Stromspeicher
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Stromspeicher

Stromspeicher

Mit einem Photovoltaik-Speicher gelingt es, tagsüber den überschüssigen Solarstrom der Photovoltaikanlage in Batterien zu speichern und abends im Haushalt zu verbauchen. Damit steigern Photovoltaik-Speicher den Solarstrom-Eigenverbrauch und sparen Energiekosten ein.

Solarstrom aus Photovoltaik-Anlagen kann und muss effizient gespeichert werden, denn die Sonne scheint nicht 24 Stunden am Tag. Mittags gibt es Solarstrom im Überfluss, doch gerade dann benötigen die meisten Haushalte nur wenig Elektrizität. Da die Stromüberschüsse in die öffentlichen Stromnetze fließen, können diese schon bald an ihre Grenzen stoßen. Batteriespeicher und Energiemanagement-Systeme bieten hier einen effizienten Lösungsansatz. Zu den besonders leistungsstarken Kurzzeitspeichern zählen Batterien. Nach Erkenntnissen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme sorgt der Einsatz von Batteriespeichern für eine bedeutende Entlastung des Stromnetzes, während Verbraucher ihre Energiekosten massiv senken können.

Eigenverbrauch - Stromspeicher

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.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 30 Prozent ohne Batteriespeicher auf bis zu 70 Prozent aus. 

Lithium-Ionen-Batterien dominieren den Markt

Batteriespeichersysteme für die Photovoltaik enthalten heute meistens Lithiumbatterien. Noch vor kurzem spielten auch die lange erprobt Blei-Batterien eine Rolle auf dem Markt. Vor allem ihr günstiger Preis machte sie wettbewerbsfähig. Doch mittlerweile sind in Zuge der Massenfertigung die Preise für Lithiumbatterien so weit gesunken, dass sie den Markt dominieren. Denn sie bieten langfristig mehr Ladezyklen, sie haben also eine längere Lebensdauer. Als Photovoltaik-Speicher haben sich zwei unterschiedliche Lithiumbatterien bewährt: Li-NMC und Li-FePO4.

Li-NMC: Batteriespeicher aus Li-NMC haben eine besonders hohe Energiedichte. Das ist der Grund, warum Li-NMC in den meisten Elektroautos zu finden ist. Ein Nachteil von Li-NMC ist, das es zu einem „thermischen Runaway“ kommen kann, wenn zum Beispiel der Separator nicht perfekt gefertigt ist oder es infolge einer Tiefentladung zu Mikrokurzschlüssen kommt.

Li-FePO4: Batteriespeicher aus Li-FePO4 sind wegen der geringeren Energiedichte ein wenig schwerer und größer als Li-NMC-Batterien. Das spielt bei stationären Anwendungen wie bei der Photovoltaik aber keine große Rolle. Bei Li-FePO4 kann es nicht zum „thermischen Runaway“ kommen.

Salzwasserbatterie: Eine Alternative zur Lithiumbatterie ist die Salzwasserbatterie, in der Natrium anstelle von Lithium als Speichermedium steckt. Salzwasserbatterien kann man tiefentladen, ohne dass sie Schaden nehmen. Blei-Akkus und Lithium-Batterien darf man hingegen nicht ganz entladen. Bei Lithium-Batterien sollte zum Beispiel das Entladen immer nur maximal 80 Prozent der möglichen Energiemenge betragen. Ansonsten droht ein Einbrechen der Kapazität. Nachteilig ist die geringe Speicherdichte der Salzwasserbatterie.

Redox-Flow-Batterie: Bei der Redox-Flow-Batterie befinden sich der Anoden- und der Kathodenraum in räumlich getrennten Behältern. Dadurch kann es nicht zu einer Selbstentladung kommen. Lithium-Batterien verlieren zum Beispiel drei Prozent ihrer Kapazität pro Monat, wenn sie einfach nur unbenutzt lagern. Redox-Flow-Batterien haben bauartbedingt die geringste Speicherdichte. Besonders kleine Batterien dieses Typs, wie man sie für häusliche Photovoltaikanlagen braucht, sind auch noch sehr teuer.

Aufbau eines Photovoltaik-Speichersystems

Ein Photovoltaik-Speichersystem besteht neben der Batterie aus einem Batteriemanagementsystem, dem Batterie-Wechselrichter/Laderegler und einem Energiemanagementsystem.

Batteriemanagementsystem: Das Batteriemanagementsystem ist eine integrierte Elektronik, die dafür sorgt, dass sich der Ladezustand aller Zellen in einem Speicher aneinander angleicht.[ Außerdem überwacht die Zellen. Wenn einzelne Zellen die Maximalspannung überschreiten oder die Minimalspannung unterschreiten, kann das Batteriemanagementsystem den Speicher rechtzeitig abschalten, bevor gefährliche Zustände erreicht sind, die zum „thermischen Runaway“ führen könnten.

Batterie-Wechselrichter/Laderegler: Der Batterie-Wechselrichter wandelt den Gleichstrom aus der Batterie in nutzbaren Wechselstrom um. Grundsätzlich gibt es drei Topologien zur Anbindung eines Photovoltaik-Speichersystem. Bei AC-gekoppelten Systemen wird der Wechselstrom nach dem PV-Wechselrichter über den Laderegler zum Laden in Gleichstrom umgewandelt. PV-Generatorgekoppelte Systeme speisen den Gleichstrom der Photovoltaikanlage direkt in den Speicher ein. Bei DC-gekoppelten Systemen wird der Gleichstrom nicht vor dem PV-Wechselrichter sondern nach dem MPP-Tracker zum Speichern verwendet. PV-Generatorgekoppelte Systeme und AC-gekoppelte Systeme benötigen einen konventionellen PV-Wechselrichter. Bei DC-gekoppelten Systemen übernimmt ein Hybrid-Wechselrichter sowohl die Umwandlung des PV- als auch des Batterie-Gleichstromes.

Die Topologien haben Vor- und Nachteile. Für die Nachrüstung bei einer bestehenden Photovoltaikanlage eignen sich eher AC-gekoppelte Systeme. Diese Systeme sind außerdem dann effizienter, wenn der Batteriespeicher nicht seine volle Leistung sondern nur eine Teilleistung erbringt. Bei DC-gekoppelten Systemen entfällt ein Umwandlungsschritt und damit Umwandlungsverluste.

Energiemanagementsystem: Das intelligente Energiemanagementsystem ist ein wesentlicher Bestandteil bei einem Photovoltaik-Speicher. Es kontrolliert das Aufladen der Batterie oder auch die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz. Scheint die Sonne intensiv, geht der Solarstrom primär in den Eigenverbrauch. Wird mehr Energie als dafür nötig gewonnen, wird gleichzeitig die Batterie aufgeladen. Erst wenn die Batterie vollständig aufgeladen wurde, speist die Photovoltaik-Anlage den Solarstrom ins öffentliche Stromnetz ein.

Angesichts der gegenwärtigen Solarstrom-Gestehungskosten privater Anlagen von rund 15 Cent/kWh und bei einem Haushaltsstrombezugspreis von etwa 30 Cent/kWh hat sich der Direktverbrauch zur wirtschaftlich lohnenden Alternative entwickelt.

Kosten der Solarstrom-Speicher stark gesunken

Die Speicher lassen sich schnell und flexibel installieren. Diverse Solar-Unternehmen und namhafte Batteriehersteller bieten Photovoltaik-Batteriespeicher an.
Die Endkundenpreise der Photovoltaik-Speicher sind den vergangenen stark gesunken Laut dem Speichermonitoring 2018 der RWTH Aachen fielen die Preise für Lithiumionen-Speichersysteme von Mitte 2013 bis Ende 2017 um über 50 Prozent. Die durchschnittlichen Endverbraucherpreise lagen demnach Ende 2017 bei rund 1.300 €/kWh (inklusive Leistungselektronik und Mehrwertsteuer). Größere Batteriespeichersysteme kosteten weniger als 800 €/kWh. Die Forscher der RWTH Aachen sehen die „zukünftige Entwicklung der Speichersystempreise maßgeblich durch die steigende Bedeutung der Elektromobilität beeinflusst“. Weltweit steigende Produktionskapazitäten sollten durch den Skaleneffekt zu weiteren Preissenkungen führen. Eine komplette Solarstromanlage plus integrierter Batteriespeicherlösung kann etwa 12.000 bis 20.000 Euro kosten – abhängig von der gewählten Technologie und der Größe der Anlage.

Preisentwicklung Photovoltaik Speicher BSW Solar 1024x507 1024x507 - Stromspeicher

Mit einem modernen Photovoltaik-Speicher ist sowohl die Nachrüstung bestehender PV-Anlagen möglich, als auch die Ergänzung von Neuinstallationen. Im Durchschnitt versorgen sich die Sonnenbatterie-Nutzer laut Hersteller über das Gesamtjahr betrachtet sogar zu über 75 % mit eigenem Strom.

Haushalte, die sich für einen Energiespeicher interessieren, sollten sich zunächst unverbindlich ein Angebot eines Fachinstallateurs aus der Region erstellen lassen, um die aktuellen Preise für Stromspeicher und Photovoltaik-Anlage zu erfahren.
Einige Bundesländer fördern zurzeit (Stand 2019) den Kauf eines Batteriespeichers. Auch einige Städte haben Förderprogramme aufgelegt. Laut Bundesverband Solarwirtschaft werden heute schon bei 50 Prozent aller Neuinstallationen von PV-Anlagen Speichersysteme integriert.

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Roland Hofmann

Mag.(FH) Roland Hofmann ist ein ausgewiesener IT Experte mit mehr als 25 Jahren Erfahrung in der Branche. In dieser Zeit hat er einige Management Positionen bei Konzernen wie Microsoft oder Atos national als auch international, ausgeübt. Seit einigen Jahren betätigt er sich als selbständiger Berater im IT und Vertriebsmanagement Umfeld. Seine Spezialgebiete sind IT, Prozessmanagement und Businessdevelopment. Er ist ein erfahrener Netzwerke mit besten Kontakten in die Öffentliche Verwaltung in Österreich als auch international. Privat ist er ein begeisterter Segler, Koch und Hobby-Sommelier. r.hofmann@profitable.at +43 664 5247749 WhatsApp

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