Brandgefahr bei Heimspeichern: Maßnahmen zum Schutz und KI-basierte Lösungen
Mit Photovoltaikanlagen und Stromspeichern können Privathaushalte ihre Stromversorgung autarker gestalten und Kosten sparen. Doch Der folgende Beitrag von Novum erläutert, welche Auslöser für Speicherbrände verantwortlich sind, welche Herausforderungen bei der Lösung des Problems bestehen, und stellt eine Lösung dafür vor.
Die autarke Erzeugung von „grünem Strom” zur effizienten Eigenversorgung bei gleichzeitiger Kostenminimierung ist für viele Haushalte in Deutschland eine vielversprechende Option. Wie eine Kurzstudie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE zeigt, gehören in diesem Kontext zu den wichtigsten aktuellen Trends der beschleunigte Zubau von Balkon- und Mini-PV-Anlagen mit einer Leistung von bis zu 2 Kilowatt-Peak (kWp) sowie der Zuwachs von Batteriespeichern durch die gekoppelte Installation mit PV-Anlagen.
Grundlegende Vorteile von der autarken Energieversorgung sowie speicherung umfassen die Einsparung von Energiekosten, einen Amortisationszeitraum von fünf bis sieben Jahren sowie die Möglichkeit, überschüssigen Strom in das Netz einzuspeisen und zu verkaufen. Neben den individuellen Vorteilen für die Nutzer ergeben sich ebenfalls allgemeine Vorteile wie CO2-Reduzierung und somit umweltschonende Energieerzeugung.
Seit Einführung von PV-Anlagen und Heimspeichern wurde über die Zeit jedoch deutlich, dass neben den Vorteilen auch Gefahren mit den neuen Technologien einhergehen können. Es ereigneten sich verschiedene Vorfälle von Speicherbränden, die durch defekte Zellen bedingt wurden. Daw wirft die Frage auf, ob Heimspeicher ohne Sicherheitsbedenken ins eigene Heim integriert werden können.
Ursachen von Speicherbränden
Insbesondere Photovoltaik-Speicher bestehen zumeist aus galvanischen Zellen, die in der Regel nur geringe Spannungen und Stromstärken aufweisen. Aus diesem Grund werden die Batteriezellen zu Batteriemodulen miteinander verschaltet. Dazu kommen Komponenten wie Belüftungen, Sicherheitskomponenten und Schaltelektronik, die für die Funktionalität zuständig sind.
Die Batteriemodule bergen wie jedes batteriebetriebene Gerät ein gewisses Brandrisiko. Dabei spielen das Alter der Batterie, Beschädigungen oder eine fehlerhafte Installation eine Rolle, die zu einer Erwärmung der Batterie und damit zu einer Brandentstehung führen können. Begünstigt wird dies durch die eingebauten Zellen, die bereits bei einer Temperatur von 150 Grad Celsius Feuer fangen. Bei einem Kurzschluss können sich die Zellen auf bis zu 700 Grad Celsius erhitzen und so alle umliegenden Zellen in Brand setzen. Dies ist eine Kettenreaktion, die durch Zellschäden und nachfolgende Kurzschlüsse ausgelöst wird. Insgesamt kann eine solche Kettenreaktion alle Zellen auf über 1.000 Grad Celsius erhitzen und damit den gesamten Speicher in Brand setzen. Das bloße Löschen eines brennenden Speichers ist daher in der Regel keine Lösung, da die Hitze im Speicher dadurch nicht reduziert werden kann. Die Feuerwehr muss gerufen und der Speicher aus dem Haus gebracht werden, damit er gefahrlos gelöscht und gekühlt werden kann.
Wodurch wird ein Brand begünstigt?
Speicherbrände können durch verschiedene Bedienungen zusätzlich begünstigt werden:
- schlechte Produktionsqualität der Batteriezellen oder Speicher
- starke mechanische Beschädigungen des Akkus wie Risse oder Dellen
- mechanische Beschädigungen des Speichers z.B. durch Umkippen oder Herausfallen aus der Wandhalterung
- starke thermische Belastungen durch hohe Umgebungstemperaturen oder starke Temperaturschwankungen
- Verschleiß oder überschrittene Lebensdauer der Zellen
Maßnahmen zum Schutz des Heimspeichers
Insbesondere die fachgerechte Installation, die Umgebung des Aufstellungsortes und die regelmäßige Wartung sind unverzichtbare Sicherheitsfaktoren, die bei der Installation eines Heimspeichers im eigenen Haus zu beachten sind.
Die größte und wichtigste Herausforderung zur Verhinderung von Bränden ist jedoch die frühzeitige Erkennung einer defekten Zelle im Speicher. Dies ist allerdings keine leichte Aufgabe. Es bedarf ein kontinuierliches Monitoring der Zellen, um den Ladezustand mittels dem State of Health (SoH) sowie dem State of Charge (SoC) zu ermitteln und direkte Veränderungen erkennen und berücksichtigen zu können.
Dieser Herausforderung der Batteriediagnose und überwachung hat sich Novum angenommen und mit dem „Storage Guard“ eine KI-basierte Lösung entwickelt. Diese wird heute von verschiedenen Heimspeicheranbietern eingesetzt, um defekte Zellen frühzeitig zu identifizieren und somit hohe Sicherheitsstandards zu gewährleisten.
Das Gerät überwacht kontinuierlich die Werte der Speicher und erkennt frühzeitig Anomalien, die auf Defekte oder Überhitzung hinweisen könnten. Dabei nutzt er KI als zuverlässige und effiziente Analysemethode. So können Probleme schnell erkannt und vorbeugende Maßnahmen ergriffen werden, bevor es zu einem Brand kommt. Bereits in der Planungsphase eines jeden Betreibers wird der Storage Guard eingesetzt, um alle notwendigen Prozesse darauf abzustimmen. Er ermöglicht es, die einzelnen Zellen rund um die Uhr zu überwachen und so auf kleinste Veränderungen und Unregelmäßigkeiten zu reagieren, bevor es zu Problemen oder gar Ausfällen kommt. Der dabei ablaufende Prozess umfasst eine hochpräzise Batteriezustandsbestimmung (SoC und SoH), die mittels KI ausgewertet wird. Der Storage Guard ist auf verschiedene Batterietypen anwendbar.
Hier finden Sie die Kurzstudie „Photovoltaik- und Batteriespeicherzubau in Deutschland“ des Fraunhofer Instituts ISE.
