So funktioniert die Tesla Powerwall

Im April 2015 löste Tesla Motors mit der Ankündigung seines Eintritts in den Markt für Haushalts- und Industriebatterien ein Hochspannungs-Draht-Rummel unter Solarstromnutzern und Wonks der Versorgungsindustrie aus. Das Unternehmen würde zwei Heimbatterien anbieten, eine 7-Kilowattstunden-Powerwall für den täglichen Gebrauch (3.000 $) und eine 10-kWh-Version für Notstrom (3.500 $) sowie eine skalierbare 400-kWh-Gewerbe-/Versorgungsbatterie für große Gebäude [Quelle: CNN ] .

Innerhalb der ersten Woche häuften sich 38.000 Reservierungen für Powerwalls und 2.500 Bestellungen für größere Netzteile [Quellen: Geuß ; Randal ]. Angetrieben wurde die Begeisterung von der Hoffnung, dass die neuen Produkte von Tesla das nachlassende Interesse der Verbraucher an solarer Selbstspeicherung ankurbeln könnten, indem sie die Cash-per-Kilowatt-Gleichung zugunsten von Bankenergie neu ausbalancieren.

Das Erreichen dieses Wendepunkts ist für die Zukunft der Solarenergie von entscheidender Bedeutung. Obwohl die Solartechnologie große Fortschritte gemacht hat, bleibt ihr größter Nachteil derselbe: Solarzellen müssen Energie ernten, während die Sonne scheint. Das bedeutet, bis wir damit beginnen, Solarmodule im Weltraum zu parken und Strom zurück zur Erde zu strahlen, müssen Solarnutzer ihre Nächte damit verbringen, sich an das Stromnetz anzuschließen, Generatorstrom zu verbrauchen oder Pioniertage nachzustellen. Im Idealfall könnten sie die Sonnenenergie des Tages speichern, um sie nachts „selbst zu verbrauchen“, aber die derzeit auf dem Markt befindlichen Batterien lassen zu wünschen übrig.

Hauptsache sie sind zu teuer. Die Kosten können bis zu 600 US-Dollar pro kWh Speicher betragen, wobei 100 US-Dollar pro kWh eine Art Schallmauer für die Industrie darstellen. Zum Vergleich: Der durchschnittliche amerikanische Haushalt verbraucht etwa 30 kWh pro Tag. Im März 2015 lagen die durchschnittlichen Wohnkosten für das Trinken aus dem Netz bei 12,35 Cent pro kWh oder etwa 3,71 $ pro Tag [Quellen: USEIA ; USEIA ].

Wie die wiederaufladbaren Batterien in Ihrer Kamera oder Ihrem Handy können sich diese Energiezellen nur so oft aufladen, bevor sie sich verschlechtern. Das verleiht aktuellen Haushalts- und Industriebatterien eine Lebensdauer von etwa 3-10 Jahren und hält die Batteriekosten hoch [Quellen: Aziz ; NMSEA ]. Viele amerikanische Solarnutzer, sowohl private als auch gewerbliche, stellen fest, dass es sich besser auszahlt, überschüssige Energie tagsüber an das Stromnetz zu verkaufen und nachts zurückzukaufen [Quellen: Galbraith ; Geuß ; NMSEA ]. Aber für Umweltbewusste ist dieser Tausch, bei dem grüne Energie gegen Strom aus fossilen Brennstoffen eingetauscht wird, ein lästiges Schnäppchen.

Wenn die Powerwall einigen Solarverbrauchern Hoffnung gibt, dass ein besseres Schnäppchen in Sicht ist, dann beflügelt sie auch die Zukunftsaussichten von Tesla, sowohl auf dem Automobil- als auch auf dem Energiemarkt. Um die Kosten für die Tesla Motors-Seite des Geschäfts zu senken, die derzeit 15.000 US-Dollar pro verkauftem Model S verliert, muss das Unternehmen in großem Stil in das Batteriegeschäft einsteigen [Quelle: Helman ]. Eine größere Nachfrage nach Batterietechnologie von Tesla Energy, von der einige auf demselben Batterie-Backbone wie das Model S basieren, könnte dazu beitragen, wichtige Fabrik- und F&E-Einrichtungen zu finanzieren. Die daraus resultierenden Skaleneffekte könnten auch den Markt für Solarbatterien verändern.

Aber nicht alle sind davon überzeugt, dass der Hype gerechtfertigt ist, zumindest noch nicht.

Inhalt

1. Die Notwendigkeit einer besseren Solarbatterie
2. Der echte Markt für Powerwall
3. Das Endergebnis für Powerwall

Es steht außer Frage, dass das Interesse an Sonnenenergie steigt. Allein im Jahr 2014 übertraf die Photovoltaikleistung in den USA das Niveau von 2013 um 6,2 Gigawatt. Das ist ein 30-prozentiger Anstieg, der sich wahrscheinlich bis 2015 fortsetzen wird, angespornt durch sinkende Kosten, Anreizprogramme und die Zunahme von Leasingplänen [Quelle: Cusick und ClimateWire ]. In den nächsten fünf Jahren wird Solarenergie mehr als 50 Prozent der Energie in Kalifornien ausmachen (während der Sonnenstunden) [Quelle: Randall ].

Aber Solarenergie bleibt , wie die meisten erneuerbaren Quellen , eine gemischte Sache. So wie frühe Panels kaum genug Saft tropften, um ihre Kosten zu rechtfertigen, sind aktuelle Speicheroptionen nur für eine kleine Untergruppe von Solarnutzern sinnvoll [Quelle: Cusick und ClimateWire ]. In abgelegenen Gebieten, wo Netzanschlüsse teuer und unberechenbar sind, machen sogar klobige Batterien Sinn. Dasselbe gilt für Länder mit hohen Kosten und niedrigem Verbrauch wie Deutschland oder Hawaii, wo sie dreimal so viel für Energie zahlen wie Festlandbewohner [Quellen: Galbraith ; Geuß ; Helman ; Randal ].

Aber im Rest der USA bleiben die Energiepreise so günstig, dass die meisten Haushalte besser dran sind, am Sell-Buyback-Modell festzuhalten, einem Swap, der erstmals durch den Public Utility Regulatory Policies Act (PURPA) von 1978 ermöglicht wurde. Soll die Tarifstrukturen reformieren , Kraft-Wärme-Kopplung zu unterstützen und alternative Energien voranzutreiben, öffnete PURPA auch kleineren Unternehmen die Tür, um Energiemonopole herauszufordern [Quelle: NMAH ]. Eine effiziente und kostengünstige Batterie könnte diese Lücke vergrößern, und hier kommt Tesla ins Spiel.

Derzeit geben deutsche Solarförderer 2.200 US-Dollar pro kWh für Speicherprodukte des österreichischen Unternehmens Fronius Energy [Quelle: Galbraith ] aus. Dazu gehören eine große Batterie in der Größe eines Mini-Kühlschranks, ein Energiezähler und ein Wechselrichter in der Größe eines großen Rucksacks, um den Gleichstrom (DC) der Batterie wieder in Wechselstrom (AC) umzuwandeln, den das Haus verwenden kann. Vergleichen Sie das mit Teslas schlanker, an der Wand montierter Powerwall, die eine 7-kWh-Batterie mit täglichem Zyklus für 3.000 US-Dollar anbietet (Wechselrichter nicht inbegriffen), und Sie beginnen zu verstehen, warum Fronius eine Partnerschaft mit Tesla eingegangen ist, um seinen Kunden die Powerwall zur Verfügung zu stellen [Quellen : Fronius International ; Galbraith ].

Aber Fronius und Tesla sind bei weitem nicht die einzigen Spiele in der Stadt. Sie sehen sich einem harten Wettbewerb mit liquiden, bewährten Unternehmen wie Samsung SDI und LG Chem sowie kleineren Unternehmen gegenüber, von denen einige, wie das Startup Stem, mit einem oder zwei großen Versorgungsunternehmen Fuß gefasst haben [Quelle: Groom ].

Was Hawaii betrifft, so plant Tesla, die Batterieoption für den täglichen Zyklus im Jahr 2016 anzubieten, im selben Jahr, in dem es in den asiatisch-pazifischen Raum vordringt. Solarbürger des Bundesstaates Aloha, die derzeit 37 Cent pro kWh im Vergleich zum US-Durchschnitt von 12,5 berappen, würden mit Powerwall voraussichtlich 15 Cent pro kWh zahlen [Quellen: Geuss ; Helman ; Randal ].

Das klingt alles vielversprechend. Warum hegen manche Menschen immer noch Zweifel?

Geschichte des Bandes

Tesla bietet zwei Powerwall-Heimmodelle an, eine 7-kWh-Batterie für den täglichen Zyklus und eine 10-kWh-Pufferbatterie für den wöchentlichen Zyklus. Die Einheiten liefern kontinuierlich 2 kW (3,3 kW Spitze) bei 350-450 Volt und 5,8 Ampere (8,6 Ampere Spitze). Zum Vergleich: Laptops und Blu-ray-Player verbrauchen etwa 0,015 kW, während eine Klimaanlage mit 7.000 bis 10.000 Btu im Betrieb 1,0-1,5 kW und beim Start 2-3 mal so viel verbraucht [Quelle: DonRowe.com ].

Wenn Sie sich Energie als Wasser vorstellen, dann beschreiben Kilowatt die Größe des Rohrs und kwh definieren, wie viel der Tank fasst – oder wie viele „Gallonen“ Sie im Laufe der Zeit verbrauchen. Somit nimmt eine 1,0-kW-Klimaanlage die Hälfte Ihrer Stromleitung in Anspruch und entleert Ihren 7-kWh-Energietank in weniger als 7 Stunden. Denken Sie jedoch daran, dass Geräte nur während des Betriebs Strom verbrauchen, sodass selbst energieintensive Geräte wie Mikrowellen funktionieren können, wenn sie richtig verwaltet werden.

Powerwalls funktionieren mit einphasigen oder dreiphasigen Versorgungsnetzen und sind für den Innen- und Außenbereich und für Temperaturen von minus 4 bis 110 F (minus 20 bis 43 C) ausgelegt. Powerwalls messen 51,2 x 33,9 x 7,1 Zoll (130 cm x 86 cm x 18 cm) und werden mit einer 10-jährigen Garantie geliefert. Der DC/AC-Wechselrichter ist separat erhältlich.

Käufer von Heimbatterien stehen vor einem Problem, das alternative Verbraucher kennen, nämlich dass die Einsparungen die Kosten nicht kompensieren, zumindest noch nicht. Viele Kritiker argumentieren, dass alle bis auf die sparsamsten Geräte die 2 Kilowatt, die die Batterien heraussickern, schnell verschlingen werden, insbesondere wenn Heizungen oder Klimaanlagen während Spannungsabfällen laufen, aber nicht, dass sich alle darin einig sind (siehe vorherige Seitenleiste) [Quellen: Galbraith ; Geuß ; Randall ; Tesla Motors ].

Dennoch ist es sinnvoll, Autobatterien zur Stromversorgung von Haushalten zu verwenden, und Ingenieure haben die Idee seit mindestens 2010 aufgegriffen. Elektroautobatterien , die weitaus mehr Saft produzieren als die Haushaltsvariante, behalten beim Austausch etwa 75 Prozent ihrer Kapazität – mehr als genug, um ein großes Haus zu führen [Quellen: Sherman ; Wald ].

Aber der derzeit vielversprechendste Anwendungsfall ist weniger privat und eher gewerblich: Teslas skalierbare 400-kWh-Geschäfts-/Nutzungsbatterien, die aus den gleichen Grundzellen bestehen, die Tesla Motors in seinem Model S verwendet [Quellen: CNN ; Vance ]. Für Energieversorger liegt der Grund in der Spitzenenergienachfrage.

Es stellt sich heraus, dass Versorgungsunternehmen die Stunden und Tage mit Spitzenenergiebedarf fast genauso kostspielig und irritierend finden wie wir. Das liegt daran, dass Energieunternehmen, um mit dem zusätzlichen Drawdown Schritt halten zu können, spezielle Peaking-Kraftwerke, auch Peaker-Anlagen oder Peaker genannt , unterhalten müssen, die die meiste Zeit im Leerlauf sind. Erschwerend kommt hinzu, dass diese Anlagen, die sich schnell ein- und ausschalten müssen, teures Erdgas verbrennen (obwohl einige mit Heizöl oder Wasserkraft betrieben werden). Billige, zuverlässige Batterien könnten es den Versorgungsunternehmen ermöglichen, die Last zu verteilen, billige Energie außerhalb der Spitzenzeiten zu speichern und sie während der Spitzenzeiten abzugeben [Quellen: Illinois EPA ; Oglethorpe-Macht ; Randal ].

Einige Versorgungsunternehmen, darunter Southern California Electric und das in Texas ansässige OnCor, testen diesen Ansatz bereits [Quelle: Randall ]. Wenn es sich durchsetzt, könnte Ihr Haus bald mit Batteriestrom betrieben werden, unabhängig davon, ob Sie eine Powerwall kaufen oder nicht.

Unterdessen testen Unternehmen wie Walmart, Amazon und Google die Batterien von Tesla, um die Energiekosten zu senken, das Beste aus der sauberen Energie vor Ort herauszuholen und Stromreserven für Betrieb und Rechenzentren bereitzustellen [Quellen: Randall ; Vance ].

Kurz gesagt, die Prognosen für die Versorger- und Geschäftsseite sehen gut aus, und das könnte die Verbraucherseite zunehmend besser aussehen lassen. Aber müssen Haushaltsanwender warten, bis die Marktkräfte ihre Magie entfalten, oder können die grünen Gurus heute für Tesla Powerwalls plädieren?

Kennen Sie Ihre Li-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen- oder Li-Ion-Batterien gibt es in einer Vielzahl von Geschmacksrichtungen. Teslas 7-kWh-Nickel-Mangan-Batterie und sein 10-kWh-Nickel-Kobalt-Backup verwenden beide Li-Ionen-Zellen, aber jede unterscheidet sich durch den Materialmix, aus dem ihre Kathode besteht (die Elektrode, durch die Strom eine Zelle verlässt) [Quellen: Geuss ; Randal ].

Teslas Autos verwenden NCA-Batterien mit Kathoden aus Lithium, Nickel, Kobalt und Aluminiumoxid. Seine 10-kWh-Powerwall enthält wahrscheinlich eine Version dieser Zelle mit hoher Energiedichte. Umgekehrt verwenden seine 7-kWh-NMC-Batterien eine Nickel-, Mangan- und Kobaltoxidkathode, wodurch sie effizienter und häufiger zyklieren können [Quellen: Fehrenbacher ; Geuß ; Beleuchtung weltweit ; Randal ].

Kurz nach Teslas großer Ankündigung nahmen Kritiker dem eleganten Lentikulargehäuse von Powerwall etwas Glanz und argumentierten, dass die Geräte nur als Spielzeug für wohlhabende, grüne Early Adopters finanziell sinnvoll seien [Quelle: Helman ]. Sogar der größte US-Dachinstallateur SolarCity, dessen Vorsitzender und größter Anteilseigner Tesla-CEO Elon Musk ist, hat sich entschieden, Powerwalls zunächst nicht an aktuelle Kunden zu liefern, da sie noch nicht kosteneffektiv sind [Quellen: Geuss ; Randall ; Vance ]. Stattdessen plant das Unternehmen, die Batterien 2016 seinen hawaiianischen Kunden anzubieten [Quellen: Geuss ; Helman ; Randall]. Es wird auch neuen Kunden ermöglichen, sich für die Powerwall als Teil eines 9-Jahres-Leasingplans für 5.000 $ zu entscheiden oder sie selbst für 7.140 $ zu kaufen – ein ziemlicher Ruck im Vergleich zu Teslas Preis von 3.000 $ [Quellen: Galbraith ; Downing und Goossens ; Randal ].

Warum der Aufpreis? Wir können spekulieren, dass ein Teil des zusätzlichen Geldes die Leasinggebühren und die Kosten für einen Wechselrichter abdecken wird. Tesla behauptet, dass seine Powerwall keine Wartung erfordert, aber andere Details, die die Lebensdauer der Batterien beeinflussen, bleiben unklar und unbewiesen, so dass ein Teil des Preises Ersatzkosten beinhalten könnte. Aktuelle zyklenfeste Batterien müssen im Laufe der Lebensdauer von Solarmodulen ungefähr viermal ausgetauscht werden . Es ist auch möglich, dass SolarCity angesichts des 2-kW-Stroms der Powerwall plant, seine Kunden mit jeweils zwei Einheiten auszustatten [Quelle: Helman ].

Powerwall-Anwender könnten eine Menge Fett abbauen und ihre Wetten möglicherweise auszahlen, indem sie ihre eigene Ausrüstung besitzen oder Gemeinschaftsressourcen bündeln, aber auch dies ist weitgehend spekulativ [Quellen: Helman ; Gangemi ].

Im Moment ist Teslas Eintritt in den Batteriemarkt ein Glücksspiel, und zwar ein großes. Positiv ist zu vermerken, dass Tesla bereits Partnerschaften mit großen Unternehmen eingegangen ist und sein Preispunkt für Versorgungsunternehmen attraktiv erscheint. Die Greenies und die Gadget-Junkies der Welt werden auf jeden Fall mitmachen, und in Bezug auf das Preis-Leistungs-Verhältnis ist keine andere Wohnzelle geeignet, um Teslas Batteriebox aufzunehmen. Wenn die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien weiterhin so schnell sinken wie die für PV-Systeme, könnte die Zukunft der stationären Batterien von Tesla tatsächlich rosig aussehen [Quelle: Randall ].

Absolut gesehen bleibt die Powerwall jedoch teuer. Darüber hinaus ist das Unternehmen, das es herstellt, auf dem besten Weg, 2015 500 Millionen Dollar zu verlieren, verbrennt Geld wie Reifengummi und weist die Art von überhöhten Aktienkursen auf, die einen Dotcom-Röte machen würden – all dies könnte sich zu einem Nachhaltigkeitsunternehmen summieren das ist nicht sehr nachhaltig [Quellen: Helman ].

Tesla Powerwalls werden im Spätsommer 2015 in den USA verfügbar sein, irgendwann in diesem Jahr in Europa und Anfang des nächsten in der Region Asien-Pazifik [Quelle: Galbraith ]. Danach wird nur die Zeit zeigen, ob Teslas Batterien das Netz erschüttern oder verpuffen.

Die Gigafactory

Die Abkehr von Panasonic- und Samsung-Batterien und die Herstellung eigener Batterien ist ein wichtiger Bestandteil von Teslas Plänen. Um den Wandel zu vollziehen, baut das Unternehmen im Norden Nevadas eine Batterieanlage im Wert von 5 Milliarden US-Dollar [Quellen: Randall ; Vance ]. Diese sogenannte Gigafactory soll 2017 die Produktion aufnehmen und jährlich 30 Gigawattstunden Batteriekapazität produzieren – mehr als die gesamte weltweite Produktion von 2013 [Quelle: Gies ]. Kritiker haben jedoch Bedenken geäußert, dass Teslas angepriesene Nullenergieanlage Wasser in einer Region verschlingen wird, die es sich nicht leisten kann, einen Tropfen zu verlieren, und sie fragen sich, ob die Fabrik dies sauber oder nachhaltig tun kann [Quelle: Chereb ].

Anmerkung des Autors: Wie die Tesla Powerwall funktioniert

Die wahre Geschichte von Tesla Energy ist wohl die derzeit im Bau befindliche Gigafactory im Norden Nevadas. Wenn man seinen Produktionsprognosen Glauben schenken will, könnte die Welt tatsächlich kämpfen müssen, um genug Lithium zu produzieren, um mithalten zu können – zumindest, wenn sie den CO2-Fußabdruck niedrig halten will. Aber wenn es möglich ist und es ihnen gelingt, die Wasserversorgung von Reno nicht bankrott zu machen, könnten die Vorteile der Batterietechnologie wirklich umwälzend sein.

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