KI-gesteuerter Hybrid-Speicher soll als Sprunginnovation überzeugen

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Quelle: BOS AG

Eine zuverlässige Stromversorgung steigert den Lebensstandard der Menschen in Entwicklungsländern erheblich. Trotzdem haben noch immer über eine Milliarde Menschen weltweit keinen Zugang zu Strom, weil die Infrastruktur fehlt oder die Stromkosten zu hoch sind. Ein Team aus Forschenden um Dr. Matthias Breitwieser, der den Bereich Elektrochemische Energiesysteme am Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (IMTEK) und bei Hahn-Schickard leitet, hat mit der Balance of Storage Systems AG (BOS AG) im Projekt PLUG-in ein neuartiges Energiespeicher-Konzept erarbeitet. Verbunden mit einem bedarfsorientierten Finanzierungsmodell können die Vorzüge erneuerbarer Energie damit bald auch den Menschen beispielsweise in Indien oder Sub-Sahara-Afrika zur Verfügung stehen.

Das Projekt PLUG-in wurde ein Jahr lang im Rahmen der Sprunginnovations-Förderung vom BMBF gefördert. Die zugrundeliegenden Anforderungen des BMBF-Innovationswettbewerbs definierten einen sogenannten Weltspeicher, der die Leistungsfähigkeit bereits eingesetzter Stromspeicherlösungen erreicht oder übersteigt, dabei in Anschaffung und Unterhalt aber deutlich günstiger ist. Die umweltfreundliche Produktion der Speicherlösungen und die Kompatibilität mit Solaranlagen und regenerativen Stromerzeugern für den Einsatz in Industrie-, Schwellen- und Entwicklungsländern sind dabei wichtige Vorgaben.

Das Projekt-Konsortium entwickelte einen Prototyp für KI-basiertes Speichermanagement mit einer Eisen-Eisen-Redox-Flow-Batterie und innovativen Lösungsansätzen auf der Systemebene. Der Einsatz der besonders kostengünstigen Eisen-Eisen-Redox-Flow-Batterie wird durch Innovation auf der Systemebene optimiert: Eine kleindimensionierte Lithium-Batterie trägt zu einer hohen Leistungsdichte und gutem Wirkungsgrad des Gesamtsystems bei, die KI-basierte Steuerung sorgt für den optimalen Einsatz jeder Batterietechnologie und macht das System auch einfach zu installieren und sehr bedienungsfreundlich in der täglichen Anwendung. Der Backup-Speicher ist dabei in 10-kWh-Schritten, der Li-Speicher in 2kWh-Schritten skalierbar. Der KI-basierte Wechselrichter ist modular aufgebaut und kann von einphasigen Inselsystemen bis zur Einspeisung ins dreiphasige Stromnetz eine große Bandbreite an Anforderungen abdecken. Auch die nachträgliche Erweiterung durch einen wachsenden Energiebedarf ist im Konzept berücksichtigt.

Während Photovoltaik-Module immer günstiger werden, sind die heute verwendeten Lithium-Batteriesysteme noch recht teuer und die Amortisationszeiten zu lange für Kredite, die man in Schwellen- und Entwicklungsländer bekommen kann. Daher ist der sehr günstige und großdimensionierte Backup-Speicher in Gegenden ohne (stabiles) Stromnetz eine essenzielle Grundlage für eine zuverlässige Energieversorgung. Die verwendeten Materialien sind besonders umweltfreundlich.

Dieser kostengünstige Energiespeicher könnte auch die Energiewende in Industrienationen voranbringen: Neben dem Einsatz als besonders günstiger Photovoltaik-Heimspeicher in Europa ist der umweltfreundliche Langzeitspeicher auch eine attraktive Alternative zu Wasserstoff. Sowohl technologisch hinsichtlich der Wirkungsgrade und der Sicherheit als auch wirtschaftlich ist die Eisen-Redox-Flow-Batterie der Wasserstoff-Brennstoffzelle in der stationären Anwendung überlegen.

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