Die Energiewende schreitet voran, und Batteriespeichersysteme (BESS) spielen eine immer wichtigere Rolle in Photovoltaik-Projekten weltweit. Doch während bei Solarmodulen strenge Qualitätsstandards gelten, wird die Qualitätssicherung bei Batteriespeichern oft vernachlässigt. Experten warnen, dass dies langfristig zu erheblichen Problemen führen kann, von reduzierter Leistung bis hin zu Sicherheitsrisiken.
Wichtige Erkenntnisse
- Qualitätssicherung bei Batteriespeichern ist oft unzureichend.
- Abweichungen in der Zellproduktion können Leistung und Sicherheit mindern.
- Mangelnde Kontrolle bei der Montage führt zu Überhitzung und Degradation.
- Vertragliche Festlegung von QA-Prozessen ist unerlässlich.
- Proaktive Qualitätssicherung schützt Investitionen und maximiert den Wert.
Die Lücke in der Qualitätssicherung
Projektentwickler und unabhängige Stromerzeuger integrieren zunehmend große Batteriespeichersysteme in ihre Photovoltaik-Anlagen. Die Investitionen in diese BESS-Anlagen sind beträchtlich. Es stellt sich die Frage, ob Käufer die gleichen strengen Qualitätsanforderungen an Batterien stellen wie an andere Schlüsselkomponenten in ihren Projekten. Oft ist dies nicht der Fall.
Eine umfassende Qualitätssicherung sollte alle Komponenten abdecken: die Batteriezellen selbst, die Integration der BESS-Container und alle zugehörigen Geräte, einschließlich des Stromwandlersystems (PCS). Ähnlich wie bei Photovoltaik-Modulen beginnt die Qualitätssicherung bei der Beschaffung mit der klaren Definition technischer und qualitativer Spezifikationen im Kaufvertrag. Hier zeigen sich häufig Diskrepanzen zwischen den Erwartungen der Käufer und den tatsächlichen Praktiken der Hersteller.
Alle externen Qualitätssicherungsmaßnahmen und Prüfpunkte müssen bereits in der Vertragsverhandlungsphase mit den BESS-Lieferanten festgelegt und vereinbart werden. Dies ist entscheidend, um die langfristige Zuverlässigkeit und Leistung sicherzustellen.
Faktencheck
Experten stellen fest, dass bei Batteriespeichersystemen (BESS) oft nicht dieselben strengen Qualitätsanforderungen angewendet werden wie bei Photovoltaik-Modulen, trotz hoher Investitionen.
Probleme in der Batteriezellenproduktion
Die Produktion von Batteriezellen ist ein Präzisionsprozess mit hohen Anforderungen an die Qualität, ähnlich der Herstellung von Photovoltaik-Zellen. Beide Industrien sind durch hohe Durchsätze, chemische Prozesse und extrem enge Qualitätstoleranzen gekennzeichnet. Mangelhafte Prozesskontrollen und schwache Qualitätsmanagementsysteme führen häufig zu Mängeln, die bei Audits in den Fabriken entdeckt werden.
Ein Qualitätskontrollplan für die Batteriezellenfertigung legt die notwendigen Maßnahmen fest, um die Einhaltung der gewünschten Leistungsspezifikationen zu gewährleisten. Diese Kontrollen müssen explizit im Kaufvertrag verankert sein, um sie vertraglich durchsetzbar zu machen und die Verantwortlichkeit während des gesamten Produktionsprozesses zu sichern.
Herausforderungen beim Elektrodenbeschichtungsprozess
Ein wiederkehrendes Problem, das bei Audits in Batteriezellenfabriken aufgedeckt wird, betrifft den Elektrodenbeschichtungsprozess. Hierbei werden die aktiven Elektrodenmaterialien, wie Lithium und Graphit, zu einer empfindlichen Suspension gemischt und anschließend auf die Elektrodenfolien aufgetragen. Die Viskosität dieser Suspension muss während der Produktion streng kontrolliert werden.
Jüngste Fälle, die bei Fabrikaudits und Produktionsüberwachungen zutage traten, zeigten erhebliche Abweichungen zwischen dem erforderlichen Viskositätsbereich und den tatsächlich gemessenen Werten. In einigen Fällen überschritten diese Abweichungen die zulässige Toleranz um mehr als 40 Prozent. Dies ist ein klares Zeichen dafür, dass die Eingangskontrolle oder die Mischungsverhältnisse in den Standardarbeitsanweisungen (SOPs) nicht eingehalten wurden.
"Abweichungen in der Viskosität der Elektrodenpaste von über 40% sind alarmierend und können die Qualität der gesamten Zelle massiv beeinträchtigen."
Die unmittelbaren Auswirkungen einer außerhalb der Spezifikation liegenden Viskosität können weitreichend sein. Dazu gehören eine ungleichmäßige Suspension, Beschichtungsfehler, Trocknungsprobleme und weitere Defekte. All dies führt letztendlich zu einer schlechten Elektrodenqualität. Wenn minderwertige Elektroden in die fertige Zelle gelangen, kann dies im besten Fall zu einer schlechten Zellleistung führen, einschließlich reduzierter Kapazität, Effizienz und Zuverlässigkeit. Im schlimmsten Fall können sogar Sicherheitsrisiken im Feld entstehen.
Eine Zelle mit unzureichender Elektrodenanwendung kann kurzfristige Routinetests, wie statistische End-of-Line-Leistungs- und Kapazitätsprüfungen, bestehen. Dieser Defekt manifestiert sich jedoch oft erst bei realen, lang anhaltenden Zyklen-Tests, was die Betriebswirtschaftlichkeit und Sicherheit des Projekts gefährden kann.
Hintergrund: Hochvolumenproduktion
Die Produktion von Batteriezellen und Photovoltaik-Zellen ist durch ähnliche Herausforderungen gekennzeichnet: hohe Stückzahlen, komplexe chemische Prozesse und extrem geringe Fehlertoleranzen. Robuste Qualitätssicherungsrahmen sind hier unerlässlich.
Qualitätsmängel bei der BESS-Montage
Die Überwachung der BESS-Montagelinie ist entscheidend, während Batteriemodule, Racks und das gesamte System produziert werden. Qualitätssicherungsingenieure sind während der Produktion in den Fabriken im Einsatz, um sicherzustellen, dass alle erforderlichen Material-, Prozess- und Produktionskontrollen nicht nur angewendet, sondern auch korrekt angewendet werden.
In mehreren Fabriken wurde nach der Installation der Verbindungssammelschiene festgestellt, dass der Kontaktwiderstand zwischen der Kupfersammelschiene und den Modulanschlüssen nicht regelmäßig gemessen wird. Dies kann zu einem übermäßigen Kontaktwiderstand und damit verbundenen lokalen Überhitzungen führen. Solche Probleme tragen zu einer frühzeitigen Degradation bei und können im schlimmsten Fall thermische Ereignisse durch starke Überhitzung auslösen.
Eine ungleichmäßige Degradation einzelner Zellen kann die Leistung des gesamten Batteriesystems beeinträchtigen. Dies reduziert die Betriebskapazität des gesamten Systems, weit über die einzelne Zelle hinaus. Um solche Szenarien zu vermeiden, ist eine Fabrikaudit vor der Produktion unerlässlich. Dieses Audit stellt sicher, dass die Fertigungsanlagen und -einrichtungen für die Massenproduktion bereit sind.
Zusätzlich ist eine rigorose Produktionsüberwachung erforderlich, um sicherzustellen, dass die notwendigen Kontrollpunkte, wie die Messung des Kontaktwiderstands, während der Serienproduktion der Geräte ordnungsgemäß berücksichtigt werden.
- Vorausschauende Audits: Überprüfung der Fertigungsbereitschaft.
- Kontinuierliche Überwachung: Sicherstellung der Einhaltung von Kontrollpunkten.
- Messung des Kontaktwiderstands: Vermeidung von Überhitzung.
Langfristige Folgen und finanzielle Risiken
Ungeplante Abschaltungen, Reparaturen und Neustarts von Anlagen sind nicht nur technische Rückschläge. Sie stellen erhebliche finanzielle und betriebliche Risiken dar, die die langfristige Leistung untergraben können. Die Bewältigung dieser Herausforderungen erfordert mehr als nur reaktive Maßnahmen. Es bedarf eines proaktiven, beschleunigten Qualitätssicherungsprozesses, der über den gesamten Lebenszyklus der Anlage hinweg integriert ist.
Die potenziellen Kosten und Verbindlichkeiten, die mit der Nichtverfügbarkeit von Geräten verbunden sind, müssen antizipiert und in vertragliche Rahmenwerke integriert werden, um alle Beteiligten zu schützen. Die Betrachtung von Qualitätssicherung und vertraglicher Unterstützung als strategische Investition und nicht als reine Betriebsausgabe ist hierbei von grundlegender Bedeutung. Dieser Ansatz minimiert nicht nur Risiken, sondern sichert auch eine nachhaltige Zuverlässigkeit, maximiert den Anlagenwert und stärkt den Wettbewerbsvorteil in zunehmend anspruchsvollen Märkten.
Unternehmen wie Kiwa PI Berlin bieten umfassende Vertragsunterstützung an. Sie helfen Kunden, die notwendigen technischen und qualitativen Spezifikationen zu definieren. Dabei konzentrieren sie sich auf die Sicherung der Projektintegrität, der Bankfähigkeit des Projekts und der Qualitätskonformität, um die Langlebigkeit der Anlagen zu gewährleisten.
