Solarbetriebene Straßenlaternen sind zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner städtischer Infrastruktur geworden und bieten eine umweltfreundliche und kostengünstige Beleuchtungslösung. Diese Leuchten nutzen verschiedene Batterietypen, um die tagsüber von Solarzellen erzeugte Energie zu speichern.
1. Solarstraßenlaternen verwenden üblicherweise Lithium-Eisenphosphat-Batterien:
Was ist eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie?
Eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie ist eine Art Lithium-Ionen-Batterie, die Lithium-Eisenphosphat (LiFePO₄) als Kathodenmaterial und Kohlenstoff als Anodenmaterial verwendet. Die Nennspannung einer einzelnen Zelle beträgt 3,2 V, die Ladeschlussspannung liegt zwischen 3,6 V und 3,65 V. Beim Laden lösen sich Lithium-Ionen vom Lithium-Eisenphosphat und wandern durch den Elektrolyten zur Anode, wo sie sich im Kohlenstoffmaterial einlagern. Gleichzeitig werden Elektronen von der Kathode freigesetzt und fließen über den externen Stromkreis zur Anode, um das Gleichgewicht der chemischen Reaktion aufrechtzuerhalten. Beim Entladen wandern Lithium-Ionen durch den Elektrolyten von der Anode zur Kathode, während Elektronen über den externen Stromkreis von der Anode zur Kathode fließen und so Energie an die Umgebung abgeben.
Die Lithium-Eisenphosphat-Batterie vereint viele Vorteile: hohe Energiedichte, kompakte Größe, schnelles Laden, Langlebigkeit und gute Stabilität. Allerdings ist sie auch die teuerste aller Batterien. Sie ermöglicht typischerweise 1500–2000 Tiefentladungen und hat bei normalem Gebrauch eine Lebensdauer von 8–10 Jahren. Sie ist in einem breiten Temperaturbereich von -40 °C bis 70 °C einsetzbar.
2. Kolloidale Batterien, die häufig in Solarstraßenlaternen verwendet werden:
Was ist eine kolloidale Batterie?
Eine Kolloidbatterie ist eine Art Blei-Säure-Batterie, bei der der Schwefelsäure ein Geliermittel zugesetzt wird, wodurch der Elektrolyt in einen gelartigen Zustand übergeht. Diese Batterien mit ihrem gelierten Elektrolyten werden als Kolloidbatterien bezeichnet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Blei-Säure-Batterien weisen Kolloidbatterien verbesserte elektrochemische Eigenschaften auf, die auf der Elektrolytstruktur basieren.
Kolloidale Batterien sind wartungsfrei und umgehen damit die häufigen Wartungsprobleme herkömmlicher Blei-Säure-Batterien. Ihre interne Struktur ersetzt den flüssigen Schwefelsäure-Elektrolyten durch eine gelartige Variante, was die Energiespeicherung, die Entladekapazität, die Sicherheit und die Lebensdauer deutlich verbessert und sie ternären Lithium-Ionen-Batterien in puncto Preis teilweise sogar übertrifft. Kolloidale Batterien funktionieren in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 65 °C und eignen sich daher auch für den Einsatz in kälteren Regionen. Sie sind zudem stoßfest und können unter verschiedenen rauen Bedingungen sicher verwendet werden. Ihre Lebensdauer ist mindestens doppelt so lang wie die von herkömmlichen Blei-Säure-Batterien.
3. NMC-Lithium-Ionen-Batterien, die häufig in Solarstraßenlaternen verwendet werden:
NMC-Lithium-Ionen-Akkus bieten zahlreiche Vorteile: hohe spezifische Energie, kompakte Bauweise und schnelles Laden. Sie ermöglichen typischerweise 500–800 Tiefentladezyklen und haben eine ähnliche Lebensdauer wie Kolloidbatterien. Ihr Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -15 °C und 45 °C. Allerdings weisen NMC-Lithium-Ionen-Akkus auch Nachteile auf, darunter eine geringere interne Stabilität. Werden sie von nicht qualifizierten Herstellern produziert, besteht Explosionsgefahr bei Überladung oder in Umgebungen mit höheren Temperaturen.
4. Blei-Säure-Batterien, die häufig in Solarstraßenlaternen verwendet werden:
Bleiakkumulatoren besitzen Elektroden aus Blei und Bleioxid sowie einen Elektrolyten aus Schwefelsäure. Ihre Hauptvorteile sind die relativ stabile Spannung und die geringen Kosten. Allerdings weisen sie eine geringere spezifische Energie auf, was zu einem größeren Volumen im Vergleich zu anderen Akkumulatoren führt. Ihre Lebensdauer ist relativ kurz und beträgt in der Regel 300–500 Ladezyklen. Zudem erfordern sie regelmäßige Wartung. Trotz dieser Nachteile sind Bleiakkumulatoren aufgrund ihrer Kostenvorteile in der Solarstraßenbeleuchtung weiterhin weit verbreitet.
Die Wahl des Akkus für Solarstraßenleuchten hängt von Faktoren wie Energieeffizienz, Lebensdauer, Wartungsaufwand und Kosten ab. Jeder Akkutyp hat seine spezifischen Vorteile und eignet sich für unterschiedliche Anforderungen und Einsatzbedingungen, wodurch Solarstraßenleuchten eine zuverlässige und nachhaltige Beleuchtungslösung bleiben.
Veröffentlichungsdatum: 05.07.2024
