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Akkumulatoren in der Solartechnik Vor- und Nachteile von
Bleiakkumulatoren und alkalischen Systemen
1. Was soll ein Akku leisten?
Ein Solarakku wird während seines Betriebes ständig geladen und entladen. Daher müssen die
Solarakkus eine extrem hohe Zyklenfestigkeit aufweisen.
Unter Umständen kann es vorkommen, dass der Akku tief entladen wird. Er darf in diesem Betriebsfall nicht zerstört werden.
2. Welche Systeme werden am häufigsten verwendet und welche Vor- und Nachteile haben sie?
Der Bleiakku ist sicherlich der bekannteste Akkumulatorentyp.
Er besteht aus Bleiplatten, in denen sich die Aktivmasse befindet. Die Aktivmasse besteht aus
Bleioxid bzw. Bleimit Zusätzen ausAntimon, Calcium o.ä.
Der Elektrolyt istverdünnte Schwefelsäure.
Bei der Entladungentsteht auf beiden Platten Bleisulfat.
Beim Laden dannwieder das Oxid bzw. der Bleischwamm.
Leider nehmen die Konstruktionselemente der Platten auch an der Reaktion teil, so dass die
Platten langsam instabil werden und mangels Stabilität zerkrümeln. Des weiteren
können sich Dendriten bilden, die den Plattenseparator durchdringen und die
Zelle durch Zellenschluss zerstören.
Dies sind genau die Punkte, die die Zyklenzahl begrenzen.
Die Zyklenzahl eines Bleiakkus liegt bei etwa 500-1000 Zyklen.
Eine Tiefentladung lässt die Bleisulfatkristalle so weit wachsen, dass die aktive Oberfläche so
minimiert wird, dass sich der Akku nicht mehr laden lässt.
Daraus ergibt sich, dass der Bleiakku für langfristige Solaranwendungen völlig ungeeignet ist.
Aufgrund des geringen Preises ist er jedoch für Anwendungenin kurzfristigen
Einweg-Solarprojekten geeignet (z.B. Sensoren an aktiven Vulkanen o.ä.), bei denen die Anordnung während der Anwendung zerstört wird.
Alkalische Akkusysteme sind der Nickel-Cadmium- und der
Nickel-Eisen Akku.
Die Aktivmasse besteht beim Nickel-Cadmium- Akku aus kobaltdotiertem
Nickelhydroxid bzw. Cadmium, beim Nickel-Eisen-Akku aus kobaltdotiertem Nickelhydroxid bzw. Schwefeldotiertem Eisen.
Sehr hochwertige Nickel-Cadmium-Akkus enthalten hohe Eisenanteile auf der Cadmiumelektrode. Der Elektrolyt ist
Kalilauge, gelegentlich mit Zusätzen von Lithiumhydroxid.
Die Aktivmassen können auf Sintermetallelektroden, Faserstrukturelektroden, aufgebracht ,in
Plastik gebunden oder mit Graphit gemischt in Taschenplatten eingebracht sein. Für die Solartechnik
besitzt nur die Taschenplattenbauweise hervorragende Eigenschaften, da bei anderen Elektroden die Aktivmasse aus den Elektroden
durch Quellvorgänge während des Entladens aus den Platten herausgedrückt wird und diese nach ca. 1000 Zyklen zerstört. Die Taschenplatte
besteht aus flachen Röhrchen aus vernickeltem Stahlblech oder Nickel, welche feinst perforiert (ca. 0,15mm) sind (den Taschen)und von denen mehrere in einem
Rahmen zu einer Platte zusammengefasst sind. Die Löcher einer guten Taschenplattenbatterie sind so fein, dass zwar die Ionen zu der
Aktivmasse vordringen können, nicht jedoch die Aktivmasse aus den Taschen in nennenswertem Umfang entweichen kann. Dies führt zu einer enormen Haltbarkeit
der Taschenplattenbatterie. Der alkalische Taschenplatten-Akkumulator ist tiefentladefähig und wird auch bei Überladung,
selbst bei 60 Grad Celsius nicht zerstört. Er ist jahrzehnte entladen lagerfähig.
Selbst völlig verrostete Bodenfunde von NiFe Taschenplatten- batterien aus dem 2.Weltkrieg funktionierten nach Füllung mit Lauge sofort einwandfrei.
NiCd- Akkus weisen durch Heranwachsen von Cadmiumkristallen auch bei offener Bauweise einen
geringen "Memory- Effekt" auf. Dieser kann jedoch durch harte zyklische Beanspruchung vermieden oder durch sehr starkes
Tiefentladen rückgängig gemacht werden. Umfangreiche Untersuchungen an alten, schlecht gewarteten hochwertigen
NC-Taschenplattenbatterien haben auch nach 50 Jahren Betrieb keinen
nennenswerten Kapazitätsverlust gezeigt. NiFe- Akkus weisen den Memory- Effekt nicht auf und sind mit mehreren 10000 Zyklen über
>100Jahre einsatzfähig. Bei alkalischen Akkus muss regelmäßig die Lauge gewechselt werden (2-3 Jahre empfohlen), um die
volle Leistungsfähigkeit zu erhalten, da aus der Luft Kohlendioxid aufgenommen
wird und sich Pottasche bildet, die in der Batterie auskristallisiert. Ein Nichteinhalten
führt jedoch nicht zu einer Zerstörung, nur zu einer Leistungsminderung, die
durch Spülen mit dest. Wasser behoben werden kann.
Fazit: Für professionelle umweltfreundliche und zuverlässige Solaranwendungen können nach
heutigem Stand nur alkalische Taschenplattenbatterien (NiCd / NiFe) eingesetzt
werden.
Kein Akku hält länger, selbst unter Extrembedingungen, wie das Beispiel des alten ausgegrabenen Wehrmachtsakkus zeigt.
Alle anderen Technologien erfreuen nur einen: den Batteriehersteller, bei dem die Arbeit
chemisch-physikalisch bedingt nachwächst. Dies ist nicht im Sinne der Umwelt
und des eigenen Geldbeutels. Der Preis eines neuen Bleiakkus klingt im Gegensatz zur alkalischen Taschenplattenbatterie
verlockend, lockt jedoch in die Falle des ständigen Neukaufs.