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Energiespeicher Ein Tesla zum Aufhängen

Selbst produzierten Sonnenstrom ins öffentliche Netz einzuspeisen lohnt nicht mehr. Heute wollen die Verbraucher möglichst viel davon selber nutzen. Eine Chance für Installateure, die sich in den schnell wachsenden Markt einarbeiten.

Themenseite: Energieeffizienz

Willi Harhammer beschäftigt sich bereits seit 40 Jahren mit dem Thema Energie. „Früher habe ich Tankstellen gebaut, vor 20 Jahren hat dann langsam das Thema erneuerbare Energien begonnen, da haben wir dann die ersten Dächer mit Solarmodulen bestückt“, erzählt der ausgebildete Elektro- sowie Klima- und Kältetechniker. Heute führt Harhammer die „iKratos Solar- und Energietechnik GmbH“ im oberfränkischen Weißenohe.

Das Geschäft mit der Solarenergie hat sich in den letzten Jahren gewandelt, denn seit geraumer Zeit sind Batteriespeichersysteme für den privaten Hausgebrauch und für Gewerbebetriebe ein großes Thema. „Eigentlich ist das ja nichts Neues, schließlich habe ich früher schon bei Gartenhäusern oder Berghütten Batterien installiert. Aber das Geschäftsfeld hat sich deutlich vergrößert. Es ist heute ganz normal, elektrischen Strom zu erzeugen, zu speichern und dann intelligent zu nutzen“, sagt Harhammer.

Energieautark Wohnen

Der Handwerker weiß, wovon er spricht. Privat lebt er in einem energieautarken Haus, sein Firmengebäude liefert mehr Strom, als es benötigt, im Keller stehen diverse Batterien, die unter anderem sein Elektroauto versorgen. „Ich weiß, dass die Technik funktioniert“, sagt Harhammer. Seit über drei Jahren beobachtet der Elektrotechniker im Bereich der Privatkunden eine verstärkte Nachfrage nach Batteriesystemen.

Heute mache das Thema Speicher etwa 30 Prozent seines Tagesgeschäfts aus, so der Solarprofi. Harhammers praktische Erfahrungen decken sich mit dem Speichermonitoring des Instituts für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) der RWTH Aachen. Die Menge an neu installierten Batteriespeichern hat sich demnach von 2014 auf 2015 fast verdoppelt. Zwischen 2013 und Anfang 2016 wurden über 34.000 Solarstromspeicher installiert.

Solarstrom wird immer günstiger

Der Grund: Für Betreiber privater Fotovoltaik-Anlagen ist es oft günstiger, den Solarstrom selber zu verbrauchen, als ihn in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen und dafür die Einspeisevergütung zu erhalten. Der Haushaltsstrompreis liegt derzeit netto bei über 26 Cent pro Kilowattstunde. Kalkuliert man die Anschaffungskosten und die Betriebskosten über 20 Jahre, kostet der Strom aus einer neuen Fotovoltaikanlage je nach Typ und Standort zwischen 11 und 13 Cent pro Kilowattstunde. Das heißt, für jede Kilowattstunde, die man vom eigenen Dach verbraucht, kann man zwischen 13 und 15 Cent sparen. Das entspricht einer Rendite von bis zu fünf Prozent – wesentlich mehr, als man heutzutage für sein Geld auf einem Festgeldkonto bekommt.

Mit einer Fotovoltaik-Anlage ohne Speicher und einem normalen Nutzungsverhalten kann der Hausbesitzer bereits 20 bis 30 Prozent des erzeugten Stroms selber verbrauchen. Wer in eine Batterie investiert, kann den Anteil des selbst verbrauchten Stroms noch deutlich auf 80 Prozent steigern. Der Batteriespeicher macht den tagsüber überschüssig produzierten Strom auch in den Abend- und Nachtstunden für den Eigenverbrauch verfügbar. Dafür wird der Speicher mit einer Steuerungseinheit verbunden, die nach vorher festgelegten Regeln Be- und Entladevorgänge auslöst.

Die Kosten für Speichersysteme sind zuletzt stark gesunken, laut Bundesverband Solarwirtschaft zwischen Sommer 2014 und Sommer 2015 um etwa 26 Prozent – Tendenz weiter fallend. Eine installierte Kilowattstunde Speicherkapazität kostet im Moment etwa 1.000 Euro, stark abhängig von der Auswahl des Systems und der Technologie.
Aktuell wird die Anschaffung von Speichern noch gefördert, etwa über zinsgünstige Kredite bei der KfW-Bank. Ein Großteil der am Markt erhältlichen Speichersysteme rechnet sich trotz der stark gesunkenen Kosten erst durch diese Förderungen.

Der Gedanke an Rendite ist aber offenbar nicht die treibende Kraft hinter der Kaufentscheidung vieler Verbraucher. „Früher ging es den Kunden darum, mit einer Solaranlage Profit zu erzielen. Heute ist das anders. Wir verkaufen auf Wunsch der Kunden heute 80 Prozent der Solaranlagen mit Batteriesystemen, und zwar nicht aus wirtschaftlichen Gründen, sondern weil sie unabhängig sein wollen“, sagt Harhammer. Tatsächlich sind laut einer Analyse des Beratungsunternehmens macrom Marketingresearch & Consult im Jahr 2015 sechs von zehn Batteriespeichern im Bereich der privaten Nutzer ohne Förderung errichtet worden.

50 Anbieter bei Speichern

Auf dem Speichermarkt gibt es inzwischen rund 50 Anbieter mit mehr als 300 Speichertypen. Die Speicherkosten bewegen sich in der großen Spannweite von 5.000 bis 30.000 Euro. Die Preisgestaltung hängt davon ab, welche Kapazität die Speicher haben, ob Lithium-Ionen- oder Blei-Batterien verwendet werden und welche Komponenten verbaut sind. Ein Angebot, aus dem der Handwerker mit Bedacht auswählen muss.

„Die Technologie ist im Grunde kein Hexenwerk, aber das Produkt muss – vergleichbar wie bei einem Maßanzug aus der Schneiderei – für den Kunden exakt angepasst werden“, sagt Willi Harhammer. Diese Beratungsleistung sieht er, neben der gewissenhaften technischen Ausführung, als seine Hauptaufgabe. Dazu gehöre, einiges über die Lebensverhältnisse des Kunden zu erfahren, etwa wie hoch der aktuelle Stromverbrauch ist und ob sich dieser in den nächsten Jahren verändern wird, zum Beispiel weil Kinder ausziehen.

Auch Überlegungen, ob eine Wärmepumpe angeschafft oder der Warmwasserspeicher über Strom erhitzt werden sollen, spielen für die Kapazitätsauslegung eine große Rolle. Wichtig ist natürlich auch, ob das System gemeinsam mit einer neuen Anlage installiert werden soll oder eine bereits bestehende Solaranlage mit einer Batterie nachgerüstet wird.

Auch wenn die Investitionskosten für die Kunden zunächst oftmals im Vordergrund stehen, entscheidend für die Wirtschaftlichkeit sind die Kosten pro gespeicherte Kilowattstunde innerhalb der Produktlebenszeit. Dabei kommt es vor allem darauf an, wie langlebig das gewählte Batteriesystem ist.

Die richtige Auslegung der Speicherkapazität spielt dabei eine wichtige Rolle, denn ist die nutzbare Kapazität zu klein, kann nicht genug Energie gespeichert werden, um den Bedarf zu decken. Dann wird der Zukauf von teurem Netzstrom notwendig. Ist die Batterie hingegen zu groß, wird der nicht benötigte Solarstrom dauerhaft gespeichert, wodurch die Netzeinspeisung und somit die Vergütung entfallen. Zudem wird die Batterie gegebenenfalls in einem ungeeigneten Betriebspunkt betrieben, was sich negativ auf Effizienz, Lebensdauer und damit auf das Ziel eines höheren Eigenverbrauchs und guter Wirtschaftlichkeit auswirkt.

Die richtige Wahl

Doch welcher Batteriespeicher ist der richtige? Das renommierte Online-Speichervergleichsportal www.enerkeep.com nennt als die derzeit beliebtesten Hersteller von integrierten Solarstromspeichern: Sonnen, E3/DC, SENEC, SMA und Solarwatt. Auch Harhammer vertreibt viele dieser Produkte: „Ich wähle meine Partner danach aus, ob ich mich auf ihre Beständigkeit verlassen kann, dass sie also weiterhin auf dem Markt bleiben.“

Ein namhafter Zellhersteller ist wichtig, aber auch das Design des Gesamtsystems ist entscheidend und sollte alle wichtigen Normen erfüllen. Beim Betrieb können sich die Systeme darin unterscheiden, wie viel Energie sie tatsächlich speichern und wirklich zur Verfügung stellen. Technisch messbar ist dies etwa beim Standby-Energieverbrauch des Systems, also der Effizienz, der benötigten Zeit zum vollen Laden und Entladen des Speichers, und in der Reaktionszeit auf einen plötzlichen Verbrauchsanstieg. Die Batteriezellen unterscheiden sich bei der garantierten Anzahl an Zyklen, bei der Lebensdauer sowie bei der Erfüllung von Sicherheitsnormen.

Schäden verhindern

Die Entladetiefe gibt an, wie viel Prozent der gespeicherten Energie überhaupt aus dem Gerät entnommen werden kann. Um Schäden zu verhindern, braucht ein Großteil der Energiespeicher für Strom eine Restladung. Marktüblich sind Entladetiefen zwischen 50 Prozent bei Blei-Batterien und zwischen 70 und 100 Prozent bei Lithium-Ionen-Akkus. Die Entladungstiefe eines Stromspeichers sollte nie unterschritten werden, da sich dadurch die Lebensdauer der Batterie deutlich verringert.

Lithium-Ionen-Batterien sind effizienter und langlebiger, allerdings auch deutlich teurer als Bleiatterien.Lithium-Ionen-Batterien haben eine Lebensdauer von etwa 15 Jahren, während diese bei Blei-Batterien bei Werten zwischen fünf und maximal zehn Jahren liegt. Die Speicherzellen von Lithiumspeichern gelten als leicht entflammbar und können explodieren. Die Brandgefahr haben Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Tests demonstriert. Die Erkenntnisse der Wissenschaftler flossen in einen Sicherheitsleitfaden ein, den Verbände der Solar- und Elektroindustrie für Lithium-Ionen-Speicher veröffentlicht haben. Bislang ist die Berücksichtigung aber keine Pflicht. Lithiumspeicher sind auch bezüglich des Temperaturbereichs weniger flexibel als Bleisysteme. Sie mögen es nicht zu kalt aber auch nicht zu warm.

Laut der Marktanalyse von macrom ist der Anteil von Systemen mit Blei-Batterien im letzten Jahr auf knapp ein Viertel der installierten Speicher zurückgegangen. Ungeachtet der Vor- und Nachteile der verschiedenen Batteriesysteme verbinden die Kunden Modernität und damit Zukunftsfähigkeit vor allem mit Batterien, die auf Lithium basieren, so die Schlussfolgerung der Analysten.

Weiter wachsender Markt

Dass sich die Zahl der installierten Speicher in Deutschland in den nächsten Jahren weiter dynamisch erhöht, dafür sprechen aus Sicht der Analysten von macrom mehrere Faktoren. So habe der Markteintritt von starken Marken wie dem US-amerikanischen Elektroauto-Hersteller Tesla sowie Mercedes einen Publicity- und Marketing-Schub ausgelöst. Installateure hätten durch diese Aktivitäten ein gestiegenes aktives Interesse von Endkunden bemerkt. Dass weitere starke Marken aus dem nationalen und internationalen Mobilitäts- und Elektronikbereich folgen, sei wahrscheinlich.

Außerdem fallen ab 2021 die ersten Fotovoltaik-Anlagen aus der EEG-Förderung. Der Bundesverband Solarwirtschaft erwartet, dass viele Betreiber spätestens dann einen Batteriespeicher nachrüsten. Aber auch Energieversorger erkennen zunehmend das Potenzial der Fotovoltaik-Speichersysteme zur Kundenbindung sowie zur Stabilisierung der Stromnetze. Sie werden Angebote entwickeln, um Stromspitzen zu verhindern, die das Stromnetz destabilisieren.

Techniküberblick: Komponenten von Batteriespeichern

Ein Batteriespeicher besteht aus zahlreichen Komponenten. Am wichtigsten sind natürlich die Batterien.

Batteriewechselrichter

Dieses Element passt die Eingangsspannungen (Wechselstrom bei AC-Systemen, Gleichstrom bei DC-Systemen) an das für die Batterien notwendige Spannungsniveau an. Für den Batterieausgang muss die Batterieausgangsspannung von Gleichstrom in Wechselstrom transferiert werden.

Batterie-Management-System

Das Batterie-Management-System überwacht den korrekten Betrieb des Systems. Es verhindert Überladung, Tiefentladung und Überhitzung der Batterien und stellt sicher, dass alle Betriebsparameter eingehalten werden.

Batterien

Sie sind das Herzstück und die teuersten Komponenten des Systems. Die Anzahl entscheidet über die Menge an Energie, die gespeichert werden kann. Die Qualität der Batterien ist entscheidend für die Lebensdauer des Systems.

Batteriezellen

Das Innere jeder Batterie besteht aus in Reihe geschalteten Batteriezellen.

Systemvergleich: So funktionieren Batteriespeicher

Die unterschiedlichen Funktionssysteme von Batteriespeichern mit ihren Vorteilen im Vergleich.

AC-Systeme:

Bei AC-Systemen fließt der Fotovoltaik-Strom zunächst in den Wechselrichter der Fotovoltaik (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. Diese Systeme kann man leicht mit einem Speicher nachrüsten, da an der Fotovoltaik-Anlage nichts verändert werden muss. Durch die doppelte Transformation weisen AC-Systeme höhere Wandlungsverluste auf als ihre Konkurrenz. Vorteile: Der Stromspeicher kann unabhängig vom verbauten Wechselrichter der PV-Anlage gewählt werden. Sie sind aufgrund ihres eigenen Wechselrichters kompatibel zu vielen Energieerzeugern, also neben Fotovoltaik-Anlagen auch für Windkrafträder oder Blockheizkraftwerke geeignet. AC-Systeme sind in der Lage, Strom direkt aus dem externen Netz aufzunehmen.

DC-Systeme:

Hier wird die Batterie im Zwischenkreis des Wechselrichters angeschlossen. Der in der Fotovoltaik-Anlage erzeugte Gleichstrom, der über die Batterie zu den Verbrauchern fließt, durchläuft nur einmal eine Transformierung von Gleichstrom in Wechselstrom. Dadurch ist der Wirkungsgrad höher als bei AC-Systemen. 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.

DC-Generatorseite-Systeme:

Die Batterie wird in den DC-Stromkreis zwischen Solargenerator und Wechselrichter geschaltet. Vorteil gegenüber den DC-Systemen ist, dass diese auch dann nachgerüstet werden können, wenn der Wechselrichter das nicht vorsieht. Vorteil gegenüber AC-Systemen ist, dass sie weniger Wandlerstufen benötigen. Nachteil der DC-Gen-Systeme ist, dass ihre Entladeleistung durch die maximale Leistung und eventuell auch durch die maximale Eingangsspannung des Wechselrichters begrenzt ist.

DC/AC-Systeme:

DC-gekoppelte Systeme können die Batterie sowohl über die DC- als auch die AC-Seite laden und sind flexibel einsetzbar.

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  • Solarbatterien für Fotovoltaik-Anlagen (PDF, 506 kB)

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