Focus hier Beate Strobel 08.05.2026,
Dunkelflauten bringen unser Stromsystem an Grenzen. Innovative Speichertechnologien sollen die Energielücke schließen. Fraunhofer-Forschende haben dafür unter anderem den bisher größten Vanadium-Redox-Flow-Batteriespeicher Europas in Betrieb genommen. Ein Überblick.
Dunkelflaute: Allein das Wort klingt bedrohlich. Dabei verbirgt sich hinter der Vokabel lediglich die Tatsache, dass es in unseren Breitengraden im Winter weniger Sonnenstunden gibt und es phasenweise eher windstill ist. Doch da bereits mehr als die Hälfte des Energiehungers in Deutschland durch Windkraft und Solarpower gestillt wird, beeinflusst diese Wintergemengelage den Energiemarkt: In Dunkelflauten steigt der Strompreis aufgrund des veränderten Verhältnisses zwischen Angebot und Nachfrage rapide.
Helfen kann hier eine Technik, die den Menschen traditionell durch den Winter geholfen hat: Vorratshaltung. Anders als Kartoffeln und Gemüse lässt sich Strom allerdings nicht so einfach im Keller für dunkelstille Zeiten lagern. Deshalb arbeitet die Forschung inzwischen verstärkt an neuen Formen der Energiespeicherung, um erneuerbare Energie aus ertragreichen Zeiten zu sichern für Phasen, in denen kaum Strom produziert werden kann.
Elektrochemische Speicherung
Wenn über die Energiewende gesprochen wird, fallen zwei Wörter besonders häufig: Batterien und Speicher. Gemeint ist in der Regel die elektrochemische Energiespeicherung – ein Prinzip, das heute fast überall genutzt wird: im Smartphone, im Elektroauto, in Hausbatterien für Solaranlagen und zunehmend auch in großen Speicherkraftwerken.
In jeder Batterie stecken zwei unterschiedliche Materialien – Elektroden – und eine Flüssigkeit oder ein Gel dazwischen: der Elektrolyt. Die Materialien unterscheiden sich darin, wie leicht sie Elektronen abgeben oder aufnehmen.
Wird die Batterie geladen, zwingt man Elektronen von einer Elektrode zur anderen. Die Energie, die dabei hineingesteckt wird, verbleibt im Inneren der Batterie in Form von chemischen Veränderungen. Wird die Batterie später entladen, läuft dieser Prozess genau andersherum: Die Elektronen wollen wieder zurück und fließen dabei durch einen äußeren Stromkreis. Dieser Elektronenfluss ist der Strom, der dann ein Gerät antreibt oder ein Haus versorgt.
Unterschiedliche Batteriearten
Beim Laden und Entladen findet also keine Verbrennung statt; die ganze Arbeit erledigen Atome und Ionen, die sich zwischen den Elektroden hin- und herbewegen und dort chemische Bindungen eingehen oder lösen. Batterien unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich der verwendeten Materialien.
Lithium-Ionen-Batterien etwa sind leicht, leistungsfähig und können große Energiemengen aufnehmen, was ihren Siegeszug in Smartphones und Elektroautos erklärt. Andere Systeme wie Natrium-Ionen-Batterien, Redox-Flow-Speicher oder Hochtemperaturbatterien setzen auf andere Materialien und eignen sich für ganz unterschiedliche Einsatzbereiche: große Energiespeicher für Solar- und Windparks, langlebige Speicher für Industrieanlagen oder kostengünstige Lösungen für Regionen, in denen Lithium knapp oder teuer ist.
Elektrochemische Speicher können fast überall eingesetzt werden: in Haushalten, um Solarstrom vom Tag am Abend zu nutzen; in Industriebetrieben, um Spitzenlasten zu glätten; in Stromnetzen, um Frequenzschwankungen auszugleichen; und in Fahrzeugen aller Art. Sie bringen Energie dorthin, wo sie gebraucht wird – und zwar genau dann, wenn sie benötigt wird. In einer Welt, die immer mehr auf erneuerbare Energien setzt, ist das unverzichtbar.
Größter Vanadium-Redox-Flow-Batteriespeicher Europas
Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT hat im Sommer 2025 den Forschungsbetrieb für den bisher größten Vanadium-Redox-Flow-Batteriespeicher Europas gestartet.
- Eine Redox-Flow-Batterie speichert Energie in flüssigen Elektrolyten.
- In der Batterie befinden sich dafür zwei große Tanks, gefüllt mit zwei unterschiedlichen Flüssigkeiten.
- Diese Flüssigkeiten enthalten jeweils chemische Stoffe, die Elektronen aufnehmen oder abgeben können.
- Beim Laden und Entladen werden diese Flüssigkeiten durch eine Reaktionszelle gepumpt, in der dann die eigentliche Stromerzeugung stattfindet.
Der am Fraunhofer ICT entwickelte Speicher kann bis zu zwei Megawatt Leistung bereitstellen und bis zu 20 Megawattstunden Energie speichern – genug, um mehrere Hundert Haushalte über viele Stunden mit Strom zu versorgen. Die Anlage steht auf dem Gelände des Instituts in Pfinztal und ist direkt mit einer 2-Megawatt-Windkraftanlage gekoppelt.
In einem ersten Praxistest zeigte sich, dass sich erneuerbare Energien mithilfe dieses Speichers gezielt ins Stromnetz einspeisen lassen – auch dann, wenn der Wind gerade nicht weht. Das sei ein entscheidender Schritt hin zu einem stabilen Stromsystem, urteilt Projektleiter Dr.-Ing. Jens Noack, Teamleiter für Flussbatterien in der Abteilung für Angewandte Elektrochemie am Fraunhofer ICT und außerordentlicher Professor an der australischen University of New South Wales. Ein solches System könne helfen, abgelegene Orte, Unternehmen oder ganze Energiedörfer zuverlässig mit sauberem Strom zu versorgen, selbst wenn sie nicht gut ans öffentliche Netz angebunden sind.
Mechanische Energiespeicherung
Die mechanische Energiespeicherung gehört zu den ältesten und zugleich robustesten Methoden, Energie für später aufzubewahren. Dabei greifen mechanische Speicher auf einfache, aber sehr wirkungsvolle physikalische Prinzipien zurück: Lageenergie, Bewegungsenergie und Verformungsenergie. Energie wird dabei rein physikalisch gespeichert – ohne chemische Reaktionen, ohne Seltene Erden und meist mit langer Lebensdauer.
Druckluftenergiespeicher etwa nutzen einen Überschuss an elektrischer Energie dazu, über Kompressoren Luft in unterirdische Kavernen zu pressen. Dabei steigen Druck und Temperatur der Luft. Die Energie steckt nun in der komprimierten Luft – je höher der Druck, desto mehr wurde gespeichert. Sobald die Luft wieder expandiert, kann sie Turbinen in Schwung setzen, die wiederum Generatoren antreiben, über die dann elektrischer Strom ins Netz abgegeben wird.
Ortsunabhängige Druckluftenergiespeicherung
Im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens KompEx LTA-CAES® modular wurde beim Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT eine Anlagentechnik entwickelt, die durch modularen Aufbau und die Kombination von Turbo- und Kolbenmaschinen eine ortsunabhängige Druckluftenergiespeicherung ermöglicht.
Die Technologie nutzt die Tatsache, dass sich Luft bei der Kompression stark erwärmt und bei der Ausdehnung wieder drastisch abkühlt, indem sie die anfallende Prozesswärme speichert und beim Expandieren wiederverwendet. Dadurch ist sie nicht auf die Hilfe fossiler Energieträger angewiesen.
Ein weiterer Clou: Für die Ein- und Ausspeicherung der Energie kann ein und derselbe Maschinensatz verwendet werden, während bei herkömmlichen Druckluftenergiespeichern mit getrennten Maschinensätzen gearbeitet wird. So kann auf einen kompletten Maschinenstrang verzichtet werden – ein Beitrag zur Kostenersparnis.
Pumpspeicher-Kraftwerke
Ein anderer spannender Ansatz ist das Prinzip der Pumpspeicher-Kraftwerke. In der klassischen Version wird mithilfe gerade überschüssiger Energie Wasser aus einem niedrig gelegenen Becken in ein höheres Becken gepumpt.
Wird Strom benötigt, lässt man das Wasser wieder ins Unterbecken abfließen, wobei es über einen an eine Turbine angeschlossenen Generator elektrischen Strom erzeugt. Im Projekt StEnSea „Stored Energy in the Sea” wollen Forschende am Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE dieses Prinzip vom Land auf Ozeane übertragen: 400 Tonnen schwere Betonhohlkugeln werden auf dem Meeresboden verankert und mit überschüssiger Energie aus Offshore-Windkraftanlagen leergepumpt.
Zur Entladung lässt man einfach wieder Wasser hineinfließen, das so über Turbinen Strom erzeugt. Nach einem erfolgreichen Versuch im Bodensee mit einer Drei-Meter-Kugel steht nun im Rahmen des Folgeprojekts StEnSea 2.0 für Ende 2026 ein weiterer Testlauf an – diesmal vor der kalifornischen Küste und in deutlich größerem Maßstab.
Thermische Energiespeicher
Wärme ist eine der wichtigsten Energieformen im Alltag: Sie heizt Wohnungen, treibt Industrieprozesse an und bringt das Badewasser auf angenehme Temperatur. Allerdings ist Wärme oft dann verfügbar, wenn wir sie gar nicht brauchen – etwa Solarwärme im Hochsommer oder Abwärme aus Fabriken in der Nacht. Thermische Energiespeicher machen diese Wärme zeitlich flexibel.
Bei der einfachsten Form der thermischen Energiespeicherung wird ein Material wie Wasser, Sand oder Stein schlicht erwärmt. Es nimmt so Energie auf, die es beim Abkühlen sukzessive abgibt. Solche Speicher sind robust, günstig und in Haushalten wie in Fernwärmenetzen weit verbreitet. Allerdings verlieren sie – man kennt es von der Wärmflasche oder Thermoskanne – über längere Zeit durch Wärmeabgabe an die Umgebung an Effizienz, weshalb sie sich vor allem als Speicheroption für Stunden bis wenige Tage eignen.
Paraffine und Salze zur Energiespeicherung
Eine elegantere Form nutzt den sogenannten Phasenwechsel: Schmilzt ein Stoff, speichert er große Mengen Energie, ohne dass sich seine Temperatur dabei verändert. Erst wenn er vollständig verflüssigt ist, steigt die Temperatur. Dieses Prinzip macht man sich in sogenannten Latentwärmespeichern zunutze.
Die Materialien, die hier zum Einsatz kommen – häufig Paraffine oder bestimmte Salze –, sind so ausgewählt, dass sie bei exakt jener Temperatur schmelzen, bei der auch später wieder geheizt oder gekühlt werden soll. Dadurch lassen sich Temperaturschwankungen abfangen und große Energiemengen auf engem Raum speichern. Das Verfahren ist technisch anspruchsvoller, aber ideal, wenn eine konstante Temperatur gewünscht oder nur wenig Platz vorhanden ist.
Besonders effizient: „Wärme-Batterien”
Die dritte Variante ist die thermochemische Speicherung, die den Schritt zur „Wärme-Batterie” vollzieht. Hier wird die Wärme in chemische Bindungen eingebaut – etwa indem ein Stoff durch Wärmezufuhr entwässert oder seine Molekülstruktur verändert wird. Später kann man diese Reaktion umkehren beispielsweise durch Beigabe von Wasser. Dabei wird die gespeicherte Wärme freigesetzt.
Vorteil: Solche Speicher verlieren über Monate oder sogar Jahre hinweg praktisch keine Energie, weil sie nicht auf Temperaturerhaltung angewiesen sind. Sie eignen sich damit ideal für saisonale Speicher, etwa um Sommerwärme im Winter nutzbar zu machen.
Fraunhofer Forscher entwickeln neuartigen Wärmespeicher
Im Projekt ISSDEMO entwickelt das Fraunhofer UMSICHT mit mehreren Partnern einen neuartigen Wärmespeicher, der besonders schnell reagiert und sehr hohe Temperaturen aushält. Dieser Speicher basiert auf einer speziellen Metalllegierung, die beim Schmelzen und Erstarren große Mengen Wärme aufnehmen und wieder abgeben kann. Dadurch lässt sich Prozessdampf, wie er in vielen Fabriken benötigt wird, flexibel und klimafreundlich bereitstellen – und zwar mit Wärme aus erneuerbaren Energien statt aus fossilen Brennstoffen.
Der Wärmespeicher nutzt das Prinzip des Phasenwechsels: Schmilzt die Metalllegierung, kann sie viel Energie aufnehmen; wird sie wieder fest, gibt sie diese Wärme wieder ab. Im Projekt wird der Speicher so weiterentwickelt, dass er hohe Temperaturen von 250 bis 500 Grad Celsius liefern kann und genügend Energie speichert, um in der Industrie sinnvoll eingesetzt zu werden. Dort könnte dann erneuerbarer Strom direkt in Wärme für Produktionsprozesse umgewandelt werden.
Chemische Energiespeicher
Diese Form der Energielagerung erfolgt nicht über Temperatur oder Druck, sondern über die Struktur von Molekülen. Denn jede chemische Substanz besitzt eine bestimmte Menge an Energie, die in den Bindungen zwischen Atomen steckt. Wird eine chemische Reaktion ausgelöst, können diese Bindungen Energie aufnehmen oder abgeben. Chemische Speicher setzen also Energie ein, um chemische Formen zu verändern. Zur Energierückgewinnung läuft der Prozess dann rückwärts ab.
Wasser beispielsweise lässt sich durch Zufuhr von Strom in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen. Der dabei entstehende Wasserstoff enthält Energie, ohne dass er dabei warm wird oder sich bewegt: Sie steckt schlicht in den Molekülen selbst. Wenn Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert und wieder zu Wasser wird, kommt diese Energie frei. Diese Art der Speicherung ist besonders interessant, weil so weit größere Energiemengen gespeichert werden können als in herkömmlichen Batterien.
Wasserstoff-Microgrids
Die Referenzfabrik.H2 des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU hat sogenannte Wasserstoff-Microgrids für eine Zwischenspeicherung von nicht unmittelbar benötigter elektrischer Energie entwickelt. Kernelement ist dabei der am Fraunhofer IWU entwickelte Elektrolyseur HyVentus.
Diese Wasserstoff-Microgrids wandeln überschüssigen Strom aus erneuerbaren Quellen in Wasserstoff um und speichern ihn. Bei Bedarf wird der Wasserstoff über Brennstoffzellen wieder in Elektrizität umgewandelt. Die in Hochseecontainern installierten Microgrids eignen sich besonders für dezentrale Energienetzwerke.
Die Container-Lösungen speichern überschüssigen Solar- und Windstrom als Wasserstoff und ermöglichen so bei Bedarf auch eine saisonale Speicherung. Anders als klassische Batterielösungen können sie große Energiemengen über längere Zeiträume speichern, da Wasserstoff eine sehr geringe Selbstentladung aufweist. Dieser Aspekt macht sie ideal für die saisonale Energiespeicherung. Gleichzeitig überbrücken die Microgrids Dunkelflauten, wenn weder Wind noch Sonne verfügbar sind.
Potenzielle Nutzer der Technologie wären beispielsweise Krankenhäuser aufgrund des bei der Elektrolyse anfallenden Sauerstoffs. Dieser könnte als technischer Sauerstoff verbraucht oder zur Reinigung sowie Desinfektion von Wasser verwendet werden.
hier Felix Baumann 7. Mai 2026
Warum diese Quantenbatterie schneller lädt, je größer sie wird
Klassische Akkus haben ein Problem: je größer die Kapazität, desto länger das Laden. Australische Forscher haben jetzt eine Quantenbatterie entwickelt, die genau das Gegenteil tut. Sie lädt sich per Licht auf, wandelt Energie direkt in Strom um und wird mit wachsender Größe schneller, nicht langsamer. Wir verraten dir, was dahintersteckt und warum das die Energietechnik neu definieren könnte.
Forscher aus Australien haben erstmals den kompletten Kreislauf einer voll funktionierenden Quantenbatterie demonstriert. Das System nutzt einfallendes Licht, um sich drahtlos aufzuladen und liefert anschließend direkt elektrischen Strom.
Der Kern der Batterie besteht aus speziellen organischen Farbstoffmolekülen, die in einen winzigen optischen Hohlraum eingebettet sind. In dieser Struktur verschmelzen die Moleküle durch starke Wechselwirkungen mit den eingefangenen Lichtteilchen.
Quantenbatterie spielt gegen die Regeln der klassischen Physik
Nach dieser fast augenblicklichen Aufladung muss das Bauteil die Energie speichern, bevor sie ungenutzt verfällt. Die Wissenschaftler nutzten dafür einen quantenmechanischen Kniff auf molekularer Ebene, der auf dem sogenannten Intersystem Crossing basiert.
Die aufgenommene Energie fällt rasch in einen metastabilen Zustand, wodurch die gespeicherte Ladung für zehn bis 50 Nanosekunden erhalten bleibt. Diese Zeitspanne ist absolut betrachtet kurz, übersteigt die extrem schnelle Ladezeit der Batterie jedoch um ein Millionenfaches.
Um diese ruhende Energie nutzbar zu machen, integrierten die Entwickler gezielt Transportschichten in ihr System. Diese Schichten erzeugen ein inneres Energiegefälle und lenken die freigesetzten elektrischen Ladungen in eine vorgegebene Richtung. Dadurch entsteht ein elektrischer Stromkreis, der eine messbare und stetige Leistung abgibt. So liefert die Batterie kontinuierlich Strom, selbst wenn sie nur durch eine schwache, unstrukturierte Lichtquelle bestrahlt wird.
Sensoren, Solar und Miniaturstrom: Was Quantenbatterien leisten könnten
Die Menge der abgegebenen elektrischen Leistung wächst bei dieser Architektur überproportional zur Größe der Batterie. Ein solches Verhalten war bisher in Experimenten zur Quantenthermodynamik weitgehend unentdeckt geblieben. Entsprechende Mechanismen ließen sich künftig für stark verbesserte Photovoltaik-Anlagen nutzen, die bei Dämmerlicht mehr Energie sammeln.
„Unsere Ergebnisse liefern die erste experimentelle Demonstration einer superextensiven Licht-zu-Ladung-Umwandlung im stationären Zustand“, so die Forscher in ihrer Studie. James Hutchinson, Professor an der Universität Melbourne, ergänzte:
Ähnlich wie herkömmliche Batterien laden, speichern und geben Quantenbatterien Energie ab. Doch während herkömmliche Batterien auf chemischen Reaktionen beruhen, nutzen Quantenbatterien die Eigenschaften der Quantenmechanik.
Bislang funktioniert dieses Prinzip in Prototypen bei Raumtemperatur unter Laborbedingungen. Künftige Geräte könnten als winzige, permanente Stromquellen für kleine elektronische Bauteile dienen. Auch autonome Sensoren ließen sich damit betreiben, da sie sich bei minimalem Lichteinfall ununterbrochen selbst aufladen würden. Eine Marktreife für herkömmliche Endgeräte dürfte jedoch noch intensive Materialforschung erfordern.
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