Solarspeicher: Solarstrom der Solaranlage speichern und selbst verbrauchen
Der Klimawandel und die Energiewende ist bei uns angekommen. Das Bewusstsein der Verbraucher für die erneuerbaren Energien wird immer größer. Die Nachfrage nach PV-Anlagen wächst immer weiter. Gleichzeitig sinken die Kosten von Solaranlagen und Preise von Solarspeichern. Die Wahl fällt deshalb nicht selten auf eine Kombination aus Solaranlage mit Speicher.
Strom aus erneuerbaren Energien, wie Solarstrom, wird nicht kontinuierlich erzeugt. Morgens und abends, wenn in Durchschnittshaushalten der höchste Strombedarf besteht, wird nur wenig bis gar kein Strom erzeugt. Mittags und nachmittags, wenn die Stromerzeugung einer PV-Anlage ihr Maximum erreicht hat, wird hingegen wenig Strom benötigt.
Um Angebot und Nachfrage bestmöglich zusammenzubringen bzw. den Strom dann nutzen zu können, wenn er auch gebraucht wird, sind Stromspeicher die perfekte Lösung. Immer mehr Betreiber von Photovoltaikanlagen greifen auf die Lösung mit Stromspeicher zurück.
Solarstrom lässt sich direkt im Haus verbrauchen, speichern oder ins Netz einspeisen. Heute setzen immer mehr Betreiber von PV-Anlagen auf den Eigenverbrauch. Denn so können sie einen Großteil ihrer Stromkosten einsparen.
Der Schlüssel dazu sind Stromspeicher. Sie speichern den erzeugten Solarstrom für den späteren Eigenverbrauch. Deshalb werden sie auch Solarspeicher genannt. Der gespeicherte Solarstrom wird genau dann zur Verfügung gestellt, wenn Du ihn brauchst. Zum Beispiel bei Bedarf deiner Geräte abends oder nachts, was Deine Eigenverbrauchsquote erhöht.
Das Prinzip eines Stromspeichers entspricht im Wesentlichen dem einer größeren Batterie, die wie ein Akku geladen und entladen werden kann. Tagsüber wird der Speicher mit dem Photovoltaikstrom, der nicht für den Hausbedarf benötigt wird, aufgeladen. Wenn der Speicher voll ist, wird weiterer überschüssiger Solarstrom in das öffentliche Netz eingespeist. Nachts oder an sonnenarmen Tagen kann Strom aus dem eigenen Speicher bezogen werden.
Aus welchen Teilen besteht ein Photovoltaik-Speichersystem?
Jedes Speichersystem besteht aus folgenden Komponenten:
- Batterie
- Batterie-Management-System (BMS)
- Laderegler
- Wechselrichter
- Energie-Management-System (EMS)
- Monitoring-System (um den Stromverbrauch aus dem Speicher bzw. öffentlichen Netz im Blick zu behalten)
Die unterschiedlichen Arten von Stromspeichern
Es gibt viele verschiedene Stromspeicher-Arten und Speichersysteme und unterschiedliche Speicherkapazitäten. Für Solarstrom kommen hauptsächlich chemische, d.h. organische (z.B. Wasserstoffspeicher) und anorganische Stromspeicher (z.B. Blei- und Lithium-Ionen-Akkus) zum Einsatz.
Der Markt hält PV-Stromspeicher mit unterschiedlichsten Batteriespeicher bzw. Zelltypen bereit, u.a. mit Lithium-Nickel-Oxid, Lithium-Mangan-Oxid, Lithium-Kobalt-Oxid, Lithium-Eisen-Phosphat-Speicher sowie einige Blei-Zelltypen.
Im Aufbau und auch im Speicherverhalten unterscheiden sich Lithium-Ionen-Akkus und Blei-Akkus nicht wesentlich – nur der Ladungsträger ist jeweils ein anderer.
Der beliebteste PV-Stromspeicher - Lithium-Ionen-Akkus
Marktstudien belegen, dass der Großteil der Hersteller von Stromspeichern heutzutage immer stärker auf die Lithium-Ionen-Technologie setzt, da diese Akkus den besseren Wirkungsgrad sowie eine längere Lebensdauer erzielen können.
Bleibatterien
Da gewöhnliche Blei-Akkus für die Speicherung von Solarstrom nicht geeignet sind, wurden spezielle Blei-Säure bzw. Blei-Gel-Akkus entwickelt.
Diese sind wesentlich günstiger in der Anschaffung als Lithium-Ionen-Batterien, weil sie
- eine kürzere Lebensdauer (zwischen 1.500 und 3.000 Ladezyklen) sowie
- eine geringere Entladetiefe und Energiedichte
aufweisen. Bei der Installation von Blei-Säure-Akkus muss auf eine säurebeständige Umgebung sowie gute Entlüftungsmöglichkeiten geachtet werden. Blei-Säure-Akkus sind nicht vollständig geschlossen. Sie müssen regelmäßig mit destilliertem Wasser nachgefüllt werden.
Daraus ergeben sich Nachteile für Blei-Speicher. Für die Speicherung von fünf Kilowattstunden (kWh) in einem Batteriespeicher mit Blei wird eine Speicherkapazität von zehn Kilowattsunden (kWh) benötigt, was sich auch negativ auf die Größe und den benötigten Platz auswirkt. Ein weiterer Nachteil ist, dass das Blei in diesen Solarstromspeichern ein giftiges Schwermetall mit einem hohen Gewicht ist. Außerdem geben Hersteller die Anzahl der Ladezyklen von Blei-Akkus deutlich niedriger an, als die Anzahl von Ladezyklen bei Lithium-Ionen-Speichern.
Batteriespeicher in Form von Blei-Säure - oder Blei-Gel-Akkus sind zwar preiswerter, halten jedoch weniger lang. Hier spielt die Entladetiefe des Speicher eine entscheidende Rolle. Mit einer Entladetiefe des Blei-Batteriespeichers von etwa 50%, sollte dieser Wert nicht unterschritten werden, da sich dies negativ auf die Lebensdauer der Batterie auswirkt.
Lithium-Ionen Akkus
Bei privaten Photovoltaik-Nutzern sind Blei- und Lithium-Ionen-Batterien die am meisten verwendeten Stromspeicher.
Auch Speicher mit Lithium-Ionen-Akkus sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Die gängigsten Varianten dabei sind Lithium-Polymer-, Lithium-Eisenphosphat- und Lithiumtitanat-Akkus.
Die neueren Lithium-Ionen-Batterien können dagegen auf weniger Raum eine höhere Kapazität an Solarstrom speichern und verfügen über eine längere Lebensdauer.
Die Vorteile von Lithium-Ionen-Akkus im Überblick:
- Hoher Wirkungsgrad
Dieser gibt an, wieviel Prozent der zugeführten Energie nach der Speicherung tatsächlich genutzt werden kann, da bei der Speicherung und Umwandlung von Energie immer ein gewisser Prozentsatz an Energieverlust gegeben ist. Abhängig von der Technologie kann bei modernen Lithium Ionen Akkus bereits ein Wirkungsgrad bis zu 95% nutzbare Kapazität erreicht werden. - Lange Lebensdauer
Mit 5.000 bis 7.000 Voll-Ladezyklen garantieren sie eine lange Haltbarkeit, die mit den 20 Jahren Lebensdauer einer PV-Anlage ohne Probleme mithalten können, da man in einem Durchschnittshaushalt von ungefähr 200 Voll-Ladezyklen im Jahr ausgeht.
Zusätzlich erreichen Lithium-Ionen-Batterien auch eine Entladetiefe von bis zu 100% und sind deshalb gegenüber Blei-Speichern wirtschaftlicher.
In naher Zukunft könnten sogenannte Flow-Batterien (Vanadium-Redox-Flow-Technologie) eine Alternative zur Lithium-Ionen-Technologie darstellen. Flow-Batterien werden derzeit schon bei Großspeichern erfolgreich eingesetzt und sollen künftig auch für Speicher in Privathaushalten attraktiv gemacht werden. Sie sind umweltschonender als Lithium-Batterien und übertreffen die Lithium-Technologie in Sachen Sicherheit und Langlebigkeit.
Aber wie funktioniert ein Stromspeicher überhaupt?
Funktionsweise der Stromspeicher für PV-Anlagen
Im Prinzip funktioniert ein PV-Stromspeicher genauso wie die Akkus einer Autobatterie. Beim Aufladen wandeln die Akkumulatoren des Stromspeichers die aus der Sonnenenergie gewonnene elektrische Energie in chemische Energie um.
Wird nun Strom benötigt, verwandeln die Akkus die chemische Energie im Speicher zurück in elektrische Energie. Sind die Akkumulatoren entladen, können diese erneut aufgeladen werden. Die meisten Stromspeicher ermöglichen mehrere Tausend Ladezyklen.
Der chemische Prozess im Stromspeicher
Ein Akkumulator besteht aus zwei Elektroden: Die Anode ist die positive bzw. elektronenaufnehmende Elektrode. Sie besteht aus Graphit oder Kohlenstoff mit Lithium. Die Kathode ist die elektronenabgebende Elektrode. Beide Elektroden sind von einem Elektrolyten, d.h. einer Flüssigkeit, umgeben. Dieser reguliert den Sauerstofftransport.
Erzeugt nun die PV-Anlage Solarstrom, bewegen sich im Batteriespeicher die Elektronen über einen separaten Stromkreis von der Kathode zur Anode. Parallel wandern auch Ionen von der Kathode zu Anode. An der Anode reagieren nun Ionen und Elektronen zu Atomen. Die Entladung verläuft im Prozess genau umgekehrt.
Batteriemanagement und Speicherregelung
Ein Stromspeicher besteht aus einem Akku, einem Batteriemanagement sowie einer Speicherregelung. Die Funktion des Batteriemanagements ist es, die gängigen Stromverbraucher im Haushalt mit Solarstrom zu versorgen und den optimierten Speicherbetrieb zu sichern.
Die Steuerung regelt, inwieweit der erzeugte Solarstrom in das öffentliche Stromnetz eingespeist, zum Laden des Stromspeichers verwendet oder direkt den Stromabnehmern im Haushalt bereitgestellt wird. Meist sind Stromspeicher so programmiert, dass der Solarstrom vorwiegend für den Eigenbedarf genutzt werden kann.
Wechselrichter im PV-Stromspeicher
Bei Stromspeichern sind zwei Systeme erhältlich: AC- und DC. AC (alternating current) ist Wechselstrom, DC (direct current) Gleichstrom. Grundsätzlich erzeugen Solarmodule immer Gleichstrom.
Auch der Akku speichert ausschließlich Gleichstrom. Für Stromabnehmer im Haushalt oder beim Einspeisen in das öffentliche Netz wird jedoch Wechselstrom benötigt. Um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, verwendet man Wechselrichter.
Wie soll der Stromspeicher installiert werden?
Grundsätzlich kann eine Batterie nur Gleichstrom speichern. Der Gleichstrom, den die PV-Anlage produziert, kann somit ohne Umwandlung direkt in der Batterie gespeichert werden.
Wechselstrom hingegen muss zuerst durch einen Wechselrichter wieder in Gleichstrom umgewandelt werden, bevor er in der Batterie gespeichert werden kann.
Derzeit werden 2 unterschiedliche Installationsarten angeboten:
- AC-gekoppelte Stromspeicher
- DC-gekoppelte Stromspeicher
Wie unterscheiden sich AC- und DC-Systeme?
#1 AC-Kopplung (alternating current = Wechselstrom)
Bei einem AC-System wird der Batteriespeicher hinter dem Wechselrichter der Photovoltaikanlage in den Wechselstromkreis eingebunden, man spricht hier auch von einer AC-Kopplung. AC-Systeme sind zusätzlich mit einem Batterie-Wechselrichter bzw. Konverter ausgestattet, der beim Speichern den Wechselstrom zum Laden der Batterie in Gleichstrom umwandelt und bei der Entladung genau umgekehrt.
#2 DC-Kopplung (direct current = Gleichstrom)
Bei einem DC-System (DC-Kopplung) ist der Speicher vor den Wechselrichter geschaltet und die Speicherung des Gleichstroms erfolgt direkt im Batteriespeicher. Durch das direkte Laden der DC-Systeme des Gleichstroms aus der Photovoltaikanlage, benötigt dieses Speichersystem keinen Batterie-Wechselrichter. Das erhöht den Wirkungsgrad und minimiert die Umwandlungsverluste beim Laden und Entladen des Solarspeichers.
Der Vorteil der DC-Koppelung liegt in der höheren Effizienz, da Umwandlungsverluste vermieden werden.
Welcher Photovoltaik-Wechselrichter ist der richtige?
DC-Stromspeicher erhalten bei Neuinstallationen häufig den Vorzug, weil Speichersystem, Wechselrichter und Laderegler eine kompakte Einheit bilden. Die Energieentnahme erfolgt direkt aus der Photovoltaikanlage. Dadurch ist der Wirkungsgrad etwas höher als bei AC-gekoppelten Stromspeichern.
Bei AC-Systemen läuft der Speicher unabhängig von der Photovoltaikanlage. Jedoch ist ein zusätzlicher Konverter zum Laden bzw. Entladen nötig. Dadurch entstehen Wechselverluste. AC-Stromspeicher empfehlen sich vor allem für nachträgliche Installationen, weil der Wechselrichter unabhängig von der Speichereinheit ausgewählt werden kann.
Die optimale Speicherkapazität eines Stromspeichers
Die Speicherkapazität gibt an, wie viel Solarstrom bei einer Aufladung maximal gespeichert werden kann. Stromspeicher lassen sich für jede Haushaltsgröße und jeden Bedarf individuell anpassen und sind in variablen Speicherkapazitäten erhältlich.
Die übliche Speicherkapazität für Ein- und Mehrfamilienhäuser liegt bei etwa 4 kWh bis 16 kWh.
Welche Speichergröße für Deinen Haushalt optimal ist, hängt von der Größe Deiner PV-Anlage, vom durchschnittlichen Stromverbrauch sowie dem persönlichen Verbrauchsverhalten ab.
Der Speicher sollte grundsätzlich so groß sein, dass auch an Tagen, an denen die Sonne nicht scheint, möglichst viel Strom aus dem Speicher bezogen werden kann. Ein größer dimensionierter Stromspeicher kann dann Sinn machen, wenn Du neben Haushaltsstrom auch Elektrofahrzeuge mit Eigenstrom versorgen möchtest.
Sind Stromspeicher für PV-Anlagen sinnvoll?
Für Dich als Anlagenbetreiber ist der Betrieb eines Stromspeichers sinnvoll, weil Du damit Deinen selbst erzeugten (günstigen) Solarstrom speichern kannst. Die Batteriespeicher speichern überschüssigen, aktuell nicht benötigten Strom für eine spätere Nutzung. Dieser lässt sich dann verbrauchen, wenn die Sonne nicht scheint und die Solarmodule keinen Strom erzeugen können.
Ein Stromspeicher ermöglicht Dir vor allem, mehr selbst produzierten Strom zu nutzen. Du hast in deinem Haushalt immer Geräte, die über den ganzen Tag einen Strombedarf haben. Diese Grundlast-Stromverbraucher wie Kühlschrank, TV, PC und andere Haushaltsgeräte kannst Du mit einem Solarstromspeicher von der Sonne unabhängig mit Deinem eigenen Solarstrom betreiben.
Du musst den Strom also nicht ins Netz einspeisen, zumal die Garantie der Einspeisevergütung ohnehin jedes Jahr weniger wird.. Mit Stromspeichern kannst Du Deinen Eigenverbrauchsanteil von deinem Einfamilienhaus mit durch PV-Anlagen produziertem Solarstrom von ca. 30% auf ca. 80% erhöhen. Auf diese Weise lassen sich Deine Stromkosten erheblich senken und die Wirtschaftlichkeit deiner Solaranlage erhöhen.
Darüber hinaus sprechen viele weitere Vorteile für Photovoltaik mit Stromspeicher, u.a. geringe Investitionskosten, lange Lebensdauer bei niedrigem Wartungsaufwand, die Umweltfreundlichkeit uvm.
Sind Stromspeicher für Photovoltaikanlagen zwingend erforderlich?
Nein, aber ohne Stromspeicher wird der Großteil des Solarstroms in das öffentliche Netz eingespeist. Dies bedeutet: Dein Anteil an eigenverbrauchtem, preisgünstigem Solarstrom ist sehr gering. Und während Du Deinen Solarstrom für etwa 10 bis 14 Cent pro Kilowattstunde (kWh) produzierst, liegt der Strompreis beim Energieversorger bereits über 30 Cent pro Kilowattstunde (kWh). Die Einspeisevergütung ist in den letzten Jahren deutlich gesunken. Im Jahr 2021 lag die Vergütung der überschüssigen Solarenergie bereits unter 9 Cent pro Kilowattstunde (kWh). Es ist also für dich wirtschaftlicher, den Strom aus dem Solarspeicher selbst zu verbrauchen, statt ihn ins Stromnetz einzuspeisen.
Durch Stromspeicher kannst Du Solarstrom vor allem zeitlich unabhängig von der jeweiligen Sonneneinstrahlung verbrauchen. Auch abends oder nachts. Der Strom im Speicher lässt sich bei späterem Strombedarf nutzen. Deshalb sind Stromspeicher sinnvoll und je höher die Kapazität des Speichers ist, desto unabhängiger machst Du Dich vom Stromversorger.
Was sind die Vorteile eines Stromspeichers?
Photovoltaik mit Stromspeicher – 10 Vorteile im Überblick:
- Drastische Senkung der Stromrechnung, Nutzung von günstigem Strom
- Höherer Anteil des Eigenverbrauchs von selbst erzeugtem Solarstrom: 30% dank Nutzung von Photovoltaik, bis zu 80% dank Lithium-Ionen-Speicher
- Einspeisevergütung bei Stromüberschuss
- Lange Lebensdauer (ca. 20-25 Jahre): ca. 7.000-10.000 Be-/Entladezyklen bei Lithium-Ionen-Akkus
- Hoher Wirkungsgrad, bis 95% bei Lithium-Ionen-Akkus
- Große Unabhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz und Strombörsen
- Geräuschlose Stromerzeugung
- Wertvoller Beitrag zum Umweltschutz dank Photovoltaik
- Vermeidung von CO2-Emissionen, Erzeugung von 100% klimaneutralem Solarstrom
- Wertsteigerung der Immobilie dank Photovoltaik
Was kosten Stromspeicher für PV-Anlagen?
| Anschaffungs-Kosten eines Stromspeichers: | |
|---|---|
| Anlage | Kosten (inkl.Einbau) |
| Stromspeicher | ca. 7.500 - 20.000 € |
| Speicher + Photovoltaik(Einfamilienhaus) | ca. 17.500 - 30.000 € |
Stromspeicher inkl. Einbau kosten (abhängig von der Kapazität) in der Anschaffung etwa zwischen 7.500 und 20.000 Euro (Stand 2022). Dabei unterscheiden sich die Investitionskosten des Speichers je nach Hersteller, Anlagengröße, Leistung und Speichertechnologie.
Der Anschaffungspreis selbst hat nur geringe Aussagekraft über die insgesamt zu erwartenden Kosten. Es ist deshalb sinnvoll, die Preise pro Kilowattstunde (kWh) Speicherkapazität in die Planung einzubeziehen. Hier kosteten Lithium-Ionen-Stromspeicher in den letzten Jahren noch zwischen 1.000 und 1.900 Euro pro Kilowattstunde (kWh) nutzbarer Speicherkapazität. Doch die Preise für Solarspeicher fallen weiter und einige Hersteller bieten bereits Lithium-Ionen-Speicher zu einem Preis von unter 500 Euro pro Kilowattstunde (kWh) an.
Untersuchungsberichten zufolge sinken die Preise für Stromspeicher mit Lithium-Ionen-Technologie für Privathäuser derzeit um rund 18% pro Jahr. Blei-Speicher hingegen weist die jährliche Preissenkung nur etwa 5% auf.
Doch nicht nur die stark fallenden Preise für Lithium Ionen Speicher haben dazu geführt, dass Blei-Speicher immer mehr an Bedeutung verlieren. Auch die Tatsache, dass Blei-Säure oder Blei-Gel Batterien wesentlich wartungsintensiver sind und fast doppelt so viel Platz benötigen wie Lithium-Ionen-Speicher sind Gründe, warum Blei-Speicher zunehmend vom Markt verdrängt werden.
Wann lohnt sich ein PV-Stromspeicher?
Ab wann sich ein Stromspeicher für einen Anlagenbetreiber wirtschaftlich lohnt, hängt von der Speichergröße und den Kosten pro Kilowattstunde (kWh) Speicherkapazität ab. Selbst eine Nachrüstung für Anlagen, die nach dem Jahr 2011 ans Stromnetz gegangen sind, lohnt sich und erhöht die Autarkie vom Stromversorger.
Älteren Solaranlagen die trotz hoher Lebensdauer immer noch eine gute Leistung erbringen und deren Förderung über das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) auf die Einspeisevergütung bereits ausgelaufen ist, können die überschüssige Solarenergie in einem neuen Batteriespeicher für den eigenen Strombedarf speichern. Insgesamt kommen bei der Auswahl eine Vielzahl an Faktoren zum Tragen, u.a. Stromeigenbedarf, Lage bzw. Sonnenscheindauer, Technologie und Leistung der PV-Anlage sowie verfügbare Fördermittel.
Bei Photovoltaikanlagen ist die zusätzliche Installation eines Stromspeichers die derzeit wirtschaftlichste Variante mit der besten Rendite. Durch den erhöhten Eigenverbrauch dank eines Stromspeichers sinken Deine Stromkosten erheblich.
Schon im ersten Jahr der Anschaffung kannst Du dank eines Stromspeichers mehrere hundert Euro sparen.
Bei einem angenommenen Stromverbrauch für einen 4-Personen-Haushalt von 4.000 Kilowattstunde (kWh)/Jahr und einem Strompreis von 30 Cent je Kilowattstunde (kWh) erhältst du eine Stromrechnung in der Höhe von 1.200 Euro/Jahr.
Mit einer Photovoltaik Anlage in Kombination mit einem Stromspeicher sowie einer angenommenen Autarkie von 75%, müsstest Du nur 25% Netzstrom beziehen bzw. eine Stromrechnung von 300 Euro/Jahr begleichen. Deine Ersparnis würde also 700 Euro im ersten Jahr betragen!
In Verbindung mit einer Wärmepumpe kann am Tag die Sonnenenergie im Heimspeicher gespeichert werden und die Wärmepumpe kann dann bei Bedarf den Strom in der Nacht zum Heizen vom Haus verbrauchen. Auch hier sollte man sich die angebotenen Förderungen genau anschauen, da auch Programme existieren, die eine Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energien fördern.
Werden Solaranlagen und Energiespeicher noch gefördert?
Ja, es gibt noch Förderungen von Solaranlagen und den Energiespeichern in Form von Batterien. Zum Beispiel bietet die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) verschiedene Förderungen rund um das Effizienzhaus an. Erwähnenswert ist hier Beispiel des KfW-Förderprogramm Erneuerbare Energien (270), über den auch der Kauf und die Investitionskosten eines Photovoltaik-Speicher gefördert wird.
Wir bieten moderne Lithium-Ionen-Speicher mit hohem Wirkungsgrad. Ein Einsatz lohnt sich hier bereits ab einer Dachfläche von 40 m2. So kannst Du Deine Stromkosten effektiv senken. Zum Photovoltaik Rechner