Fäden laufen im sogenannten Hexagon zusammen. Es prägt das weitläufige Areal in Pingshan, allein hier arbeiten 40.000 Menschen.

Alle verfügbaren Dächer wurden mit Photovoltaik belegt, um die Stromkosten möglichst gering zu halten. BYD verfügt auch über eigene Werke, um Solarzellen und Solarmodule herzustellen, immerhin rund ein Gigawatt im Jahr. Allerdings ist das Unternehmen auch in dieser Sparte kaum sichtbar, denn offensives Marketing liegt den Chinesen nicht. In Kalifornien laufen zwei Werke für Elektrobusse, ein weiteres ist in Brasilien geplant.

Der Speichermarkt ist noch jung, sehr jung. Anders als in der Photovoltaik ist dieser Markt vom Beginn an durch hohe Vielfalt der Produkte und potente Anbieter mit großen Fabriken gekennzeichnet. Gute Produkte zu haben ist ein Muss. Doch mindestens ebenso wichtig ist die Marke, sprich: clevere Strategien im Verkauf.

Speicher bieten Regelleistung

Die Ampard AG aus Zürich betreibt seit Mitte Mai den Energy Pool von Fenecon, einem Anbieter von dezentralen Stromspeichern aus Deggendorf. Dazu werden die Solarstromspeicher in einem virtuellen Kraftwerk vernetzt, um dem Stromnetz Regelleistung zur Verfügung zu stellen.

Die Batteriesysteme werden mit der Steuerungssoftware Local Intelligence von Ampard ausgestattet. An den Erlösen aus der Dienstleistung werden die Besitzer der Anlagen beteiligt.

Freie Leistungsreserven des Wechselrichters (neun Kilowatt Anschlussleistung) werden an den Zentralrechner gemeldet. So wird ständig eine Regelleistung vorgehalten, um bei Frequenzabweichungen im Stromnetz in Sekundenschnelle zu reagieren. Dann kann der Speicher dem Netz die benötigte Leistung anbieten oder entziehen, um es zu stabilisieren.

Je schneller man Regelleistung erbringen kann, desto werthaltiger ist sie. Daher gibt es unterschiedliche Produkte in diesem Markt. Sekundärregelleistung und Minutenreserve werden von trägen Einheiten erbracht.

Für schnelle und leistungsstarke Stromspeicher bietet sich die wertvolle Primärregelleistung an. Wichtig sind weniger die Kilowattstunden – also die Batteriekapazität eines Speichers –, sondern vielmehr die am Wechselrichter verfügbare Leistung.

Eingesetzt werden die Solarstromspeicher Pro Hybrid nur für sehr kurze Leistungsimpulse. Der Batterieladezustand ändert sich dabei selten um mehr als ein Prozent. „Beim Einsatz eines Pro Hybrid lassen sich während der Lebensdauer für den Besitzer circa 8.000 Euro erwirtschaften“, rechnet Simon Summermatter vor, CEO der Ampard AG.

www.fenecon.de