Welke types thuisbatterijen zijn er?

VOOR JOU UITGELEGD

27 jun 2019

Bij de aankoop van een thuisbatterij komt heel wat kijken. Naast de technische specificaties speelt ook de prijs en milieu-impact een belangrijke rol. We bespreken hieronder een overzicht van de meest voorkomende types met hun kenmerken. Er zijn ook nog andere types en systemen te vinden.

Welke batterij?

Loodzuurbatterijen zijn het goedkoopste type batterijen op de markt. Het is de ideale batterij voor waar een groot vermogen gewenst is en waar gewicht en plaatsinname van weinig belang zijn.
Lithium Ion batterijen worden ingezet waar een hoge energiedichtheid en lichtgewicht van het grootste belang is. De technologie is door haar grote energieinhoud echter kwetsbaarder en gevoeliger voor brand.
Zoutwaterbatterijen zijn een veilige, onderhoudsarme en milieuvriendelijke vorm van energieopslag. Ze hebben echter een lage energiedichtheid, waardoor ze aanzienlijk meer ruimte vragen. Ook kunnen ze minder goed overweg met piekstromen.

Lood-zuur thuisbatterijen

Lood-zuurbatterijen kennen we allemaal als de startaccu in auto’s. Deze oerbatterij gaat al mee sinds 1859, en blinkt vooral uit in eenvoud. Water, zwavelzuur en lood zijn de enige nodige elementen. Qua prijs steken ze lithium-ion batterijen stevig naar de kroon, met een kostprijs die bijna de helft lager ligt.

Ze hebben echter twee grote nadelen:

In eerste instantie hebben ze een lage energie-inhoud per kilogram, waardoor ze veel ruimte innemen.
Maar hun grootste handicap is dat ze niet diep ontladen mogen worden (DoD). Als je een lood-zuur batterij meerdere malen volledig ontlaadt - je gebruikt m.a.w. alle opgeslagen energie - dan belast je de batterij zodanig dat de levensduur niet hoger zal liggen dan één à twee jaar. Daarom kunnen loodzuurbatterijen maar voor minder dan de helft ontladen worden (33 tot 50 procent). Je kunt dus niet de volledige energie-inhoud van de batterij benutten. Een lithium-ion batterij (zie onder) scoort aanzienlijk beter: 80 procent van de batterij kan probleemloos ontladen worden.

In de praktijk betekent dit dat een lood-zuur accusysteem in combinatie met zonnepanelen steeds overgedimensioneerd wordt om een aanvaardbare levensduur te bereiken. Financieel is dit minder interessant, hoewel het de goedkoopste vorm van batterijopslag blijft. Voor huiseigenaren die hun woning willen loskoppelen van het elektriciteitsnet en veel energieopslag nodig hebben, is loodzuur een aantrekkelijke optie.

Voordelen

Loodzuurbatterijen zijn een beproefde technologie die al tientallen jaren wordt gebruikt in off-grid energiesystemen.
Lood-zuurbatterijen zijn één van de goedkoopste type batterijen voor thuisopslag.
Ze kunnen een hoge stroomsterkte (elektrische stroom) leveren. Dit betekent dat je veel elektriciteit in één keer uit de batterij kan halen (per kilo batterij), bv. zoals een auto die snel optrekt. Sterke ontladingen korten wel hun algemene levensduur in.

Nadelen

Ze hebben een lage energie-inhoud per massa-eenheid. Dit betekent dat je per kilo batterij relatief weinig energie kan opslaan. Voor dezelfde hoeveelheid energie heb je een grote en zware batterij nodig in vergelijking met bv. een lithium-ion batterij. Als stationaire thuisbatterij legt dit nadeel echter minder gewicht in de schaal.
Ze gaan minder lang mee dan Li-ionbatterijen (8 à 10 versus 15 a 20 jaar). Ze kunnen minder cycli aan, en leiden dus sterker onder capaciteitsverlies.
Ze mogen niet diep ontladen worden. Als een loodzuur batterij volledig ontladen wordt (een DoD van 100%), dan wordt de levensduur erg kort (300 tot 800 cycli, of ongeveer 1 tot 2 jaar). Daarom worden ze in de praktijk slechts voor de helft of een derde ontladen.
Ze bevatten giftige en gevaarlijke stoffen, maar kunnen wel vrij eenvoudig gerecycleerd worden. De zware metalen moeten worden afgevoerd via een speciaal proces.
Altijd een beetje zelf-ontlading (ook wanneer je de accu niet gebruikt).
Ze moeten worden ondergebracht in een geventileerde ruimte omdat ze gassen uitstoten. Lithium-ion-batterijen hebben dit nadeel niet.
Regelmatig onderhoud is nodig door fabrikant.

Lithium-ion thuisbatterijen

Veel populairder voor thuisopslag dan loodzuur-batterijen zijn Lithium-ion batterijen. Ze bestaan in verschillende chemische samenstellingen. Het vaakst kom je ze tegen in een combinatie met kobalt, nikkel en mangaan.

De bekendste is de de Tesla-powerwall, maar er bestaan tientallen andere merken. Lithium-ionbatterijen zijn van hetzelfde type als de batterijen in elektronica (zoals die van je laptop en smartphone) en in elektrische wagens. Deze technologie heeft het grote voordeel van een hoge energiedichtheid. Lithium-ionbatterijen zijn lichter en compacter dan loodzuurbatterijen. Hun opslagcapaciteit is zeer groot tegenover het gewicht, opladen gebeurt ook snel.

De accu mag echter niet te ver ontladen. Geregeld volledig ont- of opladen leidt tot capaciteitsverlies en levensduurverkorting. Een speciaal regelsysteem - het Battery Managment System of BMS - is daarom nodig ter bescherming van de batterij. Het systeem controleert spanning en stroomverbruik om te diepe ontlading en overlading te voorkomen. Een ander nadeel is dat de batterij slecht tegen hoge temperaturen kan en een hoge kostprijs heeft. Bovendien is het de meest brandgevoelige batterij.

Voordelen

De prijs daalt snel: een verdere prijsdaling met twee derde wordt verwacht.
Batterijen van elektrische wagens kunnen na hun eerste levensfase makkelijk omgebouwd worden tot thuisbatterijen. Dit verlengt het gebruik van de batterij en is gunstig voor de prijs.
Ze hebben een hoge energie per massa-eenheid. Dit betekent dat je per kilo batterij meer energie kan opslaan dan in andere soorten batterijen. Voor dezelfde hoeveelheid energie zal een Li-ion batterij dus kleiner en lichter zijn dan bv. een lood-zuurmodel (drie tot vier keer kleiner).
Geen specifiek onderhoud nodig.

Nadelen

Bij de duurste batterijen op de markt.
Kobalt en Lithium, belangrijke grondstoffen van dit type batterij, zijn niet oneindig beschikbaar. Hoewel de prijs van de batterijen daalt, stijgt nu reeds de prijs van deze grondstoffen. Het kobalt wordt ook zelden op een duurzame manier gewonnen.
Lithium-ion batterijen hou je best altijd tussen 40 en 80% opgeladen. Vaak volledig ont- of opladen leidt tot capaciteitsverlies en levensduurverkorting.
Er is een zeker brandgevaar door de hoge energiedensiteit. Bovendien is de batterij niet makkelijk te blussen.

Zout-waterbatterij

Een nieuwkomer in in het segment van de thuisbatterijen is de zoutwater-batterij. Voor particulieren is het aanbod helaas nog zeer beperkt. De zout-waterbatterij bestaat uit een kunstof krat, hoofdzakelijk gevuld met zout en zoet water. Wanneer de negatief geladen chloorionen van het zoet water in contact komen met de positief geladen natriumionen van het zoute water, ontstaat er elektriciteit. Omgekeerd kan je de accu opladen door zoet en zout water opnieuw van elkaar te scheiden.

De overige nodige materialen, waaronder mangaanoxide en koolstof-titaniumfosfaat, zijn niet zeldzaam en niet giftig. In tegenstelling tot loodzuur- en lithium-ionbatterijen bevatten zout-waterbatterijen dan ook geen zware metalen. Hierdoor kunnen we ze goedkoop en veilig produceren en recycleren.

Andere voordelen: er is geen risico op ontploffingen, de batterij kan in tegenstelling tot lood-zuur en Li-ionbatterijen volledig ont- en opgeladen worden, met minimale slijtage. Hierdoor kan de volledige energie-inhoud ook effectief gebruikt worden. Een zoutwaterbatterij vergt ook weinig onderhoud.

Toch heeft een zoutwaterbatterij enkele nadelen, waardoor ze niet voor elke woning geschikt is:

De grootste hindernis is haar lage energiedichtheid. Een zoutwaterbatterij neemt meer plaats in voor dezelfde energie-inhoud dan andere batterijtypes. Reken maar op het dubbele van een loodzuur batterij, zowel qua gewicht als qua afmeting. Een litium-ion batterij is nog een stuk compacter (150 Wh/kg versus 22 Wh/kg). Daartegenover staat dan wel dat de zout-waterbatterij goedkoper geproduceerd kan worden dan lithium-ion batterijen.
Een zoutwaterbatterij biedt een groot aantal oplaadcycli, maar scoort lager dan een lithium-ion batterij. Na 3000 tot 5000 cycli of ongeveer 10 tot 15 jaar is de opslagcapaciteit gezakt tot zo’n 70 procent. Een Tesla powerwall kan 5000 cycli aan, met een capaciteitsverlies van iets minder dan 10 procent.
Een ander belangrijk nadeel is dat een zoutwaterbatterij niet houdt van grote ontlaadstromen. Een zoutwaterbatterij heeft met andere woorden een ongunstige C-rate, een term die definieert hoe snel een batterij ontladen of opgeladen kan worden. Dit betekent dat wanneer men een zoutwaterbatterij wenst te ontladen met grotere stromen, dit ten koste zal gaan van de opslagcapaciteit. Piekstromen zijn dan ook de achilleshiel van de zoutwaterbatterij. Wil je koken of strijken - typische toepassingen die veel stroom vragen - met de geleverde stroom van een zoutwaterbatterij dan zal je een grote installatie in huis moeten nemen om dit technisch waar te maken. Een lithium-ion accu zal 4 tot 5 maal kleiner zijn.

Voordelen

Zoutwaterbatterijen bevatten geen zware metalen en zijn opgebouwd uit niet-giftige, niet-zeldzame materialen.Terwijl batterijen die zware metalen gebruiken (zoals loodzuur- en lithiumionbatterijen) moeten worden afgevoerd met speciale processen, kan een zoutwaterbatterij eenvoudig worden gerecycleerd.
Minimale slijtage en relatief lange levensduur. Weinig tot geen onderhoud nodig.
Volledige ontlading en oplading zonder capaciteitsverlies (DoD of depth of Discharge is 100%).
Heel veilig (geen brandgevaar).

Nadelen

Als nieuwe technologie zijn zoutwaterbatterijen relatief ongetest. De technologie staat nog in haar kinderschoenen.
De installatie vraagt veel ruimte en heeft een hoog gewicht.
Ze kunnen minder goed overweg met piekstromen. De hoeveelheid stroom die ze kunnen leveren per uur is beperkt.

Conclusie

De keuze voor een thuisbatterij hangt samen met hoe en waar je ze wenst te gebruiken. Welke de beste batterij is in jouw situatie hangt erg samen met de context en het geheel van de technische installatie. Om een voorbeeld te geven. Zo zijn er wel wat verschillen tussen een 48 V opslagsysteem en hoog voltage opslagsysteem. Niet elk type batterij presteert even goed in beide systemen. Begeleding door een goede vakman is aangewezen.

Bovendien zijn er nog heel wat andere types thuisbatterijen op de markt. Zo kunnen bijvoorbeeld AGM batterijen of gelbatterijen ook een interessante optie zijn voor je woning. De markt van thuisbatterijen is nog jong, en ontwikkelt zich razendsnel. Ze worden alsmaar beter en goedkoper , hebben minder nood aan zeldzame materialen en hun ecologisch vooetafdruk slinkt snel. De toekomst zal moeten uitwijzen welk systeem de overhand zal nemen.

Schema

Lees ook:

Dit artikel maakt deel uit van een reeks artikels rond de slimme woning. “De slimme woning” is een project van Bond Beter Leefmilieu, EnergieID en Efika Engineering, gesteund door de provincie Vlaams-Brabant.