Selbst erzeugten PV-Strom speichern. Aber wie?

Mithilfe von Photovoltaikanlagen können Sie heute ganz einfach Ihren eigenen Strom erzeugen. Wirtschaftlich arbeitet eine Photovoltaikanlage aber erst dann, wenn so viel Sonnenstrom wie möglich direkt vor Ort verbraucht wird. Das Problem dabei: Nicht immer liefert die Anlage den Strom dann, wann er gerade gebraucht wird. Ein Speicher muss also her!

Speichermöglichkeiten für privat hergestellten Sonnenstrom werden stark nachgefragt. Das liegt einerseits an den zum Teil komplizierten Einspeisekriterien von Privatstrom ins öffentliche Netz, hat aber noch einen anderen, wichtigeren Grund: Viele Betreiber von PV-Anlagen wollen den selbst produzierten Strom auch dann nutzen, wenn die Sonne gerade nicht scheint, zum Beispiel nachts. Hersteller und Energieunternehmen bieten daher hochwertige Solarbatteriespeicher, z. B. Salzwasserbatterien, die den PV-Strom speichern und den Eigenverbrauchsanteil erhöhen. Bei privaten PV-Anlagen bis ca. 5 kWp ist durchschnittlich eine Steigerung von etwa 30 auf 60 bis 70 Prozent realistisch. Ob sich die Anschaffung auch finanziell lohnt, steht allerdings auf einem anderen Blatt Papier.

Wie bei allen technischen Geräten hängt der Preis von PV-Speicherbatterien vom Marktvolumen, der Qualität, der Technologie und von technischen Parametern (z. B. Speicherkapazität, Entladungstiefe, Zyklen, Wirkungsgrad) ab. Die Preise für Solarstromspeicher mit Lithium-Ionen Technologie für private Haushalte sinken zwar Jahr für Jahr, ein Lithium-Solarstromspeicher mit 5 kWh für ein Einfamilienhaus kostet trotzdem etwa 1100 bis 2100 Euro je Kilowattstunde Speicher-Nennkapazität (ohne Installationskosten) und ist damit ohne zusätzlicheFörderungnicht gänzlich wirtschaftlich. Bis sich Solarstromspeicher wirtschaftlich rechnen, sind diese Geräte vorläufig vor allem für all jene interessant, für die eine möglichst autarke Stromversorgung mit PV im Vordergrund steht. Allerdings zeigen Untersuchungen des deutschen Öko-Instituts, dass es zielführender ist, erst die häufig großenStromsparpotenziale im Haushaltauszuschöpfen, bevor in einen Solarstromspeicher investiert wird.

Es gibt viele unterschiedliche Arten von Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen. Am weitesten verbreitet sindLithium-Ionen-Batterien, die wir zum Beispiel von Handy-Akkus kennen. Sie verdrängten die davor führenden billigeren Bleispeicher. Der Vorteil von Lithium-Ionen-Akkus: Sie sind kleiner, leichter und erreichen höhere Wirkungsgrade sowie Entladungstiefen. Mit bis zu 7000 Vollzyklen können sie außerdem deutlich öfter ge- und entladen werden, wobei Lithium-Ionen-Speicher für PV-Anlagen in der Regel 100 bis 200 Zyklen im Jahr durchlaufen. Innerhalb der Lithium-Batteriespeicher gibt es wiederum eine Vielzahl von Elektrolyten und Kombinationen von Elektrodenmaterialien, die sich in ihren Eigenschaften (z. B. Zyklenfestigkeit) voneinander unterscheiden.

Ebenfalls als Heimspeicher genutzt werden können Natrium-Ionen-Batterien. Ladungsträger ist hier Natrium, ein Bestandteil von Natrium-Chlorid, also Kochsalz. Es ist nicht umweltschädlich und leicht zu recyceln. Im Vergleich mit Lithium-Ionen-Speichern können Natrium-Ionen-Speicher höhere Lade- und Entladeströme bereitstellen, haben aber eine rund 30 Prozent kleinere Energiedichte.

Intensiv geforscht wird seit längerer Zeit an Aluminium-Polymer-Batterien. Sie sind als nachhaltige und günstige Alternative zu Lithium-Ionen-Batterie gedacht. Bis Ende 2025 soll diese Speicherart serienreif sein.

Im Grunde lässt sich ein Stromspeicher mit einer größeren Batterie vergleichen, die wie ein Akku geladen und entladen werden kann. Erzeugt die PV-Anlage Strom, dann wird zunächst der momentane Stromverbrauch im Haushalt damit gedeckt. Übersteigt die Stromproduktion den momentanen Bedarf, dann wird der Stromspeicher geladen. Ist der Speicher vollgeladen, was meist um die Mittagszeit der Fall ist, speist die PV-Anlage den überschüssigen Strom ins Netz ein. Es sei denn, die Batterie wird netzoptimiert betrieben. Dann wird der Strom am Vormittag in das Netz eingespeist und erst ab den Mittagsstunden gespeichert. So trägt die Batterie zur Entlastung des Stromnetzes bei.

Um die Speicherbatterie richtig zu dimensionieren, ist neben der Leistung der PV-Anlage vor allem eines wichtig: Sie müssen wissen, wie viel Strom Sie verbrauchen. Herausfinden können Sie das über zwei Wege: Viele Wechselrichter bieten als Zusatzfunktion ein Energiemanagement-System, das die PV-Stromerzeugung und den Stromverbrauch darstellt. Alternativ können Sie über den Online-Zugang Ihres Smart Meters - sofern ein solcher in Ihrem Haushalt installiert ist - Ihre Stromverbrauchsdaten abrufen.

Stehen der jährliche Stromverbrauch, die Stromerzeugung der PV-Anlage und die Speicherkapazität im Verhältnis von 1:1:1, dann können rund 60 Prozent des erzeugten PV-Stroms direkt verbraucht werden. Bei einem Einfamilienhaus mit einem jährlichen Stromverbrauch von 4000 kWh und einer PV-Anlage mit einer Stromerzeugung von 4.000 kWh beträgt die optimale Speichergröße 4000 Wh also 4 kWh (Nettospeicherkapazität).

Es gibt zwei unterschiedliche Möglichkeiten, den Batteriespeicher in das Gesamtsystem zu integrieren. Da Solarstromspeicher mit Gleichstrom be- und entladen werden, kann die Batterie entweder zusammen mit der PV-Anlage, die ebenfalls Gleichstrom produziert, als sogenannte DC-Kopplung vor dem Wechselrichter installiert werden oder aber als AC-Kopplung mit einem eigenen Wechselrichter in den Wechselstromkreis eingebaut werden. Beide Bauarten haben Vor- und Nachteile. Grundsätzlich bieten sich AC-Kopplungen vor allem dann an, wenn bei einer bestehenden PV-Anlage ein Batteriespeicher nachgerüstet werden soll, DC-Kopplungen empfehlen sich hingegen bei komplett neu installierten Systemen.

Die Speicher-Nennkapazität bezeichnet das gesamte Speichervermögen einer Batterie. Die Nennkapazität ist ein theoretischer Wert, der größer ist als die nutzbare Speicherkapazität des Gesamtsystems. Diese berücksichtigt die Entladungstiefe der Batterie und den Wirkungsgrad des gesamten Speichersystems. Als Faustregel für eine durchschnittliche Haushaltsanlage mit angestrebten 60 bis 70 Prozent Eigenverbrauchsanteil gilt:

Beispiel: Der Jahresstromverbrauch in Ihrem Haushalt liegt bei 4.000 kWh, und die PV-Anlage hat eine Leistung von 4 kWp. Abhängig vom Lastprofil und dem angestrebten Eigenverbrauchsanteil von z. B. 65 Prozent ergibt das 4 x 1,5 = 6 kWh nutzbare Speicherkapazität.