Die Batteriespeicherung ist eines der am schnellsten wachsenden Segmente der kommerziellen Solarenergie – und eines der am strengsten regulierten Brandschutzsysteme. Mehrere aufsehenerregende BESS-Brände in den Jahren 2018–2022 veranlassten Aufsichtsbehörden und Versicherer, die Anforderungen deutlich zu verschärfen. Das Verständnis des thermischen Durchgehens und der zu seiner Verhinderung erforderlichen Schutzschichten ist heute für jeden Entwickler, EPC oder Anlageneigentümer, der mit BESS arbeitet, von entscheidender Bedeutung.
Was ist Thermal Runaway?
Thermal Runaway ist ein sich selbst beschleunigender Erwärmungsprozess in einer Lithium-Ionen-Batteriezelle. Wenn eine Zelle ihre sichere Betriebstemperatur überschreitet – typischerweise ausgelöst durch Überladung, internen Kurzschluss, äußere Hitze oder mechanische Beschädigung – erzeugen exotherme chemische Reaktionen im Inneren der Zelle schneller Wärme, als die Zelle sie abführen kann. Die Temperatur steigt schnell an, was in einer positiven Rückkopplungsschleife zu weiteren Reaktionen führt.
Bei Zelltemperaturen über etwa 80–100 °C (je nach Chemie unterschiedlich) beginnt die Zersetzung der Festelektrolyt-Interphasenschicht (SEI). Oberhalb von 130–150 °C führt das Schmelzen des Separators zu internen Kurzschlüssen. Oberhalb von 180–270 °C (abhängig von der Kathodenchemie) wird Sauerstoff aus der Kathode freigesetzt und entzündet Elektrolytdampf. Das Ergebnis ist ein heftiger, schnell ausbrechender Brand, der mit herkömmlicher Wasserlöschung nur äußerst schwer zu löschen ist.
Die Ausbreitung des thermischen Durchgehens von Zelle zu Zelle – wobei die Wärme einer ausgefallenen Zelle benachbarte Zellen auslöst – ist der gefährlichste Ausfallmodus in einem dicht gepackten BESS. Der Ausfall einer einzelnen Zelle kann sich innerhalb von Minuten auf ein ganzes Modul, Rack oder einen Container auswirken.
LFP vs. NMC: Chemie ist wichtig für die Sicherheit
Die Lithium-Eisenphosphat-Chemie (LFP) ist für die stationäre Lagerung deutlich sicherer als NMC (Nickel-Mangan-Kobalt):
- Thermische Stabilität: Die LFP-Kathode beginnt mit der exothermen Zersetzung bei ~270 °C gegenüber ~160–200 °C bei NMC – ein viel größerer Sicherheitsspielraum
- Keine Sauerstoffabgabe: Die LFP-Kathode gibt bei erhöhten Temperaturen keinen Sauerstoff ab, wodurch die primäre Brennstoffquelle für die Verbrennung entfällt. NMC setzt bei hoher Temperatur Sauerstoff frei, sodass Brände auch ohne Außenluft selbsterhaltend sind.
- Niedrigere Energiedichte: Weniger Energie pro Zelle gespeichert = weniger Energie, die bei einem Ausfall freigesetzt wird
Alle kommerziellen BESS-Produkte von Sungrow verwenden LFP-Chemie – im Einklang mit dem Branchenkonsens, dass LFP die geeignete Chemie für stationäre, kommerzielle und großtechnische Speicher ist, bei denen Sicherheit und Lebensdauer Vorrang vor Energiedichte haben.
Tiefenverteidigung: die vier Schichten des BESS-Brandschutzes
Schicht 1: Schutz auf Zellebene (das Batteriemanagementsystem)
Das BMS überwacht die Spannung, Temperatur und den Ladezustand jeder Zelle in Echtzeit. Es erzwingt Betriebsgrenzen – maximale/minimale Ladespannung, Entladeabschaltung, Temperaturgrenzen – und trennt die Batterie, wenn ein Grenzwert überschritten wird. Ein gut implementiertes BMS ist die wirksamste Einzelsicherheitsmaßnahme in einem BESS.
Schicht 2: Gasdetektion und Frühwarnung
Beim thermischen Durchgehen werden Fluorwasserstoff (HF), Kohlenmonoxid und flüchtige organische Verbindungen freigesetzt, bevor ein Brand entsteht. Gasfrühwarndetektoren im Inneren des Batteriegehäuses können diese Vorläufergase Minuten vor der Zündung erkennen und eine automatische Abschaltung und einen Alarm auslösen. IEC 62933-5-2 und NFPA 855 erfordern die Gaserkennung in kommerziellen BESS-Gehäusen. Die frühzeitige Gaserkennung ist nach dem BMS wohl die wichtigste Sicherheitserweiterung – Es bietet Zeit für eine automatische Abschaltung, bevor sich ein thermisches Durchgehen ausbreitet.
Schicht 3: Brandbekämpfung
Lithiumbrände können nicht mit herkömmlicher CO₂- oder Trockenpulverlöschung gelöscht werden – Wasser ist erforderlich, um die Zellen unter den Schwellenwert für eine fortgesetzte exotherme Reaktion abzukühlen. Die moderne BESS-Brandbekämpfung nutzt:
- Aerosolbasierte Unterdrückung (F-500 oder ähnlich): Effektiv zur Brandbekämpfung innerhalb des Gehäuses, beschädigt die Elektronik nicht, wenn sie lokalisiert wird
- Gezielter Wassernebel (im Behälter): Kühlt Zellen direkt; am effektivsten für LFP, wo die thermische Ausbreitung langsamer ist
- Externe Wasserflut (von der Feuerwehr): Erforderlich für NMC-Brände; Feuerwehren sollten angewiesen werden, ohne Fachausbildung nicht zu versuchen, die Stromversorgung zu trennen
Schicht 4: Standort- und Trennungsabstände
NFPA 855 und IEC-Standards legen Mindestabstände zwischen BESS-Einheiten sowie zwischen BESS und bewohnten Gebäuden fest. Containerisiertes BESS für den Außenbereich (die häufigste kommerzielle Konfiguration) erfordert normalerweise:
- Mindestens 3 m zwischen Batteriebehältern
- 3–10 m von Grundstücksgrenzen entfernt (abhängig von der Gerichtsbarkeit)
- 10–30 m von bewohnten Gebäuden oder Versammlungsplätzen entfernt
Was Sie Ihren BESS-Lieferanten fragen sollten
- Welche Zertifizierung besitzt das Batteriesystem? (UL 9540, UL 9540A, IEC 62933-5-2)
- Wurde ein thermischer Runaway-Ausbreitungstest gemäß UL 9540A auf Rack- oder Containerebene durchgeführt?
- Welche Gasart überwacht das Gaswarnsystem?
- Wie hoch ist die Auflösung der Zellchemie und der BMS-Überwachung auf Zellebene?
- Welche Mindestabstände sind für dieses System in unserem Zuständigkeitsbereich erforderlich?