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Forschung zu den Sicherheitsanwendungen von Lithiumbatterien in der Energiespeicherung von Wohngebäuden

Januar 09, 2025

Forschung zu den Sicherheitsanwendungen von Lithiumbatterien in der Energiespeicherung von Wohngebäuden


Mit der globalen Energiewende und der rasanten Entwicklung erneuerbarer Energien sind Lithiumbatterien aufgrund ihrer hohen Energiedichte, langen Lebensdauer und guten Umweltverträglichkeit zur bevorzugten Energiespeichertechnologie in privaten Energiespeichersystemen geworden. Die Sicherheitsprobleme im Zusammenhang mit Lithiumbatterien treten jedoch immer stärker in den Vordergrund und werden zu einem Schlüsselfaktor, der ihre weit verbreitete Anwendung in der privaten Energiespeicherung einschränkt. In diesem Artikel werden die Bedeutung und Notwendigkeit von Lithiumbatterien in privaten Energiespeicheranwendungen untersucht und analysiert.

Bedeutung von Lithiumbatterien in der Energiespeicherung im Wohnbereich


1. Verbesserung der Energieeffizienz

Lithiumbatterien haben einen höheren Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung, wodurch sie erneuerbare Energien wie Sonnen- und Windenergie effizient speichern und so Energieverschwendung reduzieren können. In Energiespeichersystemen für Privathaushalte können Lithiumbatterien überschüssige Sonnenenergie speichern, die tagsüber erzeugt wird, und sie nachts oder an bewölkten Tagen freigeben, wodurch eine optimale Energieverteilung und ein hoher Nutzungswirkungsgrad erreicht werden. Entsprechenden Untersuchungen zufolge kann der Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung von Lithiumbatteriespeichersystemen 90 % übersteigen, was deutlich höher ist als bei herkömmlichen Bleibatterien und anderen Speichertechnologien, wodurch der Wirkungsgrad bei der Energienutzung deutlich verbessert wird[1].


2. Verbesserung der Stromversorgungsstabilität

In abgelegenen Gebieten oder Regionen mit instabilen Stromnetzen können Energiespeichersysteme für Privathaushalte als Backup-Stromquellen dienen, um den Grundbedarf an Elektrizität für Haushalte zu decken. Lithiumbatterien können mit ihren schnellen Lade- und Entladefunktionen in kurzer Zeit große Energiemengen freisetzen und so Haushalte stabil mit Strom versorgen. Im Falle eines Netzausfalls oder einer unzureichenden Stromversorgung kann beispielsweise ein Lithiumbatteriespeichersystem schnell aktiviert werden, um lebenswichtigen Strom für Beleuchtung und Kommunikation bereitzustellen und so die durch Stromausfälle verursachten Unannehmlichkeiten und Verluste zu vermeiden[2].

3. Förderung der Integration erneuerbarer Energien

Angesichts der kontinuierlichen Zunahme der installierten Kapazität erneuerbarer Energien ist die effektive Nutzung dieser Ressourcen zu einem entscheidenden Thema geworden. Lithiumbatteriespeichersysteme können in Verbindung mit Geräten zur Erzeugung erneuerbarer Energie wie Photovoltaikmodulen und Windturbinen eingesetzt werden und überschüssige erneuerbare Energie speichern, um Verschwendung durch Überproduktion zu vermeiden. Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) wird der weltweite Anteil erneuerbarer Energien an der gesamten Stromerzeugung im Jahr 2023 30 % übersteigen, und der Einsatz von Lithiumbatteriespeichersystemen kann die Nutzung erneuerbarer Energien weiter verbessern und die Optimierung der Energiestruktur fördern[3].

Notwendigkeit von Lithiumbatterien zur Energiespeicherung in Wohngebäuden


Angesichts der sich verschärfenden globalen Energiekrise sind die Reserven an herkömmlichen fossilen Brennstoffen begrenzt und ihre Umweltverschmutzung schwerwiegend. Lithiumbatterien als Vertreter sauberer Energie können die Abhängigkeit von herkömmlichen Energiequellen verringern, den Energieverbrauch senken und die Kohlenstoffemissionen bei Energiespeicheranwendungen in Privathaushalten reduzieren. Laut IEA wird der weltweite Energiebedarf bis 2050 im Vergleich zu 2020 voraussichtlich um etwa 50 % steigen, und Lithiumbatteriespeichersysteme können den Druck auf die Energieversorgung wirksam verringern und so die Bewältigung der Energiekrise stark unterstützen[4].


  1. 1. Verbesserung der Energieautonomie der Haushalte

In Energiespeichersystemen für Privathaushalte können Lithiumbatterien Haushalten helfen, energieautark zu werden und die Abhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz zu verringern. Haushalte können Photovoltaikmodule und andere Geräte zur Erzeugung erneuerbarer Energie installieren, um den erzeugten Strom in Lithiumbatterien zu speichern und so den täglichen Strombedarf zu decken. Ähnliche Studien haben gezeigt, dass Haushalte, die Lithiumbatteriespeichersysteme verwenden, ihre Energieautonomie um mehr als 30 % steigern und so die Auswirkungen von Netzausfällen oder Stromversorgungsengpässen verringern können[5].

2. Gewährleistung der Stromsicherheit im Haushalt

Der Einsatz von Lithiumbatterien in der Energiespeicherung von Wohngebäuden kann eine sicherere und zuverlässigere Stromversorgung für Haushalte gewährleisten. Lithiumbatterien weisen eine bessere Sicherheitsleistung auf, und durch Echtzeitüberwachung und -schutz durch Batteriemanagementsysteme (BMS) können die Risiken von Überladung, Tiefentladung und Überhitzung wirksam verhindert werden. Beispielsweise kann das BMS Parameter wie Batteriespannung, -strom und -temperatur überwachen und Schutzmaßnahmen ergreifen, wie z. B. die Stromzufuhr abschalten oder das Kühlsystem aktivieren, wenn anormale Bedingungen auftreten, um die Sicherheit der Stromnutzung im Haushalt zu gewährleisten[6].


Sicherheitsprobleme bei Lithiumbatterien und -lösungen

Analyse von Sicherheitsproblemen

Während des Gebrauchs können bei Lithiumbatterien thermische Durchgehen, Feuer oder Explosionen auftreten, die auf Faktoren wie Alterung des Batteriematerials, Ausfall des Batteriemanagementsystems und äußere Umgebungsbedingungen zurückzuführen sind. Unvollständigen Statistiken zufolge gab es in den letzten Jahren weltweit mehrere Sicherheitsunfälle mit Lithiumbatteriespeichersystemen, die eine ernsthafte Bedrohung für das Leben von Menschen und die Sicherheit von Eigentum darstellten[7].


Erkundung von Lösungen

Um die Sicherheitsprobleme von Lithiumbatterien zu lösen, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden:

1. Verbesserungen beim Batteriematerial: Die Verwendung sichererer Batteriematerialien wie Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) oder Lithiumtitanat, die eine bessere thermische und chemische Stabilität aufweisen, kann das Risiko eines thermischen Durchgehens wirksam reduzieren[8].

2. Optimierung des Batteriemanagementsystems: Verbesserung der Intelligenz des BMS, um eine Echtzeitüberwachung und präzise Kontrolle des Batteriestatus zu erreichen. Durch die Einbindung von Big-Data-Analyse- und künstlichen Intelligenztechnologien ist es möglich, die Betriebsdaten der Batterien eingehend zu analysieren und frühzeitig vor potenziellen Sicherheitsrisiken zu warnen[9].

3. Verstärkte Sicherheitsmaßnahmen: Hinzufügen der erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen in Lithiumbatteriespeichersystemen, wie feuerbeständigen Materialien und automatischen Feuerlöschsystemen. Bei einem thermischen Durchgehen können diese Maßnahmen die Brandquelle schnell isolieren und die Flammen löschen, wodurch die Ausbreitung des Vorfalls verhindert wird[10].

4. Einrichtung von Standardisierungssystemen: Einrichtung und Verbesserung der Sicherheitsstandards für Lithiumbatteriespeichersysteme, einschließlich klarer Sicherheitsleistungsindikatoren, Testmethoden und Qualitätsanforderungen. Die Stärkung der Branchenregulierung gewährleistet die Qualität und Sicherheit von Lithiumbatterieprodukten und standardisiert den Markt[11].


Abschluss

Der Einsatz von Lithiumbatterien in der Energiespeicherung im Wohnbereich ist von großer Bedeutung und Notwendigkeit. Ihre hohe Energiedichte, lange Lebensdauer und gute Umweltverträglichkeit tragen maßgeblich zur Verbesserung der Energieeffizienz, zur Verbesserung der Stromversorgungsstabilität und zur Förderung der Integration erneuerbarer Energien bei. Die Sicherheitsprobleme von Lithiumbatterien können jedoch nicht ignoriert werden. Um den sicheren und zuverlässigen Betrieb von Lithiumbatterien in der Energiespeicherung im Wohnbereich zu gewährleisten, sind umfassende Maßnahmen wie die Verbesserung von Batteriematerialien, die Optimierung von Batteriemanagementsystemen, die Verbesserung von Sicherheitsschutzmaßnahmen und die Einführung von Standardisierungssystemen erforderlich. Nur so können wir die Vorteile von Lithiumbatterien in der Energiespeicherung im Wohnbereich voll ausschöpfen und die Optimierung der Energiestruktur und eine nachhaltige Entwicklung fördern.

Verweise

[1] Sun, Y., et al. „Überprüfung der Zustandsschätzung von Batteriespeichersystemen.“ Journal of Central South University (Natural Science Edition), 2024, 55(6): 2320–2333.
[2] Meng, G., et al. „Forschungsfortschritte bei der Erkennung von thermischem Durchgehen und Sicherheitskontrolltechnologien von Energiespeicherstationen für Lithium-Ionen-Batterien.“ High Voltage Engineering, 2024, 50(7): 3105–3127.
[3] Internationale Energieagentur (IEA). Global Energy Report 2023.
[4] Internationale Energieagentur (IEA).
[5] Zhao, L., et al. „Aktueller Stand der Sicherheitsbewertungsstandards für Lithium-Ionen-Batterien zur Energiespeicherung.“ Batteries, 2024, 54(2): 239–243.
[6] Huo, L., et al. „Entwicklungstrends von Sicherheitstechnologien in der Energiespeicherung von Lithium-Ionen-Batterien – Eine Patentdatenanalyse des aktuellen Entwicklungsstandes Chinas.“ Energy Storage Science and Technology, 2022, 11(8): 2671–2680.
[7] China Energy Storage Network News Center. „67 Unfälle bei der Energiespeicherung untersucht: 6 ereigneten sich 2023 in den USA, 1 in Frankreich, 1 in Taiwan.“ China Energy Storage Network, 2023 [2024-02-09].
[8] Meng, G., et al. „Forschungsfortschritte bei der Erkennung von thermischem Durchgehen und Sicherheitskontrolltechnologien für Energiespeicherstationen mit Lithium-Ionen-Batterien.“ High Voltage Engineering, 2024, 50(7): 3105–3127.
[9] Sun, Y., et al. „Überprüfung der Zustandsschätzung von Batteriespeichersystemen.“ Journal of Central South University (Natural Science Edition), 2024, 55(6): 2320–2333.
[10] Meng, G., et al. „Forschungsfortschritte bei der Erkennung von thermischem Durchgehen und Sicherheitskontrolltechnologien von Energiespeicherstationen für Lithium-Ionen-Batterien.“ High Voltage Engineering, 2024, 50(7): 3105–3127.
[11] Zhao, L., et al. „Aktueller Stand der Sicherheitsbewertungsstandards für Lithium-Ionen-Batterien zur Energiespeicherung.“ Batteries, 2024, 54(2): 239–243.


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