Grafik: Beispielrechnung der Speicherförderung für eine PV-Anlage mit 5 kWp (BSW-Solar)

Mit Speichersystemen können Betreiber von Photovoltaik-Anlagen den Solarstrom von ihrem Dach speichern und selbst nutzen, statt ihn weitgehend ins öffentliche Netz einzuspeisen. Bild: Energiespeicher des Herstellers VARTA Microbatteries

Energiemanagement und Batteriespeicher lohnen sich. Besitzer von Photovoltaik-Anlagen können den Solarstrom-Eigenverbrauch auf rund 70 % steigern. Grafik: ZVEI

Blei-Batterie

- geringe Zyklenanzahl von max. 1200 bis 1500Zyklen bei nur 50% Entladetiefe.

- Max. Lebensdauer 5 bis 7 Jahre

- Schwer und groß (400 bis 500kg)

- Memoryeffekt

- Hohe Selbstentladung 0,5% pro Tag

- Gesundheitsbelastung durch Freisetzung

toxischer Entgasungen

Photovoltaik-Speicher

Photovoltaik-Speichersysteme steigern Solarstrom-Eigenverbrauch und sparen Energiekosten; Staat fördert mit Zuschüssen und zinsgünstigen Darlehen

Solarstrom aus Photovoltaik-Anlagen kann und muss effizient gespeichert werden, denn die Sonne scheint nicht 24 Stunden am Tag. Doch mittags gibt es Solarstrom im Überfluss - bei einer nur geringen Nutzung der Elektrizität, so dass die öffentlichen Stromnetze schon an ihre Grenzen stoßen können.

Batteriespeicher und Energiemanagement-Systeme bieten hier einen effizienten Lösungsansatz.

Zu den besonders leistungsstarken Kurzzeitspeichern zählen Batterien.

Nach Erkenntnissen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme, die in der „Speicherstudie 2013“

veröffentlicht wurden, sorgt der Einsatz von Batteriespeichern für eine bedeutende Entlastung des Stromnetzes,

während Verbraucher ihre Energiekosten massiv senken können.

Hinzu kommt ein Wandel in der Förderpolitik: Einerseits sinkt die Solarstrom-Einspeisevergütung, andererseits

werden PV-Speicher seit Mai 2013 mit staatlichen Geldern unterstützt.

Davon profitieren die Haushalte und die öffentlichen Stromnetze.

Lithium-Ionen- oder Blei-Batterien?

Batteriespeichersysteme bestehen im Grunde genommen aus zwei Teilen:

Batterie und Wechselrichter bzw. Laderegler. Auf dem Markt spielen Lithium-Ionen und Blei-Gel die größte Rolle. Beide Technologien haben Vorteile: Blei-Batteriesysteme sind lang erprobt und

Lithium-Batterie-Systeme sind noch relativ neu und deutlich teurer. Dafür bieten diese jedoch . langfristig mehr Ladezyklen, sie haben also eine längere Lebensdauer.

Solarstrom-Eigenverbrauch hat Vorrang – und lohnt sich

Der intelligente Wechselrichter/Laderegler kontrolliert das Aufladen der Batterie oder auch die

Angesichts der gegenwärtigen Solarstrom-Gestehungskosten privater Anlagen von rund 14 Cent/kWh

und bei einem Haushaltsstrombezugspreis von etwa 28 Cent/kWh hat sich der Direktverbrauch

zur wirtschaftlich lohnenden Alternative entwickelt.

Sonnenenergie „zwischenspeichern“

Der wesentliche Vorteil des Energiespeichers besteht somit darin, dass die Sonnenenergie

„zwischengespeichert“ werden kann. Abends, wenn die Sonne untergeht, kann ein Haushalt die

zwischengespeicherte Sonnenergie zeitversetzt nutzen. Die Photovoltaik-Branche geht von einer

möglichen Erhöhung des Solarstrom-Eigenverbrauchs von bis zu 70 Prozent aus.

Die Bundesregierung will die Solarstrom-Speicher zur Stabilisierung des Netzes etablieren, wozu nun die Förderung beitragen soll. Die Markteinführung von Batteriesystemen zur Solarstrom-Speicherung wird seit dem 1. Mai 2013 gefördert.

Die Finanzierung des neuen Förderprogramms ist gesichert, allerdings im ersten Jahr auf 25 Millionen Euro begrenzt.

Solarstrom-Speicher kosten 6.000 – 15.000 Euro

Die Speicher lassen sich schnell und flexibel installieren. Wir bieten Ihnen DC-Systeme wie auch AC-Systeme an.

Lassen Sie sich von uns beraten.

Die Preise für Stromspeicher, die eine Bleibatterie nutzen, fangen derzeit bei rund 6.000 Euro an. Lithium-Ionen-Speicher kosten 8.000 bis 15.000 Euro. Eine komplette Solarstromanlage plus integrierter Batteriespeicherlösung kann etwa 12.000 bis 25.000 Euro kosten – abhängig von der gewählten Technologie und der Größe der Anlage.

Staat zahlt 600 Euro Zuschuss pro Kilowattstunde PV-Leistung

Zum 1. Mai 2013 startete das Förderprogramm des Bundesumweltministeriums für Solarstromspeicher,

das über die KfW-Bank abgewickelt wird. Eine typische Fünf-Kilowatt Solarstromanlage plus Speicher

kann mit bis zu 3.000 Euro gefördert werden.

Wird beispielsweise eine neue Photovoltaik-Anlage installiert, können die Betreiber einen Zuschuss

von bis zu 30 Prozent oder maximal 600 Euro pro Kilowattstunde erhalten.

Mit dieser Förderung hat die Bundesregierung ein Marktanreizprogramm geschaffen, das die Preise

bei steigender Nachfrage nach Batterien sinken lassen wird.

47 Prozent der Hausbesitzer können sich eine Investition in Solarstrom-Speicher vorstellen

Nach einer Umfrage des Bundesverbands Solarwirtschaft (BSW-Solar) hat jeder zweite Photovoltaik-Neuinvestor und jeder dritte Anlagenbetreiber Interesse an den Batteriespeichern. Dies belegt eine infratest/dimap-Umfrage. 63 Prozent der befragten Hausbesitzer geben an, sich bereits über die Speicherung des selbst erzeugten Solarstroms und die Eigenverbrauchsmöglichkeiten informiert zu haben. 47 Prozent der Hausbesitzer können sich sogar eine Investition in Solarstromspeicher vorstellen. Quellen: ZVEI; BMU; Solarserver.de

Vergleich zwischen Lithium-Ionen-Akkus und Blei-Batterien

Kennzahlen einer Solarbatterie: technische & praktische Bezugsgrößen

Die Beschäftigung mit technischen Daten einer Solarbatterie beginnt ganz grundsätzlich bereits mit der Frage, was für Strom eine Solarbatterie überhaupt speichert: Gleichstrom oder Wechselstrom? Wissen Sie es? Es ist Gleichstrom. Und dies ist nur die einfachste in einer Reihe von vielen weiteren Grundlagen die man braucht, um Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen verstehen und bewerten zu können. Bis dato haben sich folgende Daten und Größen herauskristallisiert, um das Leistungsvermögen und Leistungsverhalten einer Solarbatterie zu beschreiben:

- Batterietechnologie Batteriespeicher arbeiten entweder auf Blei-Basis (Blei-Säure, Blei-Gel) oder mit Lithium-Ionen. Blei-Akkus sind wirtschaftlich erprobt und länger im Einsatz als Lithium-Ionen-Speicher. Der Wirkungsgrad von Lithium-Ionen-Akkus ist jedoch höher als bei Blei-Akkus.

- Speicherkapazität / Batteriekapazität (Nennkapazität) Die Speicherkapazität einer Solarbatterie gibt an, wieviel Strom sie mit einer vollen Aufladung speichern kann. Die Speicherkapazität ist eine technische Angabe des Herstellers und wird in Kilowattstunden angegeben (kWh). Die Nennkapazität sollte mit einem Herstellerhinweis versehen sein, für welche PV-Leistung die Solarbatterie empfohlen wird.

- Entladetiefe (DoD) Eine Solarbatterie kann nicht zu 100% entladen werden. Diese sog. Tiefenentladung schädigt die Batterie. Deshalb kann eine Solarbatterie nur bis zur Entladetiefe entladen werden. Diese variiert je nach Hersteller. Zwischen 50% und mehr als 90% der gespeicherten Strommenge kann bei einem Entladevorgang deshalb (nur) entnommen werden.

- Nutzbare Speicherkapazität / Batteriekapazität Die technische Speicherkapazität einer Solarbatterie ist nur theoretischer Natur, da die Entladetiefe berücksichtigt werden muss. Die wirkliche praktische Kapazität einer Solarbatterie gibt deshalb erst die nutzbare Speicherkapazität an. Beispiel: hat eine Solarbatterie eine Speicherkapazität von 9 kWh und eine Entladetiefe von 80%, so kann die Batterie praktisch "nur" 7,2 kWh speichern (80% von 9 kWh).

- Vollzyklus Eine Solarbatterie einmal bis zur Entladetiefe zu entladen und anschließend vollständig wieder aufzuladen ist ein Vollzyklus. Dieser Gebrauch wird theoretisch einer Solarbatterie zugrunde gelegt.

- Kleinstzyklus Eine Solarbatterie wird nur geringfügig entladen und anschließend wieder aufgeladen. Welche Auswirkung dies auf die Alterung einer Solarbatterie hat ist bislang nicht ausreichend erforscht.

- Maximale Lade / Entladeleistung & C-Rate Waschmaschinen oder andere größere technische Geräte benötigen kurzzeitig viel Strom und erzeugen damit so genannte Lastspitzen. Ob diese Lastspitzen mit dem Batteriespeicher vollständig abgedeckt werden können, lässt sich an der maximalen Entladeleistung (in kW) ablesen. Wie schnell die Solarbatterie dabei entladen wird im Verhältnis zur Speicherkapazität, gibt die C-Rate an. Entlädt sich ein Batteriespeicher binnen einer Stunde völlig, so liegt der Wert bei 1C. Wie schnell der Batteriespeicher anschließend wieder aufgeladen werden kann, gibt im Umkehrschluss die maximale Ladeleistung an.

- Zyklenlebensdauer / Anzahl der Vollzyklen Technische Angabe des Herstellers, für wie viele Vollzyklen die Solarbatterie ausgelegt ist. Heutige Batteriespeicher haben eine Zyklenlebensdauer bis zu 8.000 Vollzyklen. Bei Erreichen der Zyklenlebensdauer hat die Solarbatterie eine Kapazität von 80% ihrer ursprünglichen Nennkapazität (und kann theoretisch noch weiter benutzt werden).

- Kalendarische Lebensdauer Die kalendarische Lebensdauer ist ebenfalls eine theoretische Angabe des Herstellers. Wird der Batteriespeicher weder entladen noch geladen, so besitzt die Solarbatterie nach Ablauf der kalendarischen Lebenszeit noch 80% ihrer ursprünglichen Nennleistung. Einige Hersteller tauschen z.B. bei einer geringen kalendarischen Lebensdauer die Solarbatterie einmal kostenfrei aus.

- Gebrauchsdauer Die Gebrauchsdauer ist ähnlich wie die nutzbare Speicherkapazität eine praktische Größe. Bei der Gebrauchsdauer wird zunächst angenommen, wie viele Vollzyklen ein Batteriespeicher pro Jahr praktisch machen wird. Die Photon hat hier z.B. angenommen, dass ein Batteriespeicher jährlich rund 200 mal vollständig entladen und geladen wird. Tatsächlich sind es aber meistens zwischen 250 und 300 Zyklen.

Nehmen wir mal 275 Zyklen an, so hätte die Solarbatterie, bei 8000 Ladezyklen eine Gebrauchsdauer von rund 29 Jahren.

- Systemwirkungsgrad Batteriespeicher sind elektrochemische Speicher und werden über elektronische Komponenten (Laderegler / Batteriewechselrichter) gesteuert. Aus diesem Grund ergeben sich wie bei allen technischen Anlagen Leistungsverluste von einigen Prozentpunkten. Die Herstellerangaben zum Systemwirkunsgrad einer Solarbatterie sind bis dato noch uneinheitlich. Entscheidend ist, dass sowohl der Zyklenwirkunsgrad des Akkus (Blei ca. 75%; Lithium-Ionen >90%) als auch die Teilwirkungsgrade der verschiedenen elektronischen Komponenten zum Systemwirkungsgrad hinzugezählt werden.

- AC / DC gekoppelt Batteriespeicher können elektrisch entweder "nach" dem Wechselrichter der PV-Anlage im Wechselstromkreis des Hauses eingebunden werden (AC-gekoppelt) oder "vor" dem Wechselrichter im zwischengeschalteten Gleichstromkreis (DC-gekoppelt). Da eine Solarbatterie grundsätzlich Gleichstrom lädt, sind AC-gekoppelte Systeme zusätzlich mit einem Konverter (Batteriewechselrichter) ausgestattet, der den Wechselstrom zum Laden der Solarbatterie in Gleichstrom wandelt. Zum Entladen wird der Batterie-Gleichstrom wieder in Wechselstrom gewandelt. DC-gekoppelte Systeme benötigen diesen Konverter nicht, da sie direkt den erzeugten Gleichstrom der PV-Anlage laden. Hierdurch ergibt sich ein leicht höherer Wirkungsgrad, jedoch muss bei einer nachträglichen Installation der Wechselrichter der PV-Anlage getauscht werden, was bei AC-gekoppelten Systemen nicht der Fall ist und die Nachrüstung mit einem Batteriespeicher flexibler gestaltet.

- 1-phasig / 3-phasig Batteriespeicher speisen den geladenen Solarstrom entweder auf einer oder drei Phasen ins Hausnetz / öffentliche Stromnetz ein. 1-phasige Batteriespeicher können im Fall eines Stromausfalls Elektrogeräte mit 3-phasigem Anschluss nicht versorgen, so dass z.B. der Herd in der Küche nicht funktionieren würde. Ebenso müssen PV-Anlagen 3-phasig ins Stromnetz einspeisen

(Ausnahmen gelten für Anlagen bis 4,6 kWp).

- Volleinspeiser Volleinspeiser sind Batteriespeicher, die gespeicherten Solarstrom (Batteriestrom) direkt ins Netz einspeisen dürfen. AC-gekoppelte Batteriespeicher benötigen hierfür einen zusätzlichen Zähler um zu verhindern, dass Strom aus dem Netz geladen und als Solarstrom eingespeist wird.

- Notstromoption Eine Notstromoption ermöglicht es, dass bei einem Stromausfall die Solarbatterie im Bruchteil einer Sekunde die Stromversorgung des Hauses übernimmt und zusammen mit der PV-Anlage das Haus im Inselbetrieb versorgt. Hierbei kommt es u.a. darauf an, ob die Solarbatterie 1-phasig oder 3-phasig einspeist, damit auch sämtliche Elektrogeräte im Haus (3-phasige) funktionieren.

Kennzahlen, die im Alltag entscheidend sind

Die zuvor genannten Daten beschreiben im Kern die technische Leistungsfähigkeit der Solarbatterie selbst. Wie gut die Solarbatterie im praktischen Betrieb abschneidet, um in Kombination mit einer PV-Anlage einen Haushalt möglichst weitgehend mit Strom zu versorgen, darüber geben die folgenden drei Größen Auskunft.

- Eigenverbrauchsanteil Der Eigenverbrauchsanteil steht in Bezug zur erzeugten Strommenge der Photovoltaikanlage und sagt aus, wieviel Solarstrom aus der PV-Anlage selbst verbraucht werden kann im Haushalt durch den Einsatz der Solarbatterie. Ein möglichst hoher Eigenverbrauchsanteil hängt dabei von einer fachgerechten Planung und Auslegung beider Systeme ab.

- Autarkiegrad Der Autarkiegrad steht in Bezug zum gesamten Stromverbrauch des Haushalts und sagt im Unterschied zum Eigenverbrauchsanteil aus, wieviel des tatsächlichen Strombedarfs durch die Photovoltaik Solarbatterie Kombination gedeckt werden kann.

- Kosten pro gespeicherter Kilowattstunde Wie wirtschaftlich ein Batteriespeicher ist lässt sich daran festmachen, was eine gespeicherte Kilowattstunde umgerechnet kostet (in Cent). Diese lassen sich für einen Batteriespeicher wie folgt berechnen:

1. Nennkapazität x Anzahl der Vollzyklen = theoretisch speicherbare Energiemenge

2. theoretisch speicherbare Energiemenge in praktisch speicherbare Energiemenge umrechnen, indem die Entladungstiefe und der Systemwirkungsgrad prozentual abgezogen werden

3. Investitionskosten / Endkundenpreis (für die gleiche technische Ausstattung) durch die praktisch speicherbare Energiemenge teilen ergibt den Preis pro gespeicherter Kilowattstunde Strom

Beispielrechnung für eine Solarbatterie: Lithium-Ionen-Batterie

Nennkapazität 6,4 kWh x 6.000 Vollzyklen = 38.400 kWh theroretische Speichermenge

38.400 kWh im Verhältnis zu 90% Entladungstiefe ergibt 34.560 kWh nutzbare Speichermenge

6.499 € Endkundenpreis geteilt durch 34.560 kWh = 0,188 Euro pro gespeicherte kWh.

(Endkundenpreis netto, ohne Installationskosten, ohne Berücksichtigung der Speicherförderung am Beispiel des LG-Chem Speichersystems) Stand Ende 2015

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