Speichertechnik für Solaranlagen

Die Kraft der Sonne einfangen

Inzwischen dürfte es sich herum gesprochen haben, dass sowohl fossile Brennstoffe als auch Kernenergie auf Dauer nicht zur Stromerzeugung genutzt werden können, weil sie nur begrenzt verfügbar sind und große Umweltschäden verursachen. Alternative Energien, darunter besonders die überall nutzbare Solarenergie, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Ein wesentlicher Bestandteil photovoltaischer Anlagen ist die Speichertechnik. Auf diesem Gebiet gab es in den letzten Jahren interessante technische Entwicklungen, die sich positiv auf die Effizienz kleiner, privater Solarstromanlagen auswirken.

Warum Solarstrom speichern und was bringt es?

Solarstrom hat viele Vorzüge. Er wird aus Sonnenlicht erzeugt, eine saubere, unerschöpfliche Energiequelle, die praktisch überall auf der Erde zur Verfügung steht. Allerdings hat Solarstrom entscheidende Nachteile. Er steht nicht rund um die Uhr zur Verfügung. Das trifft nicht nur auf die Nacht zu, wenn die Sonne sowieso nicht schient, auch am Tag gibt es häufig lange Perioden ohne Sonnenschein. Der Nachteil wird noch durch den Umstand verschärft, dass Solarstrom gerade dann besonders dringend benötigt wird, wenn Sonne nicht scheint. Darum sind gut funktionierende Stromspeicher ein unverzichtbarer Bestandteil jeder photovoltaischen Anlage. Sie schaffen eine Pufferkapazität und stellen Strom auch in der Nacht oder bei starker Bewölkung zur Verfügung. Experten schätzen, dass mit der richtigen Speichertechnik die Effizienz einer Solarstromanlage verdoppelt werden kann.

Wie funktioniert ein Stromspeicher?

Stromspeicher werden in der Praxis als Akkumulatoren oder kurz Akkus bezeichnet. Es handelt sich um Bauelemente, die elektrische Energie durch chemische Prozesse speichern können. Im Gegensatz zu Batterien können Akkus in sich ständig wiederholenden Zyklen aufgeladen und wieder entladen werden. Die Zelle eines Akkus besteht aus 2 Elektroden, negativ und positiv geladen, dem Elektrolyt dazwischen (eine elektrisch leitende Flüssigkeit) und den Separatoren, nichtleitende Bauteile, die zur Trennung der Elektroden dienen und so einen Kurzschluss verhindern. Mehrere dieser Speicherelemente (Sekundärzellen) werden zu einem Akku zusammen geschaltet.

Wird an die Elektroden der Sekundärzelle Strom angelegt, bewirkt der das Ablaufen chemischer Prozesse, bei denen Stoffe umgewandelt werden. Wird an die Elektroden ein Verbraucher, beispielsweise eine Glühlampe, angeschlossen, findet der Vorgang in umgekehrter Richtung statt. Die beim Laden gebildeten Stoffe wandeln sich wieder in die ursprünglichen Verbindungen zurück. Dabei wird Strom freigesetzt.

Welche Arten von Akkus werden verwendet?

Blei-Säure Akkus

Die ersten Akkus, die als Stromspeicher für Solarstromanlagen verwendet wurden, waren Blei-Säure Akkus. Bei diesen Akkus bestehen die Elektroden aus Blei und der Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure. Blei-Akkus haben sich schon seit Jahrzehnten in verschiedensten technischen Systemen bewährt. Sie sind relativ kostengünstig. Die mittlere Lebensdauer der Blei-Akkus beträgt ca. 5 Jahre. Wegen entscheidender Nachteile werden sie aber heute immer weniger in Solaranlagen eingesetzt.

Die Energiedichte der Blei-Akkus ist gering. Das bedeutet, trotz großer Masse können sie nur wenig Strom speichern. Blei-Akkus dürfen nur zur Hälfte entladen werden, weil sie sonst schnell verschleißen. Bei Blei-Akkus als Stromspeicher benötigen Sie daher Geräte mit der doppelten Kapazität. Beim Betrieb entstehen giftige und explosive Gase. Die Akkus müssen daher in gut belüfteten, feuersicheren Räumen betrieben werden. Die Bestandteile der Blei-Akkus sind giftig und extrem umweltschädlich.

Blei-Gel Akkus

Blei-Gel Akkus sind eine Weiterentwicklung der klassischen Blei-Säure Akkus. Bei ihnen ist der Elektrolyt nicht flüssig, sondern gelartig. Dadurch werden nicht so viel Gase freigesetzt und der Wartungsaufwand ist deutlich geringer. Blei-Gel Akkus haben eine mittlere Lebensdauer von etwa 10 Jahren. Allerdings sind diese Gel Akkus doppelt so teuer wie Blei-Säure Akkus.

Lithium-Ionen Akkus

Sie stellen die Zukunft der Stromspeicher dar und funktionieren nach demselben Prinzip wie Blei-Säure Akkus, allerdings werden sowohl für die Elektroden als auch für das Elektrolyt Lithium bzw. Verbindungen des Leichtmetalls benutzt. Li-Ion Akkus sind wesentlich leichter als Blei-Akkus. Pro Kilogramm Masse können sie mehr Energie speichern. Ihre durchschnittliche Lebensdauer beträgt etwa 20 Jahre oder 7.000 Vollzyklen. Das bedeutet, sie können bis zu 7.000 mal aufgeladen und wieder entladen werden. Ihre Kapazität kann bis zu 90 Prozent genutzt werden. Li-Ion Akkus sind abgekapselt und praktisch wartungsfrei.

Ihr Nachteil besteht darin, dass sie wesentlich teurer als Blei-Säure Akkus sind. Ihr Hauptbestandteil, Lithium, kommt nur selten vor. Beim Abbau werden große Umweltschäden verursacht. Li-Ion Akkus sind empfindlich gegen Überladung und Tiefentladung und benötigen besondere (integrierte) Regler, um einwandfrei zu funktionieren.

Welche Vorteile haben Stromspeicher?

Stromspeicher haben sowohl für Sie als privaten Nutzer als auch für das öffentliche Stromnetz einige Vorteile. Naturgemäß liefern photovoltaische Anlagen an sonnigen Tagen und zur Mittagszeit besonders viel Strom. Zu diesen Zeiten ist aber der Bedarf nur gering. Es besteht also ein Widerspruch zwischen Angebot und Nachfrage. Stromspeicher mildern diesen Widerspruch, weil sie Strom auch außerhalb dieser Zeiten, nachts und bei bewölktem Himmel, zur Verfügung stellen.

Für Sie als Betreiber der Solarstromanlage bedeutet es, dass Ihnen mehr Strom zur Eigennutzung zur Verfügung steht. Mit dem passenden Stromspeicher kann eine photovoltaische Anlage zwischen 70 – 80 Prozent des Eigenbedarfs decken.

Das öffentliche Stromnetz profitiert von privaten Stromspeichern, weil dadurch Überangebote an Solarstrom zur Mittagszeit und bei Sonnenschein abgemildert werden und der Strom gleichmäßiger ins Netz eingespeist wird. In Zeiten mit reichlich Sonnenschein wird weniger Solarstrom ins Netz geliefert, weil die privaten Solarstromanlagen zuerst einmal ihre Speicher aufladen. Zu anderen Zeiten speisen die Stromspeicher Strom auch dann ins Netz ein, wenn die Sonne gerade nicht scheint. Das hilft den Netzbetreibern, ihr Netz zu stabilisieren und wichtige Parameter wie Frequenz und Spannung möglichst konstant zu halten.

Lohnt es sich, Stromspeicher in eine bestehende Photovoltaik-Anlage zu integrieren?

Das hängt von verschiedenen Faktoren ab. Wenn Sie zum Beispiel die Anlage im Inselbetrieb benutzen, ist die Antwort ein eindeutiges Ja. Inselbetrieb bedeutet, die Photovoltaik-Anlage ist nicht an das öffentliche Netz gekoppelt, sondern dient nur der eigenen Stromversorgung. Nur mit passenden Stromspeichern können Sie eine Versorgung auch dann gewährleisten, wenn die Sonne nicht scheint. Mit Hilfe von Stromspeichern können Sie Ihren Eigenbedarf zu 70 – 80 Prozent decken.

Anders schaut das aus, wenn Ihre Solarstromanlage an das öffentliche Stromnetz gekoppelt ist. Ältere Anlagen, die vor 2009 ans Netz gingen, erhalten dafür eine Einspeisungsvergütung von 0,30 Euro/kWh. Unter solchen Umständen lohnt sich ein Stromspeicher nicht, weil die Einspeisungsvergütung höher ist als der Preis des für den Eigenbedarf bezogenen Stroms. Dessen Preis liegt bei ca 0,25 Euro/kWh.

Für Anlagen, die zwischen 2009 und 2012 ans Netz gingen, erhalten die Besitzer eine Einspeisungsvergütung, die immer geringer ausfällt. Gleichzeitig gibt es vom Staat eine gestaffelte Vergüten für den Eigenbedarf. In diesen Fällen lohnt sich ein Stromspeicher dann, wenn Ihre Solarstromanlage mindestens 30 Prozent Ihres Eigenbedarfs deckt.

Bei Photovoltaik-Anlagen, die ab April 2012 ans Netz gingen, zahlt der Staat keine Vergütung für den Eigenbedarf mehr. Die Einspeisungsvergütung wird immer weiter verringert und liegt größtenteils bereits unter dem Preis, der für Strom bezahlt werden muss, der aus dem öffentlichen Netz bezogen wird. Bei diesen Anlagen rentiert sich ein Stromspeicher, weil um so mehr Kosten eingespart werden können, je mehr die Solarstromanlage den Eigenbedarf deckt. Dazu kommt noch, dass der Staat seit 2013 den Einbau von Stromspeichern mit Fördermitteln unterstützt.

Worauf müssen Sie noch achten?

Die im vorhergehenden Abschnitt genannten Aussagen beziehen sich lediglich auf die Einspeisungsvergütung und die Stromkosten. Bei der Frage, ob es sich lohnt, nachträglich einen Stromspeicher in eine existierende Anlage einzubauen, spielen noch andere Faktoren eine Rolle. Der Einbau verursacht einen erheblichen Aufwand, da es mit dem Stromspeicher allein nicht getan ist. Beispielsweise sind unter Umständen noch Regler, Inverter, Sicherheitseinrichtungen, Frequenzwandler oder Transformatoren erforderlich. All diese Geräte müssen auf die existierende Anlage abgestimmt sein. Dafür sind oft mehrere Fachleute erforderlich, die hohe Installationskosten verursachen. Die Anforderungen sind besonders hoch, wenn die Photovoltaik-Anlage weiterhin Strom ins öffentliche Netz einspeisen soll. Nur in wenigen Fällen können Sie die Arbeiten selbst vornehmen.

Wie sieht das bei neuen PV-Systemen aus?

Dort ist die Situation gänzlich anders. Mehr und mehr Hersteller bieten Komplettsysteme an, sowohl für AC (Wechselstrom) als auch für DC (Gleichstrom) oder kombinierte AC/DC Systeme. Darin sind auch Stromspeicher enthalten. Alle Komponenten sind aufeinander abgestimmt, was die Installation wesentlich vereinfacht. Andere Hersteller setzen auf modulare Systeme. Diese sind flexibler als Komplettsysteme. Modulare Systeme bestehen aus einzelnen, austauschbaren Komponenten. Daher können sie fast beliebig erweitert oder den individuellen Bedingungen angepasst werden. Da die Stromkosten im Durchschnitt pro Jahr um ca. 6 Prozent steigen, erhöhen integrierte Stromspeicher die Effizienz der Systeme beträchtlich und sind heute fester Bestandteil der meisten Solarstromanlagen.

Was kosten Stromspeicher?

Die Preise variieren sehr stark. Sie hängen vor allem vom Typ des Stromspeichers und seiner Kapazität ab. Sie können zum Beispiel günstige Blei-Säure Akkus mit 150 Ah Kapazität für etwas mehr als 200 Euro kaufen. Ein großer Li-Ion Akku mit mehr als 11.000 kWh Kapazität kostet dagegen weit über 10.000 Euro. Bei anderen Stromspeichern ist keine Preisangabe möglich, weil sie nicht einzeln, sondern nur als Teil eines Komplettpakets angeboten werden.

Als Faustregel können Sie davon ausgehen, dass Blei-Säure Akkus pro Kilowattstunde Kapazität ungefähr 250 Euro kosten.

Bei Li-Ion Akkus beträgt der Preis dagegen um die 550 Euro pro Kilowattstunde.

Der Kaufpreis ist aber nur ein Aspekt. Sie müssen auch Kosten für Wartung, Instandhaltung und Verbrauchsmaterial einrechnen. Bei Blei-Säure Akkus benötigen Sie zum Beispiel regelmäßig destilliertes Wasser und Batteriesäure.

Die Lebensdauer des Stromspeichers spielt auch eine Rolle. Ein Li-Ion Akku ist zwar wesentlich teurer, dafür hält er aber im Schnitt dreimal länger als ein Blei-Säure Akku und benötigt keine Wartung.

Worauf sollten Sie beim Kauf eines Stromspeichers achten?

Kapazität

Einer der wichtigsten Punkte ist die Kapazität des Stromspeichers. Sie wird in Kilowattstunden (kWh) gemessen und gibt an, wie viel Strom der Akku speichern kann. Hat ein Stromspeicher beispielsweise eine Kapazität von 5 kWh bedeutet das, er kann 5 Stunden lang 1 kW Leistung liefern. Die richtige Kapazität richtet sich nach Größe und Verwendungszweck der PV Anlage. Dient sie beispielsweise der Versorgung eines Haushalts mit Solarstrom, ist eine Kapazität von 6 – 10 kWh in den meisten Fällen angemessen. Als Faustregel gilt, dass der Stromspeicher groß genug sein muss, um die an die PV Anlage angeschlossenen Verbraucher vom Abend bis zum nächsten Morgen mit Strom zu versorgen.

Kompatibilität

Wenn Sie einen Stromspeicher in eine existierende Anlage integrieren wollen, müssen Sie darauf achten, dass er mit den übrigen Komponenten der PV Anlage kompatibel ist. Die meisten Stromspeicher geben eine Spannung von 12 Volt ab, es gibt aber auch Modelle mit 24 oder auch nur 6 Volt. Am sichersten ist es, wenn Sie sich für ein Komplettsystem entscheiden.

Zusatzgeräte

Prüfen Sie genau, ob Sie nur den Stromspeicher kaufen müssen oder auch Gleichrichter, Inverter oder Sicherungselemente gegen Überladung und Tiefentladung benötigen.

Markenqualität

Bevorzugen Sie beim Kauf bekannte Marken und vermeiden Sie Schnäppchen aus dem Baumarkt. Diese können große Probleme verursachen und unter Umständen sogar die PV Anlage zerstören. Bei bekannten Herstellern bekommen Sie dagegen eine bessere Qualität und guten Kundendienst, können Ersatzteile kaufen und die Anlage um andere Komponenten erweitern.

Zusammenfassung

Stromspeicher sind heute integrierter Bestandteil von PV Systemen. Sie erhöhen deren Effizienz erheblich, weil sie Strom auch dann bereit stellen können, wenn die Sonne nicht scheint. Seit 2013 unterstützt der Staat die Nachrüstung existierender PV Systeme mit Stromspeichern durch Fördermittel. Durch Stromspeicher können Sie Ihren Eigenbedarf durch Solarstrom zu 70 – 80 Prozent decken. Auch das öffentliche Stromnetz profitiert durch Stromspeicher, weil Leistung gleichmäßiger eingespeist wird und dadurch die Versorgung aller Verbraucher besser sichergestellt wird.
Die Wahl des passenden Stromspeichers ist nicht einfach. Am besten ist es, wenn Sie den Rat eines unabhängigen Experten einholen. Dadurch vermeiden Sie Beschädigungen der PV Anlage und der angeschlossenen Verbraucher und Ärger mit dem Stromanbieter, falls Sie Strom ins öffentliche Netz einspeisen.

Stromspeicher lohnen sich immer mehr, weil die Strompreise ständig steigen und die Geräte die Eigenversorgung mit Strom verbessern.