Photovoltaik mit Stromspeicher

Stromspeicher - alles, was Sie wissen müssen

Die wichtigsten Fakten zum Thema Stromspeicher: Von ihrer Rolle in der Energiewende bis zu den technischen Merkmalen. Hier werden Sie zum Stromspeicher-Experten.

Warum Stromspeicher so erfolgreich sind

Stromspeicher für Eigenheime sind beliebt wie nie. Bis Ende 2014 wurden laut Bundesverband Solarwirtschaft etwa 15.000 Anlagen in deutschen Haushalten installiert. Hierfür gibt es viele Gründe: Jährlich steigende Stromkosten bei gleichzeitig fallenden Preisen für Batterien. Die sich wandelnden Rahmenbedingungen zum Beispiel bei der Einspeisung von Energie in das Stromnetz.

Noch vor wenigen Jahren floss der Großteil selbst erzeugten Stroms dank Einspeisevergütung ins öffentliche Netz. Heute ist die Vergütung auf ein Minimum geschrumpft und die Kosten für Netzstrom steigen jährlich. Viele Haushalte sind angesichts dieser Entwicklung bemüht, ihren Eigenverbrauch zu optimieren. Stromspeicher spielen hierbei eine Schlüsselrolle. Sie ermöglichen es Besitzern einer PV-Anlage, den selbst produzierten Strom effektiv zu nutzen – nämlich immer dann, wenn er wirklich gebraucht wird.

Stromspeicher als wichtiger Baustein der Energiewende

Die Kombination aus Photovoltaik-Anlage und Speicher macht den Verbraucher unabhängig von steigenden Strompreisen. Sie ist darüber hinaus ein unverzichtbarer Bestandteil der fortschreitenden Energiewende. Bis 2035 sollen in Deutschland fast 60 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien stammen – vorrangig aus Photovoltaik- und Windenergie.

Steigt jedoch der Anteil erneuerbarer Energien, sinkt im Gegenzug die Auslastung konventioneller Kraftwerke. Der Bedarf an flexiblen Speichermöglichkeiten wächst, nicht zuletzt um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Stromspeicher sind ein effektives Mittel, die Energieversorgung flexibel zu gestalten. So nehmen sie etwa an windigen Tagen Strom auf und geben diesen bei Flaute oder bedecktem Himmel wieder ab. Damit entkoppeln sie die Erzeugung vom Verbrauch und halten bei Schwankungen die Netzfrequenz stabil. Stromspeicher leisten den notwendigen Beitrag zur Systemstabilität und agieren als wichtige Schlüsseltechnologie der Energiewende.

Wie Sie von einem Stromspeicher profitieren

Das Zusammenspiel von Speicher und PV Anlage ermöglicht die effektive Nutzung von selbst erzeugtem Strom. Die tagsüber produzierte Energie fließt in den Stromspeicher und verbleibt dort, bis sie verbraucht wird. In den frühen Abendstunden, wenn der Energiebedarf am Höchsten ist, steht sie zur Verfügung. Dank Stromspeicher reduzieren Sie Ihre Stromkosten und machen sich unabhängig vom Energieversorger.

Wie hoch diese Unabhängigkeit ausfällt, zeigt der Vergleich zwischen Haushalten mit und ohne Energiespeicher. Eine vierköpfige Familie ohne Stromspeicher deckt dank Photovoltaik-Anlage maximal 30% ihres Eigenbedarfs. Würde Sie einen Batteriespeicher nachrüsten, erhöht sich dieser Wert um mehr als das Doppelte. Die vom Stromlieferanten unabhängige Energieversorgung steigt auf bis zu 80%. In Abhängigkeit von Speichergröße und Witterung liegt der Autarkiegrad (Grad der Unabhängigkeit von Dritten) nachweislich über 90%.

Ein Stromspeicher ist eine gute Investition in die Zukunft – nicht nur sprichwörtlich. Themen wie die eigenständige Wärmeversorgung oder Elektromobilität gewinnen immer mehr an Bedeutung. Mit einem Energiespeicher schaffen Sie schon heute die Grundlagen für Entwicklungen von morgen. Beispiel „Power to heat“: Die Kombination von Speicher und Wärmepumpe ermöglicht es Ihnen, den Bedarf an Wärmeenergie aus eigenen Mitteln zu stillen. Sie denken über den Kauf eines Elektromobils nach? Nein? Sollten Sie aber. Denn mit einem Stromspeicher tanken Sie Ihr Auto zukünftig zum Nulltarif. Immer nachts, mit ihrem tagsüber erzeugten Strom. Und ganz nebenbei werden Sie die unliebsamen Tank- und Nebenkosten los.

Der Großteil aller Speichersysteme ist heute in Einfamilienhäusern und Kleinbetrieben verbaut. Dies hat neben rechtlichen und baulichen Aspekten vor allem zwei Gründe: Ein Stromspeicher steigert den Wert Ihrer Immobilie. Und: Er sichert vor allem kleine und mittlere Gewerbe gegen Stromausfälle ab. Denn ein Stromspeicher agiert im Ernstfall als Notstromaggregat und versorgt Sie auch bei Ausfällen zuverlässig mit Energie. Bei einer durchschnittlichen Leistung von acht kWh entspricht das 48 Stunden, in denen beispielsweise Ihr Server fehlerfrei läuft. Branchen, die auf einen störungsfreien Betrieb ihrer Anlagen angewiesen sind, gibt ein Stromspeicher Zeit und Sicherheit. Um Daten zu kopieren oder um Maßnahmen zur Wiederaufnahme des Betriebs einzuleiten.

Diese technischen Unterschiede sollten Sie kennen

Wenn Sie ein Auto kaufen, haben Sie die Wahl zwischen unzähligen technischen Konzepten: Diesel oder Benzin, Front- oder Heckantrieb, Kombi oder Limousine. Ihre Entscheidung treffen Sie auf Grundlage der eigenen Bedürfnisse und Erfahrungen: Wer eine vierköpfige Familie hat, wählt in den seltensten Fällen das Cabrio als neues Familienauto.

Ähnlich verhält es sich beim Kauf eines Speichers. Auch hier gibt es grundlegend verschiedene Ansätze – AC oder DC, dreiphasig oder einphasig, Blei- oder Lithium-Akkus. Da es vielen Interessenten anfangs an Erfahrungswerten fehlt, finden Sie nachfolgend eine systematische Übersicht der unterschiedlichen Technologien. Sie hilft Ihnen, einige grundlegende Zusammenhänge zu verstehen und erleichtert Ihre Suche nach dem passenden Stromspeicher.

AC- ODER DC-KOPPLUNG

Abhängig von ihrer Position im Gesamtsystem unterscheidet man bei Stromspeichern zwei Arten. AC-geführte Systeme (alternating current = Wechselstrom) befinden sich im Stromkreislauf des Hauses nach dem Wechselrichter. DC-Systeme (direct current = Gleichstrom) hingegen davor. Hieraus ergeben sich unterschiedliche Wirkungsweisen der beiden Bauformen.

Grundsätzlich erzeugen die Solarmodule einer PV-Anlage Gleichstrom. Dieser Gleichstrom fließt bei DC-betriebenen Systemen direkt in den Stromspeicher. Möglich macht dies ein speziell auf das Speichersystem ausgelegter Wechselrichter. Er regelt die Be- und Entladung und sorgt dafür, dass Gleichstrom in die Akkus bzw. Wechselstrom an das Hausnetz abgegeben wird. DC-geführte Systeme kommen vor allem bei der Installation von PV-Neuanlagen zum Einsatz. Der Grund: Speicher, Wechselrichter und PV-Module müssen präzise aufeinander abgestimmt sein. Hinzu kommt, dass Bestandsanlagen bereits mit einem Wechselrichter ausgestattet sind. Betreiber einer PV-Anlage müssten diesen durch ein speziell auf das Speichersystem abgestimmtes Gerät ersetzen. Mehrkosten, die sich trotz des hervorragenden Wirkungsgrades von DC-Systemen nicht lohnen.

Bei AC-Systemen fließt der PV-Strom zunächst in den Wechselrichter der PV-Anlage. Dort wird er zu Wechselstrom gewandelt und gelangt anschließend in den Stromspeicher. Die Akkus des  Speichers benötigen Gleichstrom. Ein im System verbauter Batterie-Wechselrichter transformiert den Wechselstrom erneut. Durch die doppelte Transformation weisen AC-Systeme höhere Wandlungsverluste auf als ihre Konkurrenz. Allerdings bieten sie auch gewichtige Vorteile:

• Der Stromspeicher kann unabhängig vom verbauten Wechselrichter der PV-Anlage gewählt werden. Dies macht sie vor allem für die Nachrüstung bei bestehenden PV-Anlagen interessant.
• Sie sind aufgrund Ihres eigenen Wechselrichters kompatibel zu vielen Energieerzeugern. Hierzu zählen neben PV-Anlagen auch Windkrafträder oder Blockheizkraftwerke.
• AC-Systeme sind in der Lage, Strom direkt aus dem externen Netz aufzunehmen. So kann zum Beispiel kostenlose Regelenergie bezogen und tagsüber aus dem Speicher verbraucht werden.

DREIPHASIGE ODER EINPHASIGE EINSPEISUNG

Strom im öffentlichen Netz, wie er zum Beispiel in Hochspannungsleitungen fließt, ist dreiphasig. Technisch korrekt spricht man von Dreiphasenwechselstrom oder einfach Drehstrom. Er besteht aus drei einzelnen Wechselströmen gleicher Frequenz. Am Hausanschluss der Verbraucher endet die dreiphasige Stromversorgung. Denn in Haus oder Wohnung führt nur noch eine der drei Phasen bis zur Steckdose. Der Strom, den Sie zum Haaretrocknen oder Radiohören nutzen, ist einphasiger Wechselstrom.

Was bedeutet das für den Anschluss von Stromspeicher und Wechselrichter? Speisen sie auf einer Phase ein? Oder doch auf allen drei? Die Antwort lautet: Es kommt darauf an. In den vergangenen Jahren gaben PV-Betreiber Ihren Solarstrom üblicherweise an eine Phase ab. Mit zunehmender Beliebtheit von Solarmodulen stieg jedoch die Anzahl der PV-Anlagen pro Region. Speisen zu viele Systeme auf derselben Phase ein, führt das zu Asymmetrien zwischen den drei Netzphasen. Solche Asymmetrien verursachen im Einzelfall Schäden an Verbrauchergeräten wie Fernseher oder Computer.

Um solche Defekte auszuschließen, gibt es seit 2012 eine neue Regelung. In ihr formulieren die Netzbetreiber die technischen Anforderungen für das Einspeisen selbst erzeugten Stroms ins öffentliche Netz. Die Norm VDE-AR-N 4105 besagt, dass Wechselrichter mit einer Leistung größer als 4,6 Kilovoltampere (kVA) Strom nur dreiphasig einspeisen dürfen. Der Einsatz einphasiger Wechselrichter beschränkt sich seitdem auf Anlagen mit geringerer Leistung pro Phase.

Die Wahl zwischen einphasiger und dreiphasiger Einspeisung nimmt Ihnen meist der Hersteller des Wechselrichters / Stromspeichers ab. Je nach Leistung des Geräts erfolgt das Einspeisen symmetrisch, also gleichmäßig auf allen drei Phasen, oder unsymmetrisch, sprich einseitig auf einer Phase.

BLEI ODER LITHIUM

Käufer eines Stromspeichers stehen häufig vor einer schwierigen Entscheidung. Sie stellen sich die Frage: Welche Technologie ist die richtige für mich? Um die Antwort gleich vorwegzunehmen: Es gibt kein falsch oder richtig. Denn beide Speichermedien haben Stärken und Schwächen. Immerhin hält sich die Anzahl installierter Blei- und Lithium-Geräte die Waage. Aber es gibt unterschiedliche Nutzerverhalten und Vorlieben. Um Ihnen Ihre Entscheidung zu erleichtern, finden Sie im Folgenden die wichtigsten Vor- und Nachteile der zwei Speicherarten im Überblick.

Der Bewährte - Bleiakku

Mit Blick auf Technik und Kosten weist ein Bleiakku viele Vorteile auf. Er ist wegen des geringen Einsatzes von Ressourcen günstig in der Anschaffung. Gleichzeitig muss er aufgrund seiner robusten Bauweise nur minimal gewartet werden. Das schont Nerven und den Geldbeutel. Überdies sind Bleiakkus bereits viele Jahre im Einsatz. Ihre Technik hat sich in dieser Zeit um ein Vielfaches verfeinert. Das zeigt sich insbesondere an ihrem ausgereiften Batteriemanagement. Zusätzlich bieten sie dem Käufer ein hohes Maß an Transparenz. Dieser kann anhand der vorliegenden Erfahrungswerte berechnen, zu welchem Preis er wie viel Strom speichern wird. Gleichzeitig weiß er, dass seine Akkus nach Ablauf der Haltbarkeit einfach zu recyceln sind. Gerade für umweltbewusste Nutzer ein unschlagbarer Vorteil gegenüber Lithiumakkus.

Aber der Bleiakku hat auch Schwächen. Die Größte liegt in seiner vergleichsweise kurzen Lebensdauer. Diese beträgt durchschnittlich zehn Jahre. Zudem liegt seine maximale Entladetiefe (DODmax) bei lediglich 60%. Entlädt man den Bleiakku über diesen Wert hinaus, verkürzt sich seine Lebensdauer erheblich. Hinzu kommt sein hohes Gewicht aufgrund der geringen Energiedichte. Um eine Kilowattstunde Strom zu speichern, benötigt man circa 30 Kilogramm Blei. Das erklärt einerseits, warum die Akkus nicht beim Bau von Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Andererseits offenbart es einen weiteren Nachteil: Bleiakkus brauchen im Vergleich zu ihren Mitbewerbern viel Platz. Zudem kommen Bleispeicher nur in Räumen mit guter Belüftung zum Einsatz. Denn beim Laden der Akkus entstehen geringe Mengen Gas. Stauen sich diese in Räumen ohne Luftzirkulation, besteht Verpuffungsgefahr. Hier schaffen eigens entwickelte Belüftungssysteme abhilfe.

Der Fortschrittliche - Lithiumakku

Der Aufbau eines Lithium-Ionen-Akkus ähnelt dem eines Bleiakkus. Lediglich das Speichermaterial ist grundsätzlich verschieden. Zu den größten Vorteilen des Lithiumakkus zählt seine hohe Energiedichte. Sie erlaubt eine kompakte Bauform bei gleichzeitig geringem Gewicht und sorgt für den häufigen Einsatz in mobilen Anwendungen. Hierzu zählen neben Digitalkameras oder Handys vor allem Laptops und Elektrofahrzeuge. Ihre geringe Selbstentladung und die hohe Entladetiefe (bis zu 90%) machen sie jedoch auch für den Einsatz in Stromspeichern attraktiv. Denn gemessen an einem Bleispeicher schaffen Lithiumakkus deutlich mehr Ladezyklen. Bedenkt man zudem die vergleichsweise lange Lebensdauer von fast 20 Jahren, sind Lithiumakkus eine ernst zu nehmende Alternative.

Allerdings haben auch Lithiumakkus verschiedene Nachteile. Hierzu zählt vor allem die hohe Empfindlichkeit gegenüber extremen Temperaturen. Die ideale Umgebungstemperatur eines Lithiumakkus liegt zwischen 5 und 35 Grad Celsius. Unter- oder überschreitet die Umgebungsluft diesen Bereich, lässt die Leistungsfähigkeit des Akkus stark nach. Hinzu kommen die vergleichsweise hohen Preise. Lithium ist wegen seiner aufwendigen Herstellung teurer als Blei. Zusätzlich erfordern die Zellen ein ausgefeiltes Batterie-Management. Es dient dazu, das Überladen oder auch Überhitzen des Stromspeicher zu verhindern. Ein wichtiger Sicherheitsmechanismus, der sich auf die Investitionskosten auswirkt.