Was sind die Heraus­for­de­rungen
bei der Spei­che­rung von Solar­energie?

Viele euro­päi­sche Länder wollen bis 2050 eine Klima­neu­tra­lität errei­chen – Das heißt, eine Ener­gie­ver­sor­gung ohne Atom­kraft oder CO2-Ausstoß anbieten. Vor diesem Hinter­grund stieg die Ener­gie­leis­tung durch neu instal­lierte Wind­kraft- und Solar­an­lagen in den letzten Jahren deut­lich an, sodass knapp 45 Prozent des Stroms durch nach­hal­tige Ener­gie­quellen erzeugt wurden. Doch die Spei­che­rung der elek­tri­schen Energie gelingt nur teil­weise, da die Produk­tion nur kurz­fristig vorher­sehbar ist.

Das größte Problem bei der Einspei­che­rung ist die Ener­gie­form: Solar-, aber auch Wind­energie werden in Form von elek­tri­scher Energie – kWh el, also elek­tri­sche Kilo­watt­stunden – zur Verfü­gung gestellt. Spei­ch­er­formen, die elek­tri­sche Energie direkt und ohne Umwand­lung aufnehmen können, haben aller­dings begrenzte Kapa­zi­täten. Konden­sa­toren als direkte Spei­cher für elek­tri­sche Energie dienen eher einem kurz­fris­tigen Ausgleich von Last­spitzen, sind aber nicht geeignet, große Ener­gie­mengen zu spei­chern. Außerdem ist ihre Ener­gie­dichte zu gering, als dass sich eine Spei­che­rung lohnen würde.

Das Gleiche gilt für magne­ti­sche Spei­cher oder supra­lei­tende Magneten, die zwar eine hohe Leis­tungs­dichte, dafür aber eine geringe Ener­gie­dichte aufweisen. Die meist verbrei­teten Solar­strom­spei­cher sind elek­tro­che­mi­sche Spei­cher­sys­teme und basieren auf Blei­säure oder Lithium-Ionen. Bereits seit Jahr­zehnten haben sie sich in der Indus­trie und im Fahr­zeugbau bewährt.

Wärme­spei­cher stellen ebenso eine lukra­tive Spei­cher­va­ri­ante dar, obwohl auch hier ein Energie-Umwand­lungs­ver­lust entsteht. Über­schüs­sige elek­tri­sche Energie aus Solar kann genutzt werden, um Wärme über elek­tri­sche Heizungen zu erzeugen.

Chemi­sche Spei­cher sollen zukünftig auf den Power-to-X-Tech­no­lo­gien basieren. Beim Power-to-Gas-Verfahren kann Solar­energie in Wasser­stoff gespei­chert werden, der in Methan gebunden im Erdgas­netz zur Verfü­gung gestellt werden kann.

Bislang basieren Strom­netze häufig auf einer zentralen Strom­er­zeu­gung. Doch die zuneh­mende dezen­trale Ener­gie­er­zeu­gung durch Photo­vol­taik, Solar­thermie, Wind­kraft oder Biogas­an­lagen sowie die Verwen­dung von Ener­gie­spei­chern erfor­dert den Ausbau intel­li­genter Strom­netze, soge­nannte smart power oder smart grid-Systeme.

Die Schwan­kungen in der Strom­pro­duk­tion durch erneu­er­bare Ener­gien können mithilfe einer Verknüp­fung von vielen kleinen Strom­pro­du­zenten dyna­misch ausge­gli­chen werden. Privat­haus­halte oder Unter­nehmen, die ihre eigene Energie erzeugen, werden so zum Teil des großen Netz­werks – smart grid – und können aktiv am Strom­handel teil­nehmen.

Über diese digi­tale Netz­struktur können Erzeu­gung, Verbrauch und Spei­che­rung intel­li­gent gesteuert und die Beschrän­kungen der geogra­fi­schen Reich­weite über­wunden werden. Intel­li­gent erwei­terte Strom­netze ermög­li­chen zudem eine erleich­terte Anwen­dung im Bereich Haus­au­to­ma­tion. Eine kluge Steue­rung der mitein­ander vernetzten Geräte in einer intel­li­genten Tech­nik­zen­trale führt zu Ener­gie­ein­spa­rungen und damit zu Kosten­sen­kungen. So gelingt die häus­liche, dezen­trale Ener­gie­ver­sor­gung.