Stromspeicher:
Aufbau & Funktion
Wie funktionieren Stromspeicher?
Stromspeicher sind „ganz normale“ Akkus, wie sie in Handys oder auch Elektroautos in unterschiedlichen Größen verbaut werden. Der Strom aus den Solaranlagen ist dabei wie das Ladekabel an der Steckdose, dass den Akku auflädt. Kommt vom Dach gerade kein Strom, springt der Stromspeicher ein und gibt den gespeicherten Strom frei, um das Haus mit Energie zu versorgen.
Außerdem verfügen Stromspeicher über einen eingebauten Wechselrichter, der den Strom von Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt und den gleichzeitig das Laden und Entladen steuert.
Der Wechselrichter
Der Wechselrichter ist ein essenzieller Bestandteil einer jeden Photovoltaikanlage. Prozessbedingt produziert diese nämlich Gleichstrom. Dieser ist jedoch in unserem Stromnetz nicht nutzbar, da es auf Wechselstrom ausgelegt ist. Bevor der eigenproduzierte Strom also im Haus genutzt oder ins Stromnetz eingespeist werden kann, muss er von Gleichstrom zu Wechselstrom umgewandelt werden.
Da kommt der Wechselrichter ins Spiel. In einem System ohne Stromspeicher, hängt dieser als einzelnes Gerät im Keller. Stromspeicher haben den Wechselrichter allerdings schon eingebaut.
Das hat zwei entscheidende Vorteile. Es wird der Platz und die Kosten für ein zusätzliches Gerät gespart und der Wechselrichter und die Batterie sind perfekt aufeinander abgestimmt.
Die Batterie
Die Batterie ist das Herzstück des Stromspeichers. Hier wird die Energie des produzierten Stroms in chemische Energie umgewandelt und so abgespeichert. Bei Bedarf kann sie dann wieder freigegeben werden. Das Prinzip ist aus Smartphones, Elektroautos und vielen weiteren Geräten bekannt. Dabei basieren fast alle Akkus auf der gleichen Technik, bekannt als „Lithium-Ionen-Akku“.
Der Prozess in dem Akku läuft wie folgt: Ist der Akku entladen sitzen auf der einen Seite des Akkus die positiv geladenen Lithium-Ionen und die negativ geladenen Elektronen. Beim Aufladen wird dann eine Spannung angelegt, die Elektronen über einen Stromkreis außerhalb des Akkus auf die andere Seite des Akkus transportiert. Die Lithium-Ionen wollen auch auf die andere Seite, können den Elektronen allerdings nicht direkt folgen, da sie zu groß sind. Sie können allerdings durch den Akku hindurch auf die andere Seite „schwimmen“. Dort treffen sie wieder die Elektronen und verbinden sich mit ihnen. Wenn alle Lithium-Ionen und Elektronen auf der anderen Seite sind, ist der Akku geladen. Wird die Spannung mit zum Ende des Aufladens vom Akku genommen, hält sich dieser Zustand zunächst. Wird der Stromkreis außerhalb des Akkus über ein Gerät geschlossen, dass diesmal Strom benötigt, läuft der Prozess umgekehrt ab. Die Elektronen fließen durch den externen Stromkreis und die Lithium-Ionen durch den Akku wieder zurück auf die andere Seite. Die Elektronen, die durch den externen Stromkreis fließen, erzeugen dabei den Strom, der das Gerät antreibt.
Die Vorteile des Lithium-Ionen Akku
Ladetiefe:
Die Akkus können fast ganz entladen werden, ohne dabei beschädigt zu werden
Zyklen:
In Stromspeichern sind bis zu 10.000 Ladezyklen möglich
Langlebigkeit:
Durch die vielen Ladezyklen können die Stromspeicher über 20 Jahre ohne Leistungsverlust durchhalten
Wirkungsgrad:
Lithium-Ionen-Akkus haben einen sehr hohen Wirkungsgrad. Das heißt es geht kaum Energie bei der Speicherung verloren
Worauf bei der Anschaffung achten?
Für eine effiziente Nutzung ist die Wahl des passenden Stromspeichers entscheidend. Dabei kommt es vor allem auf die richtige Kapazität an, die von vielen verschiedenen Faktoren beeinflusst wird.
Hinzu kommen weitere Kennzahlen, die Sie kennen sollten, um eine fundierte Entscheidung treffen zu können.
Die wichtigsten Kennzahlen
Speicherkapazität
Die Speicherkapazität ist die wahrscheinlich wichtigste Kennzahl und steht daher hier ganz oben. Um der Komplexität gerecht zu werden, haben wir dem Thema weiter unten einen ausführlichen Abschnitt gewidmet.
Anzahl Ladezyklen
Ein Ladezyklus bedeutet ein vollständiges Ent- und wieder Aufladen des Speichers. Die angegebene Zahl bezieht sich meistens auf die Zahl an Zyklen, die ein Speicher durchläuft, bis ein gewisses Speicherniveau unterschritten wird. Gibt ein Hersteller 10.000 Ladezyklen an, dann ist gemeint, dass nach 10.000 Zyklen bspw. noch 80% Kapazität verfügbar sind. Halten Sie also Ausschau nach der Referenzgröße, wenn Sie verschiedene Speicher vergleichen.
Wirkungsgrad
Bei der Speicherung von Strom geht im Prozess immer auch Energie verloren. Der Wirkungsgrad beschreibt, wieviel von der eingespeisten Energie nachher auch wieder zur Verfügung steht. Der Wirkungsgrad ist meistens sehr hoch und kann bis zu 95% betragen.
Entladetiefe
Wird ein Akku vollständig entladen, kann das die Lebensdauer stark verringern. Daher haben die meisten Speicher die Entladetiefe abgeriegelt, damit die Batterie keinen Schaden nimmt und möglichst lange hält. Je höher die Entladetiefe, desto mehr der genannten Kapazität können Sie auch tatsächlich nutzen. Eine hohe Entladetiefe sollte daher das Ziel sein.
Nutzkapazität
Die Nutzkapazität ist im Grunde wichtiger als die Nennkapazität. Die Nennkapazität beschreibt die Menge an Strom, die theoretisch gespeichert werden kann. Bei der Nutzkapazität wird die Entladetiefe abgezogen, sodass dieser Wert aussagt, wieviel Strom tatsächlich gespeichert und auch wieder freigegeben werden kann. Vergleichen Sie daher die Nutzkapazitäten und nicht die Nennkapazitäten der Speicher.
Entladeleistung
Dieser Wert wird relevant, wenn der Speicher viel Strom auf einmal zur Verfügung stellen muss. Abends brauchen oft viele Geräte gleichzeitig Strom. Diesen hohen akuten Bedarf muss der Speicher auch liefern können. Je höher die Entladeleistung, desto besser.
Die richtige Speicherkapazität wählen
Die richtige Speicherkapazität ist entscheidend für den wirtschaftlichen Betrieb Ihrer Anlage. Daher sollten Sie sich im Klaren sein, wie groß Ihr Speicher ausfallen sollte. Die folgenden Fragen geben Ihnen ein Überblick, was es zu beachten gibt.
Wie hoch ist Ihr Stromverbrauch im Jahr?
Ihren Jahresstromverbrauch können Sie ganz einfach in Ihrer Stromrechnung nachschauen. Grundsätzlich gilt: Je höher der Stromverbrauch, desto größer der Stromspeicher.
Wie verteilt sich Ihr Stromverbrauch über den Tag?
Dieser Faktor ist sehr individuell und abhängig von Ihrem Tagesablauf und dem Ihrer Familie oder Mitbewohner. Ist den ganzen Tag niemand zu Hause, wird Ihre Stromverbrauch zur Mittagszeit relativ gering sein. Dem gegenüber steht allerdings eine hohe Stromproduktion durch die Mittagssonne. Wird der Strom nicht direkt verbraucht, weil keiner zu Hause ist, wird ein großer Überschuss produziert, der gespeichert werden muss. Andersherum ist der Überschuss kleiner, wenn der Strom auch in dem Moment verbraucht wird. Je größer der Überschuss, desto größer muss auch Ihr Speicher sein, um das gesamte Potenzial Ihrer Anlage auszunutzen.
Wie groß ist Ihre Photovoltaik-Anlage?
Hier gibt es wenig Erklärungsbedarf. Je größer Ihre Anlage, desto mehr Strom wird produziert und Ihr Bedarf an Speicherkapazität steigt an.
Wie ist Ihre Anlage ausgerichtet?
Wie Ihre Anlage ausgerichtet hat einen großen Einfluss darauf, wie Ihnen Strom zur Verfügung steht. Ist Ihr Dach Richtung Süden ausgerichtet, ist der Wirkungsgrad am Mittag besonders hoch. Dadurch wächst wahrscheinlich der Überschuss weiter an, der gespeichert werden muss. Ist Ihr Dach jedoch nach Osten und Westen ausgerichtet, ist der Überschuss am Mittag vergleichsweise kleiner und es wird mehr Strom in den Morgen- und Abendstunden produziert. Dann kann ein kleinerer Speicher gewählt werden, da die Lücke zwischen verfügbarem Strom und dem akuten Bedarf nicht so groß ist.
Was ist Ihr Ziel?
Neben allen technischen Details ist das wahrscheinlich die entscheidendste Frage. Streben Sie einen besonders hohen Autarkiegrad und Eigenverbrauch an, ist ein größerer Speicher ratsam. Dafür spricht, dass Sie mehr Geld sparen, je höher der Eigenverbrauch ist. Dem gegenüber stehen allerdings höhere Anschaffungskosten. Ist ihr Stromspeicher überdimensioniert, bezahlen Sie unnötig viel Geld für Speicherkapazität, die Sie gar nicht benötigen.
Sind Sie auf maximale Wirtschaftlichkeit bedacht, lohnt es sich also Ihren Verbrauch und die Leistung Ihrer Anlage genau zu kennen, um so den perfekten Stromspeicher für Ihr System zu finden. Sollten Sie Ihre Anlage erweitern, ist es auch möglich Ihren Speicher nachträglich zu erweitern.
Noch Fragen?
Sind Sie mit der Beantwortung der Fragen überfordert, oder haben Sie weitere Fragen, können Sie sich gerne bei unseren persönlichen Beratern melden!
Installation, Betrieb & Wartung
Haben Sie den passenden Stromspeicher für Ihre Anlage gefunden, sind die wichtigsten Fragezeichen geklärt. Ein paar Informationen, die danach noch relevant werden könnten, haben wir für Sie im Folgenden zusammengefasst.
Wie groß ist ein Stromspeicher?
Die Größe des Speichers ist abhängig von seiner Kapazität. Viele Modelle sind modular aufgebaut und so wird mit jeder nächsten Größe ein weiterer „Bauklotz“ an den Speicher gehängt.
So variiert die Größe oft zwischen 1 – 2 Metern. Das wirkt sich logischerweise auch auf das Gewicht aus. Kleinere Versionen wiegen um die 100 kg, während die größten Ausführungen bis zu 250 kg wiegen können.
Wo wird mein Stromspeicher aufgestellt?
Im besten Fall steht der Stromspeicher in direkter Nähe zu Ihrem Stromzähler und damit meistens im Keller.
Wer installiert meinen Stromspeicher?
Die Installation sollte ausschließlich von zertifizierten Profis durchgeführt werden. Das dient zum einen der Sicherheit und zum anderen der optimalen Abstimmung der einzelnen Einheiten Ihrer Anlage. Sollten Sie sich für eine neue Photovoltaik–Anlage entscheiden, wird der Stromspeicher ohnehin im Zuge dessen installiert.
Muss mein Stromspeicher regelmäßig gewartet werden?
Die regelmäßige Wartung Ihres Speichers wird dringend empfohlen. Dabei geht es weniger um die Batterie, sondern viel mehr um die Verbindung aller Komponenten. Ihre Anlage arbeitet täglich, wodurch Verschleiß und kleinere Schäden nicht auszuschließen sind. Sicherheitsbedenken müssen Sie dabei keine haben. Um die Effizienz Ihrer Anlage zu halten, sollten Sie sie jedoch regelmäßig kontrollieren lassen.
Inhalt
Ein Batteriespeicher ist sinnvoll, um so viel wie möglich von dem kostengünstigen Solarstrom in Ihrem Haushalt zu verbrauchen. Dadurch können Sie auch dann auf Sonnenstrom zugreifen, wenn die Sonne nicht scheint. Mit einem Speicher werden Sie unabhängiger vom Netzstrom und können einen Autarkiegrad von bis zu 80 % erreichen. Es ist jedoch auch möglich, eine Solaranlage ohne Speicher zu betreiben. In diesem Fall wird der überschüssige Strom, den Sie während der Sonnenstunden nicht direkt verbrauchen, ins öffentliche Netz eingespeist.
Stromspeicher sind chemische Energiespeicher und funktionieren im Wesentlichen ähnlich wie die Akkus in Smartphones oder Autobatterien. Während des Ladevorgangs wird durch eine chemische Reaktion elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt, um sie speicherbar zu machen. Bei der Entladung findet dieser Prozess in umgekehrter Reihenfolge statt, wobei die gespeicherte chemische Energie wieder in nutzbaren elektrischen Strom umgewandelt wird.
Im Detail sieht das folgendermaßen aus: Ein Akku besteht immer aus zwei Elektroden, nämlich der Kathode und der Anode. Die Kathode gibt Elektronen ab, während die Anode Elektronen aufnimmt. Wenn die Photovoltaikanlage Strom erzeugt, wandern Elektronen über einen externen Stromkreis von der Kathode zur Anode. Gleichzeitig bewegen sich auch Ionen von der Kathode zur Anode. An der Anode reagieren schließlich Ionen und Elektronen zu Atomen. Die Entladung erfordert keinen Strom und stellt den umgekehrten Prozess dar. Die Ionen kehren zur Kathode zurück und die Elektronen bewegen sich über den Stromkreis ebenfalls zur Kathode. Während die Elektronen von der Anode zur Kathode wandern, kann der dabei erzeugte Strom entnommen werden.
Wenn eine Photovoltaikanlage auf einem Einfamilienhaus installiert wird, kann der selbst genutzte Anteil des erzeugten Solarstroms in der Regel etwa 30% betragen, während die verbleibenden 70% ins Netz eingespeist werden. Durch den Einsatz eines Stromspeichers lässt sich der Eigenverbrauch jedoch auf 50% bis 80% steigern. Dadurch gewinnen Sie an Unabhängigkeit von Energieversorgern, optimieren die Nutzung Ihrer Kapazitäten und senken gleichzeitig Ihre Stromkosten. Wenn Sie zusätzlich eine Wärmepumpe und ein intelligentes Energiemanagementsystem integrieren, das die Speicherung und den Verbrauch gezielt optimiert, können Sie sogar eine Eigenverbrauchsquote von bis zu 90% erreichen.
Der Zeitpunkt der Installation Ihrer PV-Anlage ist ein entscheidender Faktor bei der Entscheidung über die Nachrüstung eines Stromspeichers. Falls Ihre Anlage vor 2009 installiert wurde, ist die Integration eines Batteriespeichers in der Regel nicht empfehlenswert, da Sie immer noch eine sehr hohe Einspeisevergütung erhalten. Ab dem Jahr 2010 ist die Nachrüstung jedoch oft vorteilhaft, da zwischen 2009 und 2012 Anreize für den Eigenverbrauch des erzeugten Stroms gewährt wurden. Nach 2012 ist die Einspeisevergütung bereits erheblich gesunken, wodurch die Speicherung der erzeugten Energie oft kostengünstiger ist als die Einspeisung ins Stromnetz.
Für eine Nachrüstung wird empfohlen, bevorzugt einen AC-Speicher (Wechselstrom-Speicher) zu wählen, da die Batterie hier hinter dem Wechselrichter angeschlossen wird und somit unabhängig von der Photovoltaikanlage betrieben werden kann. Im Gegensatz dazu wird bei einem DC-Speicher (Gleichstrom-Speicher) der Speicher zwischen der Photovoltaikanlage und dem Wechselrichter integriert und muss entsprechend an die Größe der Photovoltaikanlage angepasst werden. Dies kann dazu führen, dass der bestehende Wechselrichter oft nicht mehr verwendet werden kann. Ein Speicher mit integriertem Wechselrichter lohnt sich in der Regel auch nicht, da Ihre Anlage bereits über einen Wechselrichter verfügt und somit keine Kosteneinsparungen erzielt werden können. Informationen darüber, welche Wechselrichter mit einem Speicher kompatibel sind, werden von den Herstellern zur Verfügung gestellt, Sie können jedoch jederzeit bei uns um Beratung Fragen. Wir sind gerne für Sie da!
Durch die Verwendung eines Stromspeichers verringert sich der Bezug von Strom aus dem Netz. Da nur etwa 46% des Netzstroms aus erneuerbaren Quellen stammen, kann eine Solaranlage mit einer Kapazität von 100% erneuerbaren Strom erzeugen. Daher führt der Betrieb eines Speichers immer zu einer Einsparung von CO2. Im nächsten Abschnitt werden weitere Details zur CO2-Bilanz erläutert.
Die Herstellung eines Stromspeichers verursacht nur während des Herstellungsprozesses CO2-Emissionen. Das Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg schätzt, dass die Produktion von 1 kWh Speicherkapazität etwa 125 kg CO2 freisetzt. Es wird erwartet, dass dieser Wert durch den technischen Fortschritt weiter sinken wird. Im Vergleich dazu verursacht 1 kWh Netzstrom etwa 420 Gramm CO2. Jede kWh, die aus dem Stromspeicher anstelle des Netzes bezogen wird, führt also zu einer Einsparung von 420 Gramm CO2. Die CO2-Emissionen, die bei der Herstellung freigesetzt wurden, können in der Regel bereits nach ein bis zwei Jahren kompensiert werden.
Beispiel: CO2-Bilanz eines 8 kWh Batteriespeichers bei einem Haushaltsstromverbrauch von 4000 kWh
Bei einem typischen 8 kWh Batteriespeicher für ein Einfamilienhaus werden bei Annahme von 125 kg CO2 pro kWh Speicherkapazität etwa 1000 kg CO2 bei der Produktion freigesetzt. Wenn ein Strombedarf von 4000 kWh angenommen wird, würde mit einem 8 kWh Stromspeicher, der die Eigenverbrauchsquote von 30% auf 65% erhöht, der Bezug von Strom vom Versorger um 1400 kWh reduziert. Da 1 kWh Strom etwa 420 Gramm CO2 verursacht, können somit innerhalb eines Jahres über 588 kg CO2 eingespart werden. Die Emissionen der Herstellung werden bereits nach 1,7 Jahren ausgeglichen. Über einen Zeitraum von 20 Jahren ergibt sich eine CO2-Einsparung von insgesamt 11,7 Tonnen.
- CO2-Emissionen durch die Produktion eines 8 kWh Speichers: 8 x 125 kg = 1000 kg
- Reduzierung des Netzstrombezugs durch eine PV-Anlage ohne Speicher: 4000 kWh x 0,30 = 1200 kWh
- Reduzierung des Netzstrombezugs mit Speicher: 4000 kWh x 0,65 = 2600 kWh
- Zusätzliche Einsparung des Netzstrombezugs durch den Stromspeicher: 2600 kWh – 1200 kWh = 1400 kWh
- Jährliche CO2-Einsparung durch den Stromspeicher: 1400 x 0,420 kg = 588 kg
- Jahre bis zur Ausgleichung der CO2-Bilanz: 1000 kg / 588 kg = 1,7
- CO2-Einsparung über eine Betriebsdauer von 20 Jahren: 588 kg x 20 – 1000 = 11,7 Tonnen CO2
Die erforderliche Kapazität des Speichers hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Größe der Solaranlage, der erwarteten Stromproduktion und Ihrem Stromverbrauch. Als Faustregel kann man sagen, dass man pro 1000 kWh Stromverbrauch mit einer Speicherkapazität von 1-1,5 kWh rechnen kann.
Die Größe des Speichers hängt von seiner Kapazität ab. Ein 5,1 kWh Speicher hat beispielsweise Abmessungen von 71,2 cm Höhe x 58,5 cm Breite x 29,8 cm Tiefe. Bei einer größeren Kapazität ändert sich in der Regel nur die Höhe des Speichers. Ein 7,7 kWh Speicher hat vergleichsweise Abmessungen von 94,5 cm Höhe x 58,5 cm Breite x 29,8 cm Tiefe.
Beim Auswählen eines geeigneten Stromspeichers begegnet man im technischen Datenblatt der Hersteller einer Vielzahl von Leistungsmerkmalen. Die wichtigsten Kennzahlen eines Stromspeichers umfassen die Kapazität, den Wirkungsgrad und die Anzahl der möglichen Ladezyklen.
Kapazität (auch als Nennkapazität bezeichnet) – dies ist die Energiemenge in Kilowattstunden, die maximal im Batteriespeicher gespeichert werden kann. Typische Kapazitäten von Batteriespeichern in Einfamilienhäusern variieren zwischen 6 und 16 kWh.
Nutzkapazität – dies ist die tatsächlich nutzbare Speicherkapazität unter Berücksichtigung der zulässigen Entladetiefe. Bei Vergleichen zwischen verschiedenen Modellen sollten Sie daher immer auf die im Datenblatt angegebene Nutzkapazität achten, anstatt sich ausschließlich auf die Speicherkapazität zu konzentrieren.
