Bei der Bewertung von Batteriesystemen ist der Anschaffungspreis nur ein Aspekt. Die Gesamtbetriebskosten geben Aufschluss über die tatsächlichen Lebenszykluskosten der einzelnen Lösungen. In diesem Artikel werden die wichtigsten Faktoren beschrieben, die bei der Berechnung berücksichtigt werden sollten.
Über den Kaufpreis der Batterie hinausblicken
Bei der Bewertung von Batteriesystemen für anspruchsvolle industrielle Anwendungen ist man leicht versucht, den Fokus in erster Linie auf die anfänglichen Investitionskosten, also die CAPEX (Capital Expenditure), zu legen. Zwar sind die CAPEX zweifellos ein wichtiger Parameter, doch machen sie nur einen Bruchteil der tatsächlichen Kosten aus, die während der gesamten Lebensdauer eines Batteriesystems anfallen.
Bei unternehmenskritischen Anwendungen wie Baumaschinen, Bergbaumaschinen, Hafen- und Schifffahrtsbetrieben, Lkw und industriellen Energiespeichern lässt sich die tatsächliche wirtschaftliche Leistung eines Batteriesystems nur anhand der Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO) beurteilen.
Eine Batterie, die auf den ersten Blick günstiger erscheint, kann sich letztendlich als die teurere Option erweisen, wenn Betriebskosten, Ersatzkosten, Wartungsaufwand, Ausfallzeiten und Auswirkungen auf die Produktivität berücksichtigt werden.
Dieser Artikel beschreibt die wichtigsten Faktoren, die Entscheidungsträger beim Vergleich von Batterielösungen aus Sicht des Endnutzers berücksichtigen sollten. Diese Faktoren sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
| # | Faktor | Wichtigste Erkenntnis |
| 1 | Anschaffungskosten | Der Preis pro kWh sollte nicht das wichtigste Kriterium beim Vergleich von Batterielösungen sein. |
| 2 | Erwartete Lebensdauer der Batterie und Austauschkosten | Die Lebensdauer der Batterie sollte unter realen Betriebsbedingungen ermittelt werden, um einen ungeplanten vorzeitigen Austausch zu vermeiden. |
| 3 | Lade- und Betriebsflexibilität | Schnellladen ermöglicht das Laden bei Gelegenheit und erhöht so die betriebliche Flexibilität und Effizienz. |
| 4 | Energieverbrauch und Energieeffizienz | Die Energieeffizienz von Batterien wirkt sich direkt auf den Gesamtenergieverbrauch und die Kosten aus. |
| 5 | Risiken und Kosten durch Ausfallzeiten, Auswirkungen auf die Produktivität | Besonderes Augenmerk sollte auf die Batteriearchitektur und das Wärmemanagement gelegt werden, um sicherzustellen, dass es auch unter rauen Klima- und Umgebungsbedingungen weder zu einer Leistungsminderung noch zu einem Batterieausfall kommt. |
| 6 | Wartungsanforderungen | Wartungsfreie Batterien können zu erheblichen Kosteneinsparungen führen. |
| 7 | Infrastrukturanforderungen und Kosten | Eine umfassende CAPEX-Bewertung sollte alle damit verbundenen Infrastrukturinvestitionen umfassen, darunter Ladestationen, elektrische Modernisierungen und zusätzliche Ausrüstung. |
| 8 | Sicherheit und Zertifizierungen | Eine robuste und zertifizierte Batterielösung senkt Betriebsrisiken und die damit verbundenen Kosten. |
Was umfasst die Gesamtbetriebskosten (TCO)?
Die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership) sind ein umfassendes finanzielles Konzept, das alle Kosten berücksichtigt, die während des gesamten Lebenszyklus des Batteriesystems anfallen.
Zu den wichtigsten Elementen gehören:
1. Anschaffungskosten für Batterien (CAPEX)
Hauptbatteriesystem
Die Anschaffungskosten eines Batteriesystems hängen von mehreren Faktoren ab, darunter die Batterietechnologie, die Energiedichte, die Leistungsdichte, die erwartete Lebensdauer und die Sicherheitsmerkmale.
Beim Vergleich verschiedener Batterielösungen sollte man darauf achten, all diese Faktoren zu berücksichtigen.
Besondere Aufmerksamkeit sollte der Bewertung der Akkulaufzeit gewidmet werden, da diese einen enormen Einfluss auf die Gesamtbetriebskosten hat und sich je nach Nutzungsbedingungen erheblich verkürzen kann (z. B. kann sich die Laufzeit im Alltag im Vergleich zu Labortests um das 3- bis 5-Fache verringern).
Es ist zu beachten, dass der Preis pro kWh häufig fälschlicherweise zum Vergleich von Batterielösungen herangezogen wird. Dies sollte jedoch nicht der Fall sein, da er zwar einen einfachen Anhaltspunkt für die Anschaffungskosten im Verhältnis zur Energiekapazität liefert, jedoch nicht den tatsächlichen Wert widerspiegelt, der über die gesamte Lebensdauer der Batterie erzielt wird. Parameter wie Zyklenlebensdauer, Entladetiefe, Wirkungsgrad, Leistungsabfall und Betriebsbedingungen haben einen weitaus größeren Einfluss auf die Gesamtbetriebskosten und sollten daher bei der Bewertung von Batterietechnologien berücksichtigt werden.
Zusätzliche Batterieausrüstung
Bei anspruchsvollen Anwendungen ist es wichtig zu wissen, was im System enthalten ist. Benötigt die Batterie beispielsweise zusätzliche Ausrüstung, um unter den erforderlichen klimatischen Bedingungen zu funktionieren? Ist ein aktives Kühl- oder Heizsystem enthalten oder muss dieses separat hinzugefügt werden? Ist ein zusätzliches Schutzgehäuse erforderlich? Welche Einschränkungen ergeben sich aus der Integration der Batterie in die Anlage (Brandschutz, Belüftung, Luftaufbereitung …)? Die Antwort darauf kann erhebliche Auswirkungen auf die Anfangsinvestition haben.
Obwohl die Anschaffungskosten für die Batterie zwar wichtig sind, fallen sie in der Regel nur einmal an und sollten daher, wie im Folgenden erläutert wird, bei der Kaufentscheidung keine ausschlaggebende Rolle spielen.
2. Batterielebensdauer und Austauschkosten
Eine kostengünstigere Batterie muss möglicherweise deutlich früher ausgetauscht werden als ein hochwertiges Modell.
Zu den Faktoren, die die Lebensdauer der Batterie beeinflussen, gehören:
- Lebensdauer
- Entladungstiefe (DOD)
- Betriebstemperatur
- Lademuster
- Anwendungsprofil
Wenn eine Batterie während der Lebensdauer des Geräts einmal oder sogar mehrmals ausgetauscht werden muss, schwindet der scheinbare CAPEX-Vorteil schnell.
Bei der Bewertung von Batteriesystemen ist es daher unerlässlich, deren erwartete Lebensdauer unter realen Betriebsbedingungen zu vergleichen, anstatt sich ausschließlich auf Nennangaben und Labortests zu verlassen.
3. Ultraschnelles Laden und betriebliche Flexibilität
Die Lade-Strategie kann die betriebliche Effizienz erheblich beeinflussen.
Batteriesysteme, die lange Ladezeiten erfordern, können Unternehmen dazu zwingen, ihre Arbeitspläne neu zu gestalten und Verfahren zum Batteriewechsel einzuführen. In manchen Fällen müssen zudem zusätzliche Batterien angeschafft werden, um die Produktivität aufrechtzuerhalten.
Es ist zu beachten, dass Batteriewechselsysteme in der Regel proprietär sind und oft auf einen bestimmten Hersteller und in manchen Fällen sogar auf ein bestimmtes Gerätemodell beschränkt sind. Dies kann die betriebliche Flexibilität für Flottenmanager einschränken.
Umgekehrt bieten Batterien, die ultraschnell aufgeladen werden können, eine größere betriebliche Flexibilität, da sie das Aufladen während geplanter Pausen oder kurzer Leerlaufzeiten ermöglichen.
Die daraus resultierenden betrieblichen Einsparungen können sich erheblich auf die Gesamtwirtschaftlichkeit des Unternehmens auswirken und gleichzeitig den täglichen Betrieb vereinfachen.
Zudem kommen an Schnellladestationen in der Regel standardisierte Ladeverfahren zum Einsatz, sodass eine einzelne Ladestation für verschiedene Gerätemodelle und Batteriesysteme genutzt werden kann, was eine gemeinsame Nutzung der Infrastruktur ermöglicht und die Gesamtkosten der Ladeinfrastruktur senkt.
4. Energiekosten
Batterietechnologien können sich hinsichtlich ihrer Energieeffizienz erheblich unterscheiden.
Die Energieeffizienz (Gesamtwirkungsgrad) wird als Verhältnis der bei der Entladung abgegebenen Energie (kWh) zur beim Laden verbrauchten Energie (kWh) gemessen und in Prozent angegeben.
Ein System mit geringerer Rundlauf-Wirkungsgrad verbraucht mehr Strom, um die gleiche nutzbare Energie zu liefern. Über Jahre hinweg können diese Verluste zu erheblichen zusätzlichen Energiekosten führen, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Auslastung, die in mehreren Schichten pro Tag betrieben werden.
Bei Hybridantrieben mit Dieselmotoren schlagen sich diese Verluste direkt im Kraftstoffverbrauch nieder.
Zudem benötigen manche Batterietechnologien für einen ordnungsgemäßen Betrieb mehr Energie als andere. So verbraucht beispielsweise eine Batterie, die einen eigenen Kühler benötigt, mehr Energie als eine Batterie, die dieselbe Aufgabe mithilfe eines einfachen luft- oder flüssigkeitsgekühlten Wärmetauschers erfüllt.
5. Ausfallzeiten und Produktivitätsverluste
Der vielleicht am meisten unterschätzte Kostenfaktor ist der Einfluss der Akkuleistung auf die Produktivität.
Es gibt verschiedene Faktoren, die zu Produktivitätsverlusten oder sogar zu unerwarteten Anlagenausfällen führen können. Dazu gehören:
- Lange Ladezeiten
- Leistungsminderung der Batterie aufgrund niedriger oder hoher Zelltemperaturen
- Unerwartete Batterieausfälle aufgrund rauer Umgebungsbedingungen oder extremer Temperaturen
Ohne eine angemessene Konstruktion und ein geeignetes Wärmemanagement können Batterien, die unter rauen Klima- und Umgebungsbedingungen betrieben werden, einer beschleunigten Alterung, Leistungseinbußen oder in manchen Fällen sogar einem vollständigen Ausfall unterliegen, was zu Ausfallzeiten der Geräte führt.
Batterien funktionieren am besten bei Temperaturen zwischen 15 °C und 30 °C. Unter 0 °C und über +45 °C ist ein Laden nicht möglich. Bei Temperaturen über 60 °C treten Sicherheitsprobleme auf. Daher sollte sorgfältig geprüft werden, wie die Batterietechnologie den Betrieb unter rauen Bedingungen bewältigt. Dies hängt weitgehend vom Wärmemanagementsystem der Batterie ab, das folgende Anforderungen erfüllen muss:
- Die Wärme abführen, die durch den hohen Leistungsbedarf in besonders anspruchsvollen Anwendungen entsteht,
- Sorgen Sie dafür, dass die Batterie trotz extrem hoher oder niedriger Umgebungstemperaturen – wie sie beispielsweise im Bergbau, in Häfen und bei maritimen Anwendungen auftreten – innerhalb ihres optimalen Betriebstemperaturbereichs bleibt.
Auch die Batteriearchitektur und das Gehäuse sollten berücksichtigt werden, um einen angemessenen Schutz vor Staub, Rost und Vibrationen zu gewährleisten.
Bei Betrieben, die rund um die Uhr in Betrieb sind, können die Kosten für eine einzige Stunde Ausfallzeit leicht die Preisdifferenz zwischen konkurrierenden Batterietechnologien übersteigen. Zuverlässigkeit hat daher einen direkten wirtschaftlichen Wert.
6. Wartungskosten
Einige Batterietechnologien erfordern regelmäßige Wartungsmaßnahmen wie beispielsweise:
- Spezifisches Vollladeverfahren zum Ausgleich einzelner Zellen
- Vorbeugende Wartungsmaßnahmen (z. B. Kühlmittelwechsel)
- Bei Ausstattung mit einem Batteriekühler sind die damit verbundenen Wartungsarbeiten
- Luftfilter oder Luftaufbereitungssysteme für luftgekühlte Batterien
Diese Maßnahmen verlängern die Ausfallzeiten der Batterien und verursachen sowohl direkte Wartungskosten als auch indirekte Personalkosten.
Wartungsfreie Batterietechnologien sorgen oft für erhebliche Einsparungen über die gesamte Lebensdauer der Anlage hinweg, vereinfachen gleichzeitig den täglichen Betrieb und verbessern die Verfügbarkeit der Flotte.
7. Anfangsinvestition – Infrastrukturkosten (CAPEX)
Die Investitionskosten umfassen mehr als nur die Anschaffungskosten für die Batterie. Die Umstellung auf Elektrofahrzeuge kann Investitionen zur Modernisierung der bestehenden elektrischen Infrastruktur erfordern, beispielsweise für Ladestationen oder zusätzliche Stromversorgungsanforderungen. Eine umfassende Bewertung der Investitionskosten sollte alle diese damit verbundenen Infrastruktur- und Implementierungskosten berücksichtigen. Hier sind die häufigsten:
Ladestationen
Benötigte Menge
Je nach Ladestrategie für die Batterien kann die Elektrifizierung eines Geräteparks zusätzliche Ladestationen erfordern:
- Ein langsames Laden der Batterie schont zwar die Batteriezellen, kann jedoch die Verfügbarkeit der Ladegeräte für andere Geräte drastisch einschränken und die Anschaffung zusätzlicher Ladestationen erforderlich machen, um die Betriebsbereitschaft der Geräte oder Fahrzeuge aufrechtzuerhalten.
- Umgekehrt lassen sich beim Betrieb einer Fahrzeugflotte, insbesondere in zeitkritischen Bereichen wie Häfen oder Bergwerken, durch schnellere Lademöglichkeiten die Anzahl der benötigten Ladestationen reduzieren und Störungen im Flottenmanagement vermeiden.
Kosten der Grundfläche
Bei einigen Anwendungen, bei denen der Platz begrenzt ist, wie beispielsweise in Häfen oder Untertagebergwerken, ist jeder Quadratmeter wertvoll. Eine Reduzierung der Anzahl der Ladestationen ist von Vorteil, da der eingesparte Platz für andere Aktivitäten genutzt werden kann.
Modernisierung der elektrischen Infrastruktur
Die Elektrifizierung von Schwermaschinen erfordert häufig eine Modernisierung der elektrischen Infrastruktur am Standort. Insbesondere Ladesysteme können einen erheblichen Strombedarf verursachen, der die Kapazität des bestehenden Netzanschlusses übersteigt. Infolgedessen können Modernisierungsmaßnahmen an Transformatoren, Umspannwerken, Verteilernetzen, Schaltanlagen und der Verkabelung erforderlich werden. Diese Infrastrukturkosten können einen erheblichen Teil der Gesamtinvestition in die Elektrifizierung ausmachen und sollten bereits in einer frühen Projektphase bewertet werden.
Wichtiger Hinweis: Auch wenn es zunächst widersprüchlich erscheint, benötigt Schnellladen nicht unbedingt mehr Netzstrom als Langsamladen. Bei einer Flotte, die in drei Schichten im Einsatz ist, ist die tägliche Energiemenge, die an die Batterien geliefert werden muss, unabhängig von der Lademethode gleich. Beim Schnellladen kommen zwar Ladegeräte mit höherer Leistung zum Einsatz, es sind jedoch möglicherweise weniger Ladestationen erforderlich. Umgekehrt werden beim Langsamladen Ladegeräte mit geringerer Leistung verwendet, es ist jedoch in der Regel eine größere Anzahl an Ladestationen erforderlich. Wenn die Ladeinfrastruktur daher richtig ausgelegt und so verwaltet wird, dass übermäßige gleichzeitige Ladevorgänge vermieden werden, ist der Gesamtstrombedarf aus dem Netz ähnlich hoch.
Zusatzausstattung
Unternehmen sollten zudem prüfen, ob zusätzliche Ausrüstung erforderlich ist, um die Produktivität aufrechtzuerhalten. Sind die Ladezeiten zu lang, sind möglicherweise zusätzliche Akkus, Akku-Wechselsysteme (Handhabung, Lagerung …) oder weitere Fahrzeuge erforderlich, um einen unterbrechungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Diese zusätzliche Ausrüstung benötigt ebenfalls Lagerfläche. Auch die Lagerkosten sollten berücksichtigt werden.
Diese Kosten können die tatsächlichen Investitionskosten erheblich erhöhen und sollten von Anfang an berücksichtigt werden.
8. Zertifizierte Sicherheit
Sicherheit ist ein entscheidender Faktor bei den Gesamtbetriebskosten.
Die Investition in eine robuste Batterielösung mit fortschrittlichen Überwachungs- und Schutzfunktionen kann Betriebsrisiken und die damit verbundenen Kosten erheblich reduzieren.
Entscheidungsträger sollten sicherstellen, dass Batteriesysteme den einschlägigen Industriestandards und Zertifizierungen entsprechen, wie zum Beispiel:
- Schiffsbau-Zulassungen für maritime Anwendungen
- Für den Zielmarkt geltende Vorschriften zur Maschinen- und Arbeitssicherheit
- UN-ECE-Regelung Nr. 100 für Straßenfahrzeuge
- IP-Schutzklassen für Umweltbeständigkeit
Zudem senkt die Wahl einer zertifizierten Batterie die Versicherungskosten.
Schlussfolgerung
Bessere Anlageentscheidungen treffen
Bei anspruchsvollen Anwendungen sollte die Auswahl der Batterie niemals ausschließlich auf der Grundlage der Investitionskosten erfolgen. Die tatsächlichen finanziellen Auswirkungen eines Batteriesystems zeigen sich erst im Laufe der Jahre und hängen von vielen Faktoren ab.
Beim Vergleich von Batterielösungen sollten Entscheidungsträger folgende Aspekte berücksichtigen:
- Anschaffungskosten
- Erwartete Lebensdauer der Batterie und Austauschkosten
- Lade- und Betriebsflexibilität
- Energieverbrauch und Energieeffizienz
- Ausfallkosten und Auswirkungen auf die Produktivität
- Wartungsanforderungen
- Infrastrukturanforderungen und -kosten (Ladestationen, Modernisierung der elektrischen Infrastruktur, zusätzliche Ausrüstung)
- Sicherheit und Zertifizierungen
Nur wenn Unternehmen all diese Faktoren berücksichtigen und einen Total-Cost-of-Ownership-Ansatz verfolgen, können sie die Lösung finden, die die betriebliche Effizienz verbessert, Risiken mindert und über den gesamten Lebenszyklus der Batterie hinweg die niedrigsten Gesamtkosten gewährleistet.
Bei Batteriesystemen ist der günstigste Kaufpreis nicht immer die wirtschaftlichste Investition. Die Gesamtbetriebskosten (TCO) geben Aufschluss über die tatsächlichen Kosten.
Bei WATTALPS helfen wir Ihnen gerne dabei, die Gesamtbetriebskosten (TCO) Ihres Projekts zu berechnen.
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