10-mal günstiger als Lithium-Ionen-Akkus: Neuer Speicher für PV-Anlagen

Eine Thermalbatterie ist keine neue Erfindung. Das Prinzip, mit dem Energie in Form von Hitze eingespeichert und als Licht wieder freigesetzt wird, existiert seit Längerem. Bisher kamen die Thermalbatterien aufgrund ihrer schlechten Effizienz jedoch selten als echte Alternativen zur Lithium-Ionen-Batterie in Betracht. Das US-Start-up Fourth Power möchte das nun ändern. Ihr Ultrahochtemperatur-Energiespeicher soll zehnmal günstiger als Lithium-Ionen-Akkus ausfallen – und dennoch viel leistungsfähiger als bisherige thermische Batterien sein. Ein 1-MWh-Prototyp soll indessen beweisen, wie viel Potenzial in dieser Technologie steckt.

10-mal günstiger als Lithium-Ionen-Akkus und künstliche Sonne

Fourth Power ist eines von mehreren Unternehmen für thermische Energiespeichern, die vom Fonds Breakthrough Energy Ventures von Microsoft-Gründer Bill Gates unterstützt werden. Das Grundprinzip der neuen, thermischen Batterie ist dabei simpel. Sämtliche überschüssige Energie, die über PV-Anlagen produziert wird, kann genutzt werden, um das Material in einem isolierten Speichersystem zu erhitzen. „Sun in a Box“ (Sonne in einer Box), wie das Unternehmen die neue Thermalbatterie nennt, besteht dabei aus günstigen Graphitblöcken, die auf bis zu 2.500 Grad Celsius aufgeheizt werden. Neben den Graphitblöcken ist Zinn der wichtigste Bestandteil des thermischen Speichersystems, das als Wärmeleiter zwischen den Blöcken agiert.

Ein großer Vorteil von Zinn liegt darin, dass es bereits ab einer Temperatur von 232 Grad Celsius flüssig wird. Bei Temperaturen von 1.000 Grad oder mehr droht das flüssige Metall allerdings die Pumpen zu zerstören, die üblicherweise für die Zirkulation des Wärmeleiters zwischen den Blöcken sorgen. Fourth Power möchte dieses Problem durch den Einsatz einer neuartigen Keramikpumpe lösen, die weitaus größere Temperaturen verkraften kann. Sie soll fast die Hälfte der Temperatur der Sonne aushalten können, die eine Oberflächentemperatur von bis zu 5.600 Grad Celsius aufweist. Mit bis zu 2.800 Grad Toleranzbereich eignet sie sich hervorragend für den Einsatz mit den Graphitblöcken.  

Die Aufgabe der Pumpe liegt darin, das flüssige Zinn in einem Rohrsystem zwischen den Graphitblöcken zu bewegen. Dadurch kann dem thermalen Speichersystem wohl Energie hinzugeführt als auch entnommen werden. Soll die Entnahme erfolgen, leitet man das heiße Zinn durch viele schmale Graphitrohre in eine Reihe von Speicherzellen. Dabei beginnen die Rohre glühend weiß zu strahlen. Das freigesetzte Licht kann dann von sogenannten thermophotovoltaischen Zellen aufgefangen werden. Diese arbeiten ähnlich wie die uns bekannten PV-Zellen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln und erzeugen aus dem Licht so erneut elektrische Energie.

Hohe Temperaturen ermöglichen große Lichtausbeute

Bei solch hohen Temperaturen erfolgt fast die gesamte Energieübertragung in Form von Licht anstelle von Wärme. Dadurch steigt auch mit steigender Hitze entsprechend die Lichtausbeute an – und zwar um die 4. Potenz, weshalb sich das Start-up den Namen Fourth Power gab. Denn im Englischen steht dieser Begriff nicht nur für die „4. Macht“, sondern auch für die 4. Potenz, die umgangssprachlich gern als „hoch 4“ bezeichnet wird. Durch die große Hitze und der hohen Lichtausbeute soll die „Sun in a Box“ einen höheren Wirkungsgrad erreichen als bisherige Thermalbatterien. Aktuell strebt das Unternehmen einen Wirkungsgrad von 50 Prozent an. Dieser fällt im Vergleich zu herkömmlichen Lithiumbatterien, die über 90 Prozent besitzen, jedoch gering aus.

Durch die günstigeren Materialien ist das System jedoch um ein Vielfaches erschwinglicher als klassische Batteriespeicher. Allerdings eignet es sich nur begrenzt für eine Langspeicherung. Denn mit jeder Stunde, die die Hitze eingespeichert bleibt, verliert sie einen Prozentpunkt an Wirkungsgrad. Für eine Nachtspeicherung, die selten länger als 6 bis 8 Stunden andauert, eignet sie sich somit. Für eine dauerhafte Bevorratung des Solarstroms kommt sie jedoch nicht in Betracht. Fourth Powers Ermittlung der Kosteneffizienz klingt vielversprechend. Das System soll eine Kilowattstunde Energie mit weniger Kosten als 25 Dollar speichern können. Lithium-Ionen-Batterien kosten mit etwa 330 Dollar pro Kilowattstunde mehr als das Zehnfache. Selbst unter Berücksichtigung, dass ein Teil der Energie verloren geht, könnte sich Fourth Powers Konzept daher langfristig auszahlen.