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Wer eine PV-Anlage auf dem Dach hat, oder haben möchte wird sich zwangsläufig auch mit der Frage eines Batteriespeichers auseinandersetzen müssen. Dabei muss der Batteriespeicher jedoch nicht unbedingt zusammen mit der PV-Anlage gekauft werden, sondern kann auch nachträglich installiert werden. Das macht Sinn, wenn man sich unsicher ist, wieviel Strom die PV-Anlage übers Jahr gesehen produziert, wieviel man täglich ins Netz einspeist (also Überschuss hat), oder gerade schlichtweg das Geld fehlt um auch noch einen teuren Stromspeicher zu der PV-Anlage anzuschaffen.
Bei der Installation des Wechselrichters bzw. der PV-Anlage kann man ja schon mal die nötigen Kabel für den Batteriespeicher gleich mitverlegen lassen, sofern später dies wieder zu erhöhten Aufwänden führen sollte. Übrigens lassen sich Batteriespeicher an Hybrid-Wechselrichter am einfachsten anschließen, was aber nicht heißt, dass andere Wechselrichter nicht geeignet sind.
Wie eingangs schon angedeutet: Batteriespeicher kosten Geld, wenn auch die Preise etwas zurückgegangen sind. Batteriespeicher haben eine Lebenszeit von ca. 10 Jahren. Die „Investition“ sollte sich spätestens nach 10 Jahren gerechnet haben. Dabei ist ein großer Batteriespeicher nicht unbedingt effektiver, als eine kleinere Version. Um die Auslegung des Stromspeichers in etwa zu ermitteln müssen die Jahresverbräuche in kWh in etwa bekannt sein.
Was wird für den Haushalt benötigt? Das lässt sich anhand der letzten Stromrechnungen in etwa ablesen.
Was benötigt eine eventuelle Wärmepumpe?
Ist ein E-Auto vorhanden und soll ebenfalls noch angeschlossen werden?
Liegt eine ungefähre Verteilung vor, was tagsüber und was nachts benötigt wird?
Denn es macht ja wenig Sinn, wenn der Speicher nie voll wird, oder bei einer zu kleinen Auslegung zu viel Energie ins öffentliche Netz eingespeist wird, anstatt den Strom im Speicher zwischenzuspeichern um diesen dann Abends/Nachts wieder zu verbrauchen. Aber auch eine kleine PV-Anlage kann natürlich kaum den Strom liefern um einen großen Speicher zu befüllen.
Ideal wäre es also den Speicher so zu wählen, dass das was man an Überschuss mit der PV-Anlage im Schnitt produziert einzuspeichern, um diesen Überschuss abends/nachts wieder zu verbrauchen.
Das klappt in den Wintermonaten vermutlich nicht, denn da wird mehr Energie benötigt, schon gar, wer eine Wärmepumpe betreibt. Und die Stromproduktion ist in den Wintermonaten so, dass diese kaum dazu führt um einen Speicher zu befüllen. Aber in den Übergangszeiten kann es gelingen so viel Strom einzuspeichern, dass dieser ggf. abends/nachts wieder entnommen werden kann. In den Sommermonaten sieht es noch besser aus, denn da benötigt auch die Wärmepumpe vielleicht nur 1-2kWh am Tag, der Stromspeicher wird daher auch schneller voll und könnte noch größer ausfallen.
Den Mittelweg also zu ermitteln ist die Kunst. Aber eines wird nie gelingen: 100% autark zu werden, oder nur zu Kosten, die sich vermutlich nach 10 Jahren noch nicht gerechnet haben. Aber es ist ja schon etwas, wenn man ohne Stromspeicher 60% des benötigten Strombedarfs über die PV-Anlage hat abdecken können und nun mit einem entsprechend dimensionierten Stromspeichers man vielleicht 80-90% erreichen kann.
Wenn es gelingt in 250 Tagen im Jahr ca. 10 kWh am Tag einzuspeichern, die dann täglich auch wieder entnommen werden, dann sind das 2500 kWh im Jahr. Bei der Einspeisung ins Netz erhält man 7-8ct, kauft man hingehen den Strom kostet dieser (je nach Anbieter) ca. 30-35ct. Ergo würde man ca. 25ct sparen. Bei 2500 kWh sind das dann pro Jahr ca. 625€. In 10 Jahren also 6250€.
Der Anschaffungspreis inkl. Montage sollte also unter diesem Betrag liegen. Steigt der Strompreis in den kommenden Jahren noch, rechnet es sich noch schneller. Wird die Einspeisevergütung noch weiter reduziert, dann rechnet es sich auch noch etwas schneller.
Auf dieser Webseite gibt die Verbraucherzentrale gute Tipps, ob sich ein Batteriespeicher lohnen kann.
Das nachfolgende Glossar soll einige wichtige Begriffe im Zusammenhang mit einem Stromspeicher erläutern um als Laie wenigstens das ein oder andere zu verstehen, oder seinen Elektriker fragen zu können.
PV-Anlagen, die in das öffentliche Netz einspeisen, mussten entweder abregelbar oder schon im vorhinein so geregelt sein, das nur 70 % ihrer maximal möglichen Leistung in das öffentliche Netz eingespeist werden. Mittels eines Stromspeichers kann der entstehende Überschuss gespeichert werden. Diese Regelung entfällt für Neuanlagen bis 25 kW, die nach dem 14.09.2022 in Betrieb gingen. Bei Bestandsanlagen bis 7 kW entfiel die Regelung zum 1.1.2023 und für Bestandsanlagen mit über 7 kW entfällt sie bei Nutzung eines intelligenten Stromzählers.
AC (engl. Alternating Current) ist Wechselstrom. Eine AC-Kopplung bewirkt die Umwandlung des vom Wechselrichter kommenden Wechselstroms in Gleichstrom zur Speicherung in der Batterie und bei Entnahme wieder zurück in Wechselstrom (Siehe auch Batteriewechselrichter).
A oder Ampere ist die Einheit der Stromstärke. In Bezug auf Batterien beschreibt die angegebene Zahl die Strommenge, die eine Batterie über einen bestimmten Zeitraum liefern kann: Beispiel: Eine 200Ah Batterie liefert theoretisch kontinuierlich 20 Ampere über 10 Stunden. Tatsächlich jedoch nur 80 % davon (Erschöpfungsgrenze).
Solarbatterien sollten an einem von Frost und Feuchtigkeit freien Ort aufgestellt werden. Als Untergrund eignet sich zum Beispiel eine Holzpalette, nackter Beton hingegen ist weniger gut geeignet.
In Bezug auf PV-Speicher beschreibt der Begriff Autarkie die völlige Unabhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz.
Der Autarkiegrad beschreibt die maximal mögliche Autarkie vom öffentlichen Netz durch das bestehende PV-System. Völlige Autarkie ist in Deutschland eher die Ausnahme. PV-Anlagen mit Speicher können aber durchaus 70 bis 80 % Autarkie erreichen
Im Allgemeinen steht der Begriff Batterie für elektrochemische Energiespeicher. Korrekt müsste es eigentlich Akkumulator heißen, doch im englischen als Ursprung wird zwischen wiederaufladbaren Akkus und nur entladbaren Batterien in der Bezeichnung kein Unterschied gemacht.
Die Batterieentladetiefe (DoD = Depth of Discharge) beschreibt den Nutzungsgrad einer Batterie bis zur vom Hersteller definierten maximalen Entladetiefe. Hier sind 20 % der Speicherkapazität durchaus üblich. Die DoD ist ein Schutz vor einer Tiefentladung, die einen Zellschluss in der Batterie zur Folge haben kann.
Als Batterieladezustand (SoC= State of Charge) wird die aktuell verfügbare Kapazität der Batterie im Verhältnis zu deren Nennkapazität bezeichnet. Üblicherweise in Prozent von Null bis 100.
Das Batteriemanagementsystem (BMS) übernimmt die Überwachung des Lade- und Entladevorgangs der Batterie. Das BMS dient als Schnittstelle zwischen Batterie und Wechselrichter und kontrolliert den Zustand der Batterie bezüglich Strom, Spannung und Temperatur der einzelnen Zellen. Das BMS ist für eine PV-Anlage mit Speicher unverzichtbar.
Bei den Batterietechnologien waren Blei-Akkus lange Zeit die gebräuchlichste Technologie. Inzwischen sind aber Lithium-Ionen-Batterien so günstig, das sie vermehrt in PV-Systemen zur Anwendung kommen. Bei den Lithium-Batterien sind es in der Regel Li-NMC oder Li-FePO4 Speicher. Eher noch als Exoten gelten Salzwasserbatterien, Redox-Flow-Systeme sowie Nickel-Metallhydrid-Batterien.
Üblicherweise liefern die Wechselrichter von Solarpaneelen direkt Wechselstrom zur Netzeinspeisung. Werden nun Batteriespeicher zwischengeschaltet, muss der Wechselstrom des Wechselrichters wieder in Gleichstrom gewandelt werden, diese Aufgabe übernimmt der Batteriewechselrichter (Siehe auch AC-Kopplung)
Die Blindleistung ist der Teil des von einer PV-Anlage erzeugten Stroms, der nicht zum Verbrauch zur Verfügung steht, sondern dazu dient, bestimmte Vorgänge zu ermöglichen, etwa den Wechsel von Gleichstrom zu Wechselstrom. Laut VDE muss die Blindleistung der PV-Anlage mindestens 0,33 % der Wirkleistung betragen.
Dreiphasige Speichersysteme beziehen sich auf PV-Anlagen, die mehr als 4,6 kVA erzeugen. Diese müssen einen dreiphasigen Wechselrichter verwenden. In der Regel werden ebenso für die Speicherbatterien alle drei Phasen zum Laden eingesetzt.
Mit einer DC-Kopplung (DC = Direct Current, in deutsch Gleichstrom) werden Batterien direkt an das Solarpaneel angeschlossen und geladen. Zur Entnahme wird der gespeicherte Strom über den Wechselrichter in Wechselstrom gewandelt.
Unter DC/AC-System ist die Stromerzeugung über die Solarpaneele als Gleichstrom (DC) und dessen Umwandlung über den Wechselrichter in Wechselstrom (AC) zu verstehen. Physikalisch bedingt können Solarpaneele von sich aus keinen Wechselstrom (230-V-Haushaltsstrom) erzeugen, genauso wie nur Gleichstrom, aber kein Wechselstrom gespeichert werden kann.
Wird der in der PV-Anlage erzeugte Strom vollständig selbst verbraucht oder zunächst gespeichert, besteht zu 100 % Eigenverbrauch.
Von Eigenverbrauchsanteil wird gesprochen, wenn der erzeugte PV-Strom nur teilweise selbst verbraucht oder gespeichert und ein weiterer Teil in das öffentliche Netz eingespeist wird.
Wechselrichter mit nur einer Phase kommen in Deutschland fast nur noch in Balkonkraftwerken in den Einsatz, da diese auf einen einphasigen Stromkreis abgestimmt sind und weniger als 4,6 kVA besitzen. Entsprechend erfolgt auch die Speicherung nur über eine Phase.
Im EEG, dem Erneuerbare-Energien-Gesetz, das im Jahr 2000 in Kraft trat, wurde festgelegt, das aus Sonne-, Wasser- und Windanlagen erzeugter Strom privater wie gewerblicher Betreiber vergütet wird, wenn eine Einspeisung in das öffentliche Netz erfolgt. Im ersten Jahr (2000) waren dies noch 50,62 ct/kWh auf jeweils 20 Jahre Laufzeit. In den folgenden Jahren sank die Vergütung für neu installierte Anlagen kontinuierlich Jahr um Jahr. Heute, im Jahr 2024, liegt die Einspeisevergütung für den Großteil der Anlagen bei 6,53 ct/kWh.
Für private Betreiber, die zum Beispiel eine PV-Anlage auf die Dachflächen ihres Haus montieren, sind diese 6,53 ct/kWh zu wenig, um die Anlage über die Laufzeit von 20 Jahren rentabel zu machen. Gleichzeitig steigen die Strompreise, weshalb die Selbstversorgung in den Vordergrund tritt. In Kombination mit entsprechenden Stromspeicherbatterien kann eine PV-Anlage bis zu 80 % des Eigenverbrauchs an Strom decken.
Als Entladestrom wird die von der Batterie gelieferte Strommenge bezeichnet
Als Gleichstrom (DC) wird ein Stromkreis bezeichnet, der mit gleicher Spannung immer in die gleiche Richtung fließt.
Speicherbatterien mit mehr als 60 V DC Spannung werden als Hochvoltbatterien bezeichnet. In einer PV-Anlage werden üblicherweise Niedervolt-Batterien (bis 48 V DC) in Reihe geschaltet, um daraus eine Hochvolt-Anlage zu machen, beispielsweise 10 x 24 V = 240 V DC. Der Vorteil von Hochvoltbatterien besteht darin, dass eine geringere elektrische Stromstärke benötigt wird. Zugleich beschleunigen sich Vorgänge, wie etwa Gleichstrom in Wechselstrom zu wandeln, weil der Haushaltswechselstrom mit 230 / 400 V vorliegt. Aufgrund der höheren Investitionen sind Hochvoltanlagen aber nur für Haushalte mit höherem Stromverbrauch rentabel.
Der Hybridwechselrichter vereint in einem Gerät sowohl den Wechselrichter für die Solarpaneele (DC zu AC) als auch den Batteriewechselrichter (AC zu DC und umgekehrt).
Siehe Ampere (A)
Der Ladestrom ist die Strommenge, die Solarpaneele erzeugen und an das PV-System abgeben, gemessen in Stunden. Beispiel: Eine Paneele erzeugt 1 Kilowatt pro Stunde. Ein angeschlossener Stromspeicher mit 3,5 kW Leistung ist dementsprechend in dreieinhalb Stunden geladen, wenn nicht gleichzeitig Strom verbraucht wird.
Der Ladezustand zeigt an, welche aktuelle Kapazität ein Stromspeicher gerade vorweist.
Moderne Solar-Batterien auf Lithiumbasis besitzen eine Lebensdauer von 10 bis 15 Jahren. Die Lebensdauer wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Etwa dem Standort (Trocken und gleichbleibende mittlere Temperatur). Auch sollte die Be- und Entladung gleichmäßig vor sich gehen (Tagsüber laden, nachts entladen). Auch die richtige Dimensionierung ist wichtig für die Lebensdauer. Als Faustregel gilt: Pro 1.000 Kilowattstunden Jahresstromverbrauch eine Kilowattstunde Speicherkapazität.
Das Kürzel LiFePO4 bezeichnet einen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator. Das wesentliche Merkmal dieser Solarbatterie besteht darin, dass für seine Herstellung kein Kobalt verwendet wird. Aber auch in anderen Bereichen kann die LiFePO4 punkten, Etwa einer hohen Zyklenfestigkeit.
Der Nennwert oder die Nennspannung ist ein sogenannter angenäherter Wert der Spannung einer Zelle eines Stromspeichers. Er dient der Identifizierung eines Speichers. Wenn zum Beispiel von einem 24-V-Akku gesprochen wird, dann sind die 24 V die Nennspannung. Sie ist kein exakter, sondern ein angenäherter Wert.
Dieser Begriff bezieht sich auf den § 14a EnWG. Seit dem 1. Januar 2024 können Verteilnetzbetreiber neu installierte Verbrauchsanlagen privater und gewerblicher Betreiber, wie Batteriespeicher, Wallboxen oder Wärmepumpen, fernsteuern, um eine Überlastung des Netzes zu vermeiden.
Alle Stromspeicher mit einer Spannung unter 60 V werden als Niedervoltbatterien bezeichnet. Siehe dazu auch „Hochvoltbatterie“.
Die nominale Kapazität ist die Angabe des Herstellers einer Batterie zu deren Entlade- und Ladedauer. Die Nennkapazität gibt den Wert in kWh an, den eine Batterie speichern kann. Die Nettokapazität ist die tatsächlich nutzbare Kapazität einer Batterie.
Betreiber*innen einer PV-Anlage mit oder ohne Speicherbatterien können eine Notstromschaltung einbauen. Fällt zum Beispiel der Strom aus dem öffentlichen Netz aus, springt die Versorgung durch die Paneele und/oder Batterien an. Üblicherweise werden bei einem „Blackout“ automatisch die Wechselrichter der PV-Anlage mit abgeschaltet. Um trotzdem eine Notstromversorgung zu gewährleisten, muss der Wechselrichter ersatzstromfähig oder schwarzstartfähig sein. PV-Anlagen mit Batterien sind hierfür natürlich vorteilhafter.
Unter dem Begriff Null-Einspeisung ist zu verstehen, dass der gesamte, durch die PV-Anlage erzeugte Strom direkt verbraucht oder gespeichert wird und nicht in das öffentliche Netz eingespeist wird.
Da die Limitierung der Einspeiseleistung (Siehe „Abregelungsverluste“) von Solaranlagen weitgehend aufgehoben ist, besteht auch keine Notwendigkeit für ein prognostizierbares Ladeverfahren mehr.
Die Regelgeschwindigkeit beschreibt die Zeitspanne, die vergeht, bis sich das Speichersystem bezüglich der Leistung anpasst, wenn ein Verbraucher zugeschaltet wird. Die Regelgeschwindigkeit teilt sich in Totzeit und Einschwingzeit auf. Üblicherweise übernimmt ein Microcontroller im Wechselrichter diese Aufgabe.
Der Spannungsbereich definiert die jeweilige elektrische Spannung einer Anlage, einer Batterie oder eines Gerätes. In der Elektrotechnik wird zwischen Hochspannung (über 1000 V) und Niederspannung (unter 1000 V) unterschieden. Batteriespeicher an PV-Anlagen können Spannungsbereiche von 24 V bis über 200 V aufweisen (Siehe auch „Hochvoltbatterie)
Siehe „Nominale-, Nenn- und Nettospeicherkapazität“
Hinter dem Begriff „Stromcloud“ steht die Idee, überschüssigen Strom aus PV-Anlagen extern, also nicht in der Batterie, zu speichern und ihn dann bei Bedarf abzurufen. Allerdings ist dies irreführend. Es gibt keine Stromcloud, so wie etwa eine Datencloud. Die Verbraucherzentrale Deutschland hat die Anbieter und die Verträge zu den Stromclouds unter die Lupe genommen und festgestellt, dass es günstiger kommt, überschüssigen Strom ins Netz einzuspeisen und das Netzentgeld dafür zu kassieren.
Teilzyklen sind Bestandteile der Ladezyklen einer Batterie. Sie kommen weit häufiger vor als vollständig durchlaufende Entlade- und Ladezyklen oder besser gesagt, eine Batterie wird nie einen Lade-Vollzyklus durchlaufen, wohl aber viele Teilzyklen. Die Anzahl der möglichen Voll-Ladezyklen werden vom Hersteller angegeben und sind ein Hinweis auf die Lebensdauer. Es gibt verschiedene Anbieter von Soft- und Hardware zur Überwachung der Teilzyklen und Berechnung, wie viele Voll-Ladezyklen eine Batterie bereits durchlaufen hat. Allerdings kann keines der angebotenen Produkte am unvermeidlichen Alterungsprozess der Batterie etwas ändern.
Als Verbraucher sind alle an der PV-Anlage und den Batterien über die Steckdosen angeschlossenen Elektrogeräte zu verstehen, vom Stabmixer bis zur Waschmaschine etc.
Das Verschattungsmanagement oder auch Schattenmanagement ist eine Einrichtung in modernen Wechselrichtern. Ein sogenannter MPP-Tracker berechnet ständig den Maximum Power Point der Solarpaneele. Durch Verschattung, Bäume, Dachgiebel, Nachbarhäuser, kann sich der MPP über den Tag verteilt verschieben. Die jeweilige Erfassung dieses veränderlichen höchsten Leistungspunktes der Paneele erlaubt die maximale Ausbeute an Sonnenenergie.
Bei einem virtuellen Kraftwerk werden mehrere dezentrale Stromerzeuger von erneuerbaren Energien zusammengeschaltet. Je mehr Teilnehmer ein virtuelles Kraftwerk besitzt, desto höher ist die Verlässlichkeit der elektrischen Leistung hieraus. Zielsetzung ist hierbei unter anderem die gleichwertige Zuverlässigkeit wie die von Großkraftwerken (Kohle, Öl, Gas, Atom) zu erreichen, ohne deren negativen Auswirkungen auf die Umwelt.
Das Frauenhofer-Institut stellte schon im Jahr 2014 fest, dass die Stromversorgung in Deutschland allein durch erneuerbare Energien gewährleistet ist, wenn diese zu virtuellen Kraftwerken zusammengeschaltet sind. Zum gleichen Ergebnis kamen Studien der TU Berlin und der BTU Cottbus.
Als Vollzyklus wird ein vollständiger Lade- oder Entladevorgang an einer Batterie benannt. Batterien, die mit Solaranlagen betrieben werden, durchlaufen jedoch nie einen Vollzyklus, sondern immer nur Teilzyklen.
Volt ist die Bezeichnung für die elektrische Spannung des Stroms. Sie steht im Verhältnis zu Ampere, der Stromstärke, woraus sich die Leistung in Watt ergibt.
In der Solartechnik wird die Einheit Watt zur Beschreibung der elektrischen Leistung einer PV-Anlage verwendet. Die Leistung in Watt oder auch Kilowatt ergibt sich einerseits aus der Fläche der Solarpaneele und andrerseits aus deren Zusammensetzung.
Als Wattstunde wird die Energie bezeichnet, die ein System innerhalb einer Stunde aufnimmt oder abgibt. In Bezug auf Solaranlagen wird meist in kWh (Kilowattstunden) gerechnet. 1000 Watt sind 1 kW. Ein Solarpaneel, das mit bspw. 800 Watt angegeben ist, erzeugt entsprechend pro Stunde 800 Watt. Das ist jedoch nur der Maximalwert und wird etwa in Deutschland nie erreicht. Zudem verringern zwischengeschaltete Geräte wie der Wechselrichter die Leistung zusätzlich. Tatsächlich erzeugt ein 800 Watt Solarpaneel etwa 1.600 Watt über den ganzen Tag. Bei angenommen 8 Stunden Tageslicht sind das durchschnittlich 200 Watt pro Stunde.
Während etwa in den meisten Balkonkraftwerken der Wechselrichter bereits integriert ist, müssen Wechselrichter für größere PV-Anlagen auf das System abgestimmt werden. Dafür gibt es sie in verschiedenen Ausführungen:
A. Stringwechselrichter (siehe Verschattungsmanagement)
B. Modulwechselrichter (für einzelne Module)
C. Zentralwechselrichter (für große PV-Anlagen)
D. Hybridwechselrichter (siehe Notstromversorgung und Hybridwechselrichter)
E. Wechselrichter für Inselbetrieb (siehe Autarkie)
Als Faustregel kann gelten, dass die Nennleistung des Wechselrichters der Nennleistung der PV-Anlage entspricht. Eine etwas geringere Nennleistung des Wechselrichters ist kein Problem (siehe hierzu Wattstunde, Kilowattstunde).
Als Wechselstrom (AC) wird ein Stromkreis bezeichnet, der bei gleicher Spannung seine Fließrichtung permanent ändert. Gegenüber dem Gleichstrom (DC) besitzt der Wechselstrom den Vorteil, über längere Strecken fast verlustfrei übertragbar zu sein.
Die Wirkleistung beschreibt die tatsächliche Leistung einer PV-Anlage, also wie viel Watt oder Kilowatt in die Batterien oder in das Netz eingespeist werden.
Der Begriff Wirkungsgrad bezieht sich bei einer PV-Anlage auf die verwendeten Solarmodule. Der Überbegriff dazu ist der Anlagenwirkungsgrad, der alle Komponenten mit einschließt.
Die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage ist von vielen Faktoren abhängig. Dazu gehören:
Die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage muss jeweils berechnet werden. Pauschal ist dazu keine Aussage möglich.
Siehe Vollzyklus oder Teilzyklus
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