In diesem Beitrag werden wir aufzeigen, dass eine Lithium-Batterie heute schon günstiger als eine Bleibatterie ist, wenn man die Kosten über den Zeitraum der Nutzung vergleicht.

Warum ist das so?

Beginnen wir zuerst mit der nutzbaren Kapazität von Lithium- und Bleibatterien. Bei einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie kann man ca. 90% der tatsächlichen Kapazität nutzen. Da diese tatsächliche Kapazität bspw. bei einer Liontron Batterie im Durchschnitt ca. 8-10% über der Nominalkapazität liegt, ergibt sich im Mittel eine reale Nutzbarkeit von 100% der Nominalkapazität.

Bei einer 100Ah AGM-Bleibatterie kann man lediglich die Hälfte der Nennkapazität (also 50Ah) nutzen, falls sie ca. 1000 Zyklen lang nutzbar sein soll. Dabei muss berücksichtigt werden, dass die AGM-Batterie dies nur schafft, wenn sie regelmäßig sofort nach der Entladung wieder bis zur Ladeschlussspannung aufgeladen wird. Das bedeutet, dass man eine 200Ah Bleibatterie benötigt, um die gleiche Kapazität einer 100Ah Lithium-Batterie zu erreichen, da bei der AGM Batterie nur 50% dieser Kapazität batterieschonend genutzt werden können. Weil diese Regeln im praktischen Gebrauch leider oft nicht beachtet werden, sind viele AGM Batterien oft schon nach 1 -3 Jahren so schwach, dass sie ersetzt werden müssen.

Effizienz

Während bei einer Lithium-Batterie 96-98% der eingespeisten Energie produktiv verbraucht werden kann, sind dies bei der AGM Batterie lediglich ca. 85-88%. Die Differenz wird in Wärme verwandelt und ist verloren.

Dadurch benötigt man bei einer Bleibatterie sogar mehr als 200Ah (nämlich ca. 220Ah) Kapazität, um dauerhaft die gleiche Menge Strom einer 100Ah Lithium-Batterie zu nutzen. Durch die höhere Effizienz benötigt man beim Einsatz von Lithiumtechnologie weniger PV-Leistung auf dem Dach, um eine vergleichbare nutzbare Menge Strom zu gewinnen.

Zyklenvergleich

Vorteile ergeben sich aber insbesondere in Hinblick auf die Anzahl der möglichen Lade- und Entlade- Zyklen. Das ist die Disziplin, in der die Lithium-Batterie jede Bleibatterie gnadenlos an die Wand spielt. Eine High-quality AGM-Batterie verfügt nach ca. 1000 Zyklen bei 50% Entladetiefe nur noch über ca. 80% Ihrer Ursprungskapazität. Dies gilt auch nur unter der Voraussetzung, dass sie nie mehr als wenige Stunden im teilgeladenen Zustand verbleibt.

Eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie hält ihre Ladekapazität dagegen bis zu ca. 3000 Ladezyklen weitgehend aufrecht. Danach verfügt sie noch über 80% dieser Ursprungskapazität und kann noch leicht weitere 7000 Zyklen weiterverwendet werden, falls die Restkapazität von dann ca. 60 % ausreichend ist. Dies ist der Grund, weshalb Lithium Batterien nach ihrer Nutzung als Antriebsbatterien im Auto noch einmal ein zweites Leben bspw. als Stromspeicher im Haus führen können. Wenn wir also das Zyklen-Leben der beiden Technologien vergleichen, ist die Lithium-Batterie der Bleibatterie mindestens dreifach überlegen.

Das bedeutet, dass wir dreimal eine 200Ah AGM-Batterie für rund 450 Euro pro Stück kaufen müssen, um auf die Zyklen Lebensdauer einer 100Ah Lithium-Batterie zu kommen.

Das Gewicht

Ein weiterer Vorteil ist das geringere Gewicht. Eine 100Ah Lithium-Batterie wiegt zwischen 13 und 15 kg. Eine 200Ah AGM-Batterie bringt leicht 55 - 60 kg auf die Waage. Wenn die Lithium-Batterie in ein mobiles System (wie bspw. in ein Wohnmobil) eingebaut ist, wird die Ersparnis an Treibstoff während eines 10-jährigen Fahrzeuglebens je nach Laufleistung in Kilometern enorm sein.

Stromentnahme

Hinsichtlich der möglichen kurzfristigen Stromentnahme ist eine Bleibatterie immer noch dann überlegen, wenn für wenige Sekunden eine große Menge Strom für den Start eines Motors im Auto entnommen werden muss. Dort sind bis zu 1000 Ampere für Sekunden üblich.

Deshalb werden Bleibatterien wahrscheinlich als Starterbatterien noch lange Zeit überleben. Kommt es allerdings zu hoher Stromentnahme über einen längeren Zeitraum, dann fällt die Spannung z.B. einer 12V Bleibatterie sehr schnell auf 11 Volt und tiefer.

Ist ein Wechselrichter mit 1.600 Watt AC-Leistung angeschlossen und wird diese Leistung z.B. für eine Kochplatte oder eine Kaffeemaschine benötigt, dann zieht der Wechselrichter 1.500 Watt : 12 Volt = 130 Ampere. Berücksichtigt man dabei die ca. 10 % Wandlungsverluste des Wechselrichters, ergeben sich in Summe ca. 143 Ampere Strombedarf, den die Batterie dauerhaft bereitstellen muss.

Selbst bei einer 100% vollgeladenen 200Ah AGM Batterie fällt bei 143 Ampere Entladung nach kurzer Zeit die Spannung auf unter 12V und tiefer, woraufhin dann der Wechselrichter wegen Unterspannung abschaltet. Dagegen kann eine 100Ah LiFePo4 Batterie wie z.B. die LIONTRON LX dauerhaft 150A abgeben, ohne dass die Spannung unter 12V sinkt.

Ladung der Batterie

Eine Bleibatterie benötigt einen mehrstufigen Batterielader, welcher die Batterie mit verschiedenen Ladestufen wie beispielsweise Haupt-, Erhaltungs- und Ausgleichsladung lädt. Die Ladespannung ist dabei auch von der Innentemperatur der Batterie abhängig. Gute Bleibatterie-Ladegeräte sind deshalb mit einem externen Temperatursensor ausgestattet, der fest auf der Oberseite der Bleibatterie montiert werden sollte. Wie wir wissen, sollte eine Bleibatterie möglichst kurz nach der Stromentnahme wieder sofort vollgeladen werden, wenn sie nicht schon viel früher als geplant einen vorzeitigen Tod wegen Sulfatierung sterben soll.

Diese gute Pflege ist z. B. bei einer Solaranlage im Sommer leicht möglich, aber im Winter nur schwer zu erreichen. Wir empfehlen unseren Kunden beim Einsatz einer Bleibatterie für eine möglichst lange Lebensdauer, diese in den Wintermonaten dauerhaft an ein Automatik-Ladegerät anzuschließen, so dass die Batterie lebensverlängernd gepflegt wird.

Zudem muss man wissen, dass die Vollladung einer Bleibatterie (von ca. 11V (leer) auf bis ca. 12,8V (voll) durchaus 12 Stunden und länger dauern kann. Dabei nimmt die Batterie zunächst einen sehr hohen Ladestrom auf und lässt sich zügig laden. Der Strom nimmt dann mit steigendem Ladezustand jedoch rapide ab, sodass die letzten 50% der Ladung deutlich mehr Zeit in Anspruch nehmen als die ersten 50%.

Da eine Bleibatterie wie bereits ausgeführt möglichst zwischen 50% und 100% Ladezustand gehalten werden muss, kann diese nur langsam geladen werden, da in diesem Zustandsbereich zwischen 50 % und 100% der Gesamtkapazität die Batterie pro Zeiteinheit eben nur relativ wenig Strom aufnehmen kann, selbst wenn das Ladegerät oder die Solaranlage eine höhere Ladeleistung erbringen könnte.

Bis zum Ladeschluss, bei dem die Batterie nur noch wenige Milliampere aufnimmt, kann es durchaus auch bis zu 18 Stunden dauern. Genau dieser Punkt der absoluten Vollladung sollte aber regelmäßig erreicht werden, um eine schädliche Sulfatierung zu vermeiden und eine akzeptable Lebensdauer der Bleibatterie zu erreichen.

Eine Lithium-Batterie kann mit konstantem Ladestrom in rund zwei Stunden vollgeladen werden, sofern das Ladegerät stark genug ist. Jeder kennt dies heute von seinem Handy. Dabei wird kein komplizierter Lader benötigt, sondern es kann durchgängig mit Hauptladung und konstantem Strom geladen werden. Moderne LiFePo4 -Batterien wie die Liontron können mit jedem beliebigen 12V Blei-Ladegerät mit einer Ladeschlussspannung zwischen 14,2V und 14,6V geladen werden. Selbst ein uraltes 13,8V Ladegerät aus der ersten Generation von 12V Gel-Batterien kann eine Lithium-Batterie laden. Dabei wird sie zwar bspw. nur bis zu 90% vollgeladen, aber dies schadet der Batterie überhaupt nicht.

Für den praktischen Gebrauch z.B. im Wohnmobil bedeutet dies, dass die Lichtmaschine des Fahrzeugs den nächtlichen Verbrauch der Lithium Batterie schon bei einer kurzen morgendlichen Fahrt zum Brötchen holen in kürzester Zeit wieder nachladen kann. Hierzu wäre dann aber ein Ladebooster erforderlich, der die Lithium Batterie mit einer ausreichend hohen Ladeleistung durch die „chronisch faule“ Fahrzeuglichtmaschine versorgt, sobald der Fahrzeugmotor läuft.

Eine Lithium-Batterie fühlt sich am wohlsten, wenn sie teilgeladen ist. Dies bedeutet, dass eine regelmäßige Vollladung wie bei der Bleibatterie nicht erforderlich ist und die Lebensdauer nicht verlängert. Wenn die Batterie längere Zeit nicht benutzt wird, sollte man sie halb geladen lagern und auch nach einem Jahr kann man sie wieder ohne Schaden in Betrieb nehmen. Ist eine Bluetooth-Überwachung in der Batterie vorhanden, sollte ca. alle sechs Monate etwas nachgeladen werden, weil diese Einrichtung permanent wenige Milliampere Strom verbraucht.

Überwachung

Offene Flüssigkeits-Bleibatterien benötigen eine regelmäßige Kontrolle und Wartung. Bei jedem Ladevorgang entweicht Wasserdampf, welcher als destilliertes Wasser nachgefüllt werden muss. Verschlossene Bleibatterien wie AGM oder GEL benötigen keine Pflege, sondern lediglich Überwachung der Abschaltung bei ca. 50% Entladung, sowie möglichst sofortige Vollladung nach jeder Entladung. Generell raten wir Kunden, die eine Bleibatterie einsetzen zum Einbau eines Batteriemonitors. Es zeigt vergleichbar einer Tankanzeige für Batterien den Ladezustand in Prozent, den Lade-/Entladestrom und die Batteriespannung an. Ein System von z.B. Victron mit Bluetooth Anzeige kostet rund 200 Euro und ist den Kosten für eine Bleibatterie hinzuzurechnen, wenn man diese mit einer Lithium-Batterie vergleicht.

Eine Lithium-Batterie hingegen muss nach der Installation für viele Jahre gar nicht gewartet werden. Das in jeder Batterie eingebaute Batteriemanagement-System (BMS) sorgt dafür, dass die Batterie vor jeglicher Fehlbehandlung geschützt wird. Es schaltet die Batterie bspw. bei Unterspannung und Überlastung ab und sofort automatisch wieder ein, sobald das Problem behoben ist.

In vielen Lithium Batterien sind Bluetooth Batterie Monitor-Systeme in Form einer Handy APP verbaut. Diese zeigen dem Anwender neben dem Ladezustand in Prozent auch den aktuellen Verbrauch, die Anzahl der bereits verbrauchten Zyklen sowie die Einspeisung an, die gerade von der angeschlossenen Solaranlage, vom Batterieladegerät oder der Lichtmaschine in die Batterie geleistet wird.

Sicherheit

Bleibatterien, auch solche, die geschlossen sind, sondern bei Ladung mit zu hoher Spannung sogenanntes Knallgas ab, welches bereits durch einen Funken zum Explodieren gebracht werden kann. Deshalb dürfen sie nur an gut belüfteten Orten verbaut werden. Lithium-Eisenphosphat-Batterien dagegen sind bei Test selbst durch den Beschuss mit Gewehrkugeln weder unkontrolliert abgebrannt noch explodiert. Sie gelten als die sicherste und langlebigste Lithium-Technologie.

Temperaturverhalten

Bei tiefen Temperaturen können Bleibatterien für kurze Zeit immer noch hohe Ströme abgeben. Dies aber wirklich nur für kurze Zeit. Dadurch kann man auch bei -40°C noch ein Auto starten. Allerdings nur, falls der Motor sofort anspringt. Wiederholte Startversuche quittiert die Batterie mit Versagen, da die Kapazität einer Bleibatterie bei sehr tiefen Temperaturen von -40 Grad bis auf 15% ihrer Nennleistung sinkt. Lithium-Batterien verfügen selbst bei sehr niedrigen Temperaturen bis -40°C noch über rund 80% ihrer Kapazität. Allerdings können die LiFePo4 Batterien bei Minustemperaturen zwar entladen, jedoch nicht geladen werden. Aus diesem Grund sollten LiFePo4 Batterien in sehr kalten Gegenden auch nicht im Freien verbaut werden.

Fazit

Bleibatterien haben ihre Daseinsberechtigung in zyklischen Anwendungen als Service-, Traktions- und Solarbatterie verloren. Sie sind moderner Lithiumtechnik in nahezu allen technischen Belangen und mittlerweile auch in finanzieller Hinsicht unterlegen, sobald man die Kosten für den Nutzungszeitraum zu Grunde legt. Lediglich als Starterbatterie und als Antriebsbatterie in Gabelstaplern bleibt diese Technologie wohl noch einige Zeit erhalten. Der Hauptgrund für den Erfolg der Bleibatterie bei Starterbatterien ist die niedrige Investition und die Tatsache, dass die Batterie beim Startvorgang nur um wenige Prozent entladen und dann nach dem Start des Motors unmittelbar wieder durch die Lichtmaschine geladen wird. Dadurch kann sie bei dieser Anwendung über einen Zeitraum von einigen Jahren gute Dienste leisten. Ähnlich ist es bei einem Gabelstapler, bei dem das hohe Gewicht der Bleibatterie von Vorteil ist und die Batterie nach einem 8 stündigen Einsatztag die ganze Nacht wieder geladen werden kann.

Der größte Unterschied zwischen Blei und Lithium zeigt sich für den Benutzer in der völlig stressfreien praktischen Anwendung. Es interessiert nun kaum noch, ob die Batterie gerade voll oder halb voll oder was auch immer ist.

Genau wie bei einem Handy schaltet die Batterie einfach ab, wenn ein Tiefststand erreicht ist und erwacht unmittelbar, wenn sie wieder geladen wird.