Akkus und Batterien im Bauwesen

Das Leben heute wäre ohne sie unvorstellbar, für viele wahrscheinlich sogar unmöglich. Batterien und Akkus sind ein Allzweckhelfer mit großem Potential und noch größerem Einsatzgebiet. Im Bauwesen werden sie an allen Ecken und Enden eingesetzt. Das fängt beim Bau eines Hauses an, wo der Handwerker als erste Amtshandlung seine Verteilersteckdose in eine Ecke stellt und die 4 Steckplätze mit Steckern der Akkuladegeräte seiner Werkzeuge bestückt. Ist das Haus dann gebaut, findet man Batterien und Akkus in allen möglichen Geräten und vermehrt auch in der Haustechnik.

Der Begriff der Batterie muss man nicht mehr groß erklären. Technisch gesehen besteht sie aus miteinander verbundenen galvanischen Elementen bzw. Zellen, in denen zwei Elektroden durch ein Elektrolyt – einer elektrisch leitenden Flüssigkeit – verbunden werden. Durch den Transport von Ionen von der einen (Anode) zur anderen Elektrode (Kathode) entsteht eine Spannung zwischen den Elektroden und elektrischer Strom fließt. Akkus funktionieren ähnlich, haben gegenüber Batterien jedoch den Vorteil, dass sie durch Umkehr der Stromrichtung wieder aufgeladen werden können. Beim Aufladen wird hier elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt, beim Entladen geht es umgekehrt.

Die charakteristischen Eigenschaften einer galvanischen Zelle, egal ob als Batterie oder als Akku verwendet, kann man durch ihre Spannung, ihre Kapazität oder ihre Stromstärke beschreiben. Kapazität bzw. Stromstärke sind durch die Größe der Elektroden in Akku oder Batterie bestimmt, die Spannung ist abhängig vom Material der Elektroden. Werden galvanische Zellen in Reihe geschaltet, führt dies zu einer Steigerung der nutzbaren elektrischen Spannung. Bei einer Parallelschaltung wird die Kapazität und die Belastbarkeit der so entstandenen Batterien durch hohe Ströme gesteigert.

Doch obwohl Akkus wiederaufladbar sind, weisen sie ein paar technische Probleme auf, die es auch im Bauwesen zu kennen gilt. Zum einen kann ihre Lebensdauer beim Ladevorgang durch zu hohe Spannungen bzw. durch Überladung negativ beeinträchtigt werden. Ladegeräte für hochwertige Werkzeuge stellen daher den Ladestrom optimal für den Akku ein und zeigen dessen Ladezustand am Gerät an. Die besseren heute am Markt erhältlichen Ladegeräte für Akkus sind als Schnellladegeräte ausgelegt und erreichen trotz hoher Kapazitäten und Stromstärken der Akkus Ladezeiten unter 1 Stunde, was für Handwerker natürlich ein großer Vorteil ist.

Nachteilig ist des weiteren die Selbstentladung einiger Akkutypen, deren Größe auch vom Alter des Akkus sowie von der Umgebungstemperatur abhängt. Bei den gängigen Akkutypen beträgt die Selbstentladung zwischen 2% und 15% der gespeicherten Energie. Darüber hinaus haben Akkus gegenüber Batterien den Nachteil, dass sie über eine geringere Energiedichte verfügen, also bei gleicher Kapazität und gleicher Umgebungstemperatur größer sein müssen.

Dazu gibt es unterschiedliche Akkutechnologien, die jeweils alle ihre Vor- und Nachteile haben. Um die wichtigsten zu nennen:

  • Nickel-Cadmium (NiCd)
    Das sind Akkus (fast) der ersten Stunden, die noch mit einigen Nachteilen verknüpft sind. Das ist zum einen der Memory-Effekt, der sich dadurch bemerkbar macht, dass sich der Akku den Ladezustand bei nicht 100%iger Entladung ‚merkt‘ und nach Wiederaufladung nicht weiter entladen werden kann, was zu Einbußen in der Kapazität führt. Zum anderen kommen hochgiftigen Cadmium-Verbindungen zum Einsatz, die eine Entsorgung schwierig machen.
  • Nickel-Metallhydrid (NiMH)
    Als Nachfolger der NiCd-Akkus schon ausgereifter, aber noch nicht perfekt. Ihre Energiedichte ist sehr hoch und sie besitzen kaum einen Memory-Effekt mehr, doch ihre hohe Selbstentladung wirkt sich sehr nachteilig aus und ihre Lebensdauer ist gering. Nachteilig für das Bauwesen ist auch die große Temperaturabhängigkeit.
  • Lithium-Ionen (Li-Ion)
    Das ist der jüngste am Markt großflächig erhältliche Spross der Akku-Familie und heute bei Akkuwerkzeugen eigentlich überall eingesetzt. Die Energiedichte konnte noch einmal gesteigert werden und sie entladen sich kaum selber. Hingegen zeigen auch sie Schwächen bei geringen Umgebungstemperaturen und sind in der Anschaffung recht teuer, da sie u.a. spezielle Ladegeräte benötigen.

Neben der schon angesprochenen Anwendung von Akkus in Werkzeugen und Haushaltsgeräten werden im Bauwesen aber auch vermehrt Batterien in der Haustechnik zur Speicherung elektrischer Energie eingesetzt. Gefördert wird dieser Trend durch die Möglichkeit, sich bei Einsatz von Solarzellen von den Stromlieferungen durch den Energieversorger ’seines Vertrauens‘ bis zu einem gewissen Grad unabhängig machen zu können. Wie auch auf der Intersolar 2012 von vielen Ausstellern bereits gezeigt wurde, sind Systeme zur Speicherung elektrischer Energie sehr gefragt, nicht mehr ganz unerschwinglich und technisch auch brauchbar.

Ein gutes Beispiel für den Einsatz von Batterien in der Haustechnik zur Speicherung lokal produzierter Energie ist das ‚Effizienzhaus Plus‚, das vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) ins Leben gerufen wurde und zur Zeit in Berlin nicht unweit vom Kurfürstendamm besichtigt werden kann. Diese Musterhaus soll 16.000 Kilowattstunden (KWh) an Energie soll pro Jahr erzeugen können – Energie, die durch elektrische Geräte sowie die Heizung, Lüftung und Warmwasserbereitung des Hauses nicht sofort verbraucht werden kann, sondern sinnvollerweise vor Ort zwischengespeichert wird. Das geschieht entweder in Batterien (die sich aus Gründen des Brandschutzes außerhalb des Hauses befinden) oder in den beiden Elektroautos, die zum Haushalt gehören.

Die Batterie in diesem Haus der Zukunft ist ein Prototyp und besteht aus 7.250 Batteriezellen mit einer Kapazität von 40 kWh. Das sollte theoretisch ausreichen, um die elektrischen Verbraucher des Hauses sowie die Elektroautos auch ohne Sonnenschein 2 Tage am Laufen halten zu können. Darüber hinaus ist der Prototyp noch sehr umweltschonend, da für ihn ausgediente Notebookbatterien aus einer elektrischen Version des ‚Mini‘ von BMW verwendet wurden. Diese wurden zwar aus dem Auto ausgebaut, als sie nur noch 80% ihrer ursprünglichen Ladekapazität besaßen, doch für den Einsatz in einem Haus war das noch gut genug.

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