Was Betreiber von Batteriespeichern beachten müssen

Stationäre Batteriespeicher werden i. d. R. ebenso wie andere Komponenten einer PV-Anlage als CE-konforme und geprüfte Produkte verkauft. Die Herausforderung beginnt, sobald sie Teil eines kompletten Batteriespeichersystems mit Lastmanagement, Einspeisetechnik und den zugehörigen Energieerzeugern werden. Denn mit der Inbetriebnahme wird der Speicher als sogenanntes ortsfestes elektrisches Betriebsmittel zu einem Bestandteil der elektrischen Anlage eines Betriebs. Gemäß Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) ist hierfür eine Gefährdungsbeurteilung erforderlich. In ihr werden die Gefahren durch elektrische Energie systematisch ermittelt und geeignete Maßnahmen für deren Minimierung definiert. Für Arbeitsmittel und Anlagen mit erhöhtem Gefährdungspotenzial, zu denen Batteriespeicher abhängig von ihrer Leistung gehören können, sind die Anforderungen an Art, Umfang und Intervalle der Prüfungen in der Technischen Regel für Betriebssicherheit (TRBS) 1201 umrahmt.

Auch die Gesetzliche Unfallversicherung verlangt eine regelmäßige Überprüfung des Speichers durch eine Elektrofachkraft (DGUV Vorschrift 3) – und zwar dann, wenn die Speicher zur elektrischen Energieversorgung des Unternehmens gehören. Hier gilt das besondere Augenmerk dem Schutz gegen Kurzschluss, Brandgefahr und einen elektrischen Schlag.

Prüfanforderungen sind ­nutzungsabhängig

Entscheidend für die Anforderungen an die Integration eines Batteriespeichers und die Prüfpflichten ist die geplante Nutzung der Energie. Insbesondere bei Funktionen wie Netzersatzbetrieb, Notstromversorgung oder sicherheitsrelevanten Abschaltfunktionen müssen Verfügbarkeitsanforderungen, Lastprofile und Betriebsmodi exakt aufeinander abgestimmt sein.

Bei einem Inselbetrieb – also dem Ersatzbetrieb bei Netzausfall – zählen vor allem die Schutzmaßnahmen gegen einen elektrischen Schlag. Die Auslösezeit von Schutzeinrichtungen hängt von der Stärke des Kurzschlussstroms ab. Batteriespeicher weisen eine deutlich geringere Kurzschlussleistung auf als die Einspeisung aus dem Netz. Klassische Schutzeinrichtungen wie Schmelzsicherungen können die zulässigen Abschaltzeiten deshalb nicht unbedingt einhalten.

Darüber hinaus müssen Batteriespeicher, um die korrekte Funktion zu gewährleisten, zwingend vernetzt kommunizieren: mit den einspeisenden Anlagen wie PV-Anlagen oder Blockheizkraftwerken über die Gebäudehauptverteilung bis hin zu steuerbaren Verbrauchern im Lastmanagement, bspw. mit der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge. Weil Letztere im Gegensatz zu sicherheitsrelevanten Funktionen lediglich eine eingeschränkte Versorgungssicherheit erfordert, sind Ausfälle und Unterbrechungen hier tolerierbar. Der strukturierte Prüfplan sollte deshalb immer im Hinblick auf die geplante Nutzung und das Gesamtsystem erstellt werden.

Auch das Risiko bestimmt Bedarf

Den Prüfbedarf für stationäre Batteriespeicher bestimmt nicht allein deren Kapazität, sondern auch das Risiko, das von ihnen ausgeht. Entscheidend sind hohe Spannungen, die gespeicherte Energiemenge, die eingesetzte Speichertechnologie, das Umfeld des Speichers oder mögliche Brandlasten. Mit steigender Speicherkapazität und zunehmender Systemkomplexität steigt i. d. R. auch das Gefahrenpotenzial. Dies wirkt sich direkt auf die sicherheitstechnische Bewertung und die Prüfanforderungen aus. Zu den konkreten Anforderungen gehört u. a., dass Betrieb, Wartung und Prüfung systematisch erfolgen müssen. Beschrieben sind diese in der DIN VDE 0105-100/A1 (Betrieb/Prüfung von elektrischen Anlagen). Darüber hinaus ist zu bewerten, wie ein Speicher im Falle eines Brandes gelöscht werden kann – denn bedingt durch das thermische Durchgehen von bestimmten Lithium-Ionen-Akkumulatoren ist hierfür ein erhöhter Löschmittel-Einsatz erforderlich. Brandtemperaturen und auch der Druckstoß im Falle des Thermal-Runaway müssen beachtet werden – z. B. auch bei der Auswahl von Materialien für Brandschottungen.

Speichertechnologien im Überblick

Die gängigste Technologie (in 95 % der Neubauten), um Solarstrom zu speichern, sind die beschriebenen Lithium-Ionen-Systeme mit verschiedenen chemischen Zusammensetzungen. Diese können in Folge von Zellschäden in Brand geraten. Auch kann es dabei zu Druckstößen kommen. Gleichzeitig können toxische Gase entstehen oder das eingesetzte Löschwasser durch Elektrolyte kontaminiert werden.

Für höhere Zyklenzahlen und Kapazitäten ab 100 kWh werden immer häufiger Redox-Flow-Systeme eingesetzt. Diese speichern die Energie im Unterschied zur klassischen Batterie in flüssigen Elektrolyten in einem externen Tank. Die Elektrolyte können korrodieren und müssen deshalb gemäß der BetrSichV und der Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV) als Gefahrstoffe betrachtet werden.

Anwendungen mit geringerer Energiedichte oder Pilotprojekte verwenden vielfach Natrium-Ionen-Batterien. Deren Gefahrenpotenzial ist – bezogen auf das Thermische Durchgehen und die Empfindlichkeit gegen mechanische Beschädigung – geringer als das anderer Technologien, es fehlt allerdings noch an Langzeiterfahrungen. Im Spitzenlastmanagement finden sich auch hybride Lösungen, z. B. eine Kombination aus Batterie und Schwungrad oder Kondensatoren. Dabei übernimmt die Batterie die längerfristige Energieversorgung, während Schwungräder oder Kondensatoren sehr kurzfristig hohe Leistungen bereitstellen.

Vorgaben zum Aufstellort

In einigen Bundesländern gelten ab einer Nennkapazität von mehr als 20 kWh die Anforderungen nach der Verordnung über den Bau von Betriebsräumen für elektrische Anlagen (EltBauVO). Diese fordert einen eigenen Aufstellraum mit mindestens feuerhemmenden Bauteilen und geeigneten Lüftungsmaßnahmen. Ab einer Gesamtkapazität von mehr als 100 kWh schreibt die EltBauVO in den betroffenen Bundesländern zusätzlich die Möglichkeit der Entrauchung sowie eine selbsttätige Löschanlage vor. Die Unterbringung des Batteriespeichers in einem separaten Container ist im Brandfall für die Feuerwehr vergleichsweise gut handhabbar, da er kontrolliert ausbrennen kann. Im Gebäude hingegen ist die Situation viel komplexer. Neben dem Speicher muss hier auch die Bausubstanz geschützt werden. Einige Hersteller bieten spezielle Löschtrainings für die Einsatzkräfte an.

Warum eine Kapazitätsprüfung wichtig ist

Nicht nur die Sicherheit muss regelmäßig überprüft, sondern sollte auch betrachtet werden, ob die Nennleistung (noch) erbracht wird. Weil ihre Kapazität über die Lebensdauer abnimmt, sollten die Speicher auf jeden Fall vor Ablauf der Gewährleistung überprüft werden. Die gesetzliche Gewährleistungsfrist beträgt i. d. R. zwei Jahre. Viele Hersteller stationärer Batteriespeicher gewähren jedoch freiwillige Garantien über fünf Jahre oder mehr – insbesondere auf die Leistungsfähigkeit (Kapazität) ihrer Systeme. Die freiwillige Prüfung der Kapazität lässt sich sehr gut mit den ohnehin gesetzlich vorgeschriebenen Sicherheitsprüfungen verbinden.