Batteriespeicher: Passende Stromspeicher zur Solaranlage

Nutzen Sie den Strom aus Ihrer Photovoltaikanlage so gut wie möglich. Laden Sie bei Solarstrom-Überschuss Ihren Batteriespeicher und nutzen Sie die Energie, wenn Ihr Bedarf steigt. Hier erfahren Sie alles Wissenswerte über Stromspeicher.
Inhaltsverzeichnis
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    Was sind Stromspeicher?

    Stromspeicher sind technisch betrachtet große Akkumulatoren. Sie speichern elektrische in Form von chemischer Energie. Gelegentlich werden sie auch als Batteriespeicher oder Solarbatterien bezeichnet. Das ist nicht ganz korrekt, denn ursprünglich wurden ausschließlich nicht wiederaufladbare Speicher elektrischer Energie als Batterien bezeichnet („Primärzellen“ oder „Primärelemente“). Im Gegensatz dazu sind Akkumulatoren wiederaufladbare Speicher („Sekundärzellen“ oder „Sekundärelemente“). Mittlerweile haben sich diese Unterscheidungen jedoch sprachlich verwischt. Prominentestes Beispiel ist die „Autobatterie“, die tatsächlich einen Blei-Akku darstellt.

    Die Höhe der Einspeisevergütung für Solarstrom liegt schon seit Jahren unter dem Strompreis. Für Betreiber privater Photovoltaikanlagen ist es seitdem rechnerisch günstiger, den Solarstrom selber zu verbrauchen, als ihn in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Lange Zeit waren die Preise für Stromspeicher jedoch zu hoch, als dass sich solch eine Investition rentiert hätte.

    In den vergangenen Jahren ist die Nachfrage nach Stromspeichern für den privaten Gebrauch deutlich gestiegen, wie die Installationszahlen zeigen. Das Marktforschungsinstitut EuPD Research spricht von 65.000 neuen Photovoltaik-Heimspeichern im Jahr 2019. Zwei Jahre zuvor belief sich der Zubau noch auf 37.500 Geräte. Das entspricht fast einer Verdopplung des Marktes. Hauptgründe für diesen Trend sind der Wunsch nach niedrigeren Stromrechnungen und Unabhängigkeit sowie deutlich sinkende Preise der Speicher.

    Vorteile eines Stromspeichers

    Der zentrale Vorteil eines Stromspeichers in Kombination mit einer Photovoltaikanlage leuchtet sofort ein: PV-Anlagen produzieren Solarstrom, der sofort genutzt werden muss. Dies ist selten effektiv, da der meiste Strom tagsüber erzeugt wird. In dieser Zeit ist jedoch der Strombedarf der meisten Haushalte gering. In der Regel steigt der Bedarf in den Abendstunden deutlich an, das heißt dann, wenn der Solarstrom-Ertrag gering ist. Mit einem Speicher können Sie den tagsüber nicht benötigten Solarstrom dann nutzen, wenn Sie ihn wirklich brauchen.

    Der Speicher erhöht somit Ihren Eigenverbrauch und senkt Ihre Stromkosten. Denn Sie müssen überschüssigen Strom nicht mehr ins Netz einspeisen, um ihn später wieder teuer zu kaufen. Stattdessen setzen Sie Ihren eigenen Strom ein und machen sich so unabhängiger vom Energieversorger.

    So arbeitet ein Stromspeicher

    Der in einer Photovoltaikanlage erzeugte Strom wird zunächst für den aktuellen Verbrauch genutzt. Das heißt, aktive Stromverbraucher wie ein Kühlschrank oder Beleuchtung werden mit dem vorhandenen Strom betrieben. Steht jedoch mehr Strom als benötigt zur Verfügung, fließt der überschüssige Solarstrom in den Speicher und dieser wird aufgeladen.

    Ist der Bedarf an Strom tagsüber oder in den Abendstunden höher als die von der Photovoltaikanlage aktuell produzierte Menge Solarstrom, stellt der Speicher die Differenz zur Verfügung - egal ob er vollständig oder nur teilweise geladen ist. Erst wenn der gespeicherte Solarstrom nicht mehr ausreicht, wird zusätzlicher Netzstrom vom Energieversorger bezogen. Auf diese Weise ist es möglich, einen Großteil der benötigten Strommenge mit dem durch die Photovoltaikanlage erzeugten Strom abzudecken.

    Grundsätzlich wird bei Stromspeichern zwischen einer AC- und einer DC-seitigen Installation unterschieden. Bei der DC-seitigen Einbindung ist der Stromspeicher direkt an die PV-Anlage angeschlossen, bei der AC-seitigen Einbindung wird der Solarstrom vom PV-Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, bevor er dem Speicher zur Verfügung gestellt wird.

    Vor- und Nachteile von AC- und DC-Speichern

    DC-seitig installierte Speicher scheinen auf den ersten Blick die bessere Wahl zu sein, denn zwischen PV-Anlage, Speicher und Verbrauchern im Haushalt sind zwei Umwandlungen weniger notwendig, was sich positiv auf den Systemwirkungsgrad auswirkt. Der DC-Speicher benötigt keinen eigenen Batteriewechselrichter. In der Regel ist für seine Installation auch weniger Platz erforderlich und der Aufwand ist geringer.

    Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, dass der Speicher an die Leistung der Anlage angepasst werden muss, weshalb er sich tendenziell eher für Neuanlagen eignet. Zudem begrenzt die Leistung des PV-Wechselrichters die Leistung von Anlage und Speicher, da er beide bedienen muss.

    Der große Vorteil der AC-seitig eingebundenen Speicher liegt in ihrer großen Flexibilität. Sie sind unabhängig von der Leistung der PV-Anlage und vom PV-Wechselrichter und ermöglichen beliebige Speicherkapazitäten. Das macht sie insbesondere für die Nachrüstung einer bestehenden Anlage interessant. AC-Speicher können zudem problemlos auch Netzstrom speichern. Das kann sinnvoll sein, wenn sehr günstige Tarife verfügbar sind.

    Ein- oder dreiphasig?

    Ein weiterer Unterschied ist das Netzanschluss des Speichersystems. Grundsätzlich darf man in Deutschland Leistung bis zu 4,6 kW einphasig ins Hausnetz einspeisen. Für größere Leistungen ist ein dreiphasiges System empfehlenswert und bei über 13,8 kW notwendig. Beide Varianten haben jedoch keinerlei Nachteile bei Regelung und Abrechnung. Unabhängig vom Netzanschluss des Speichers erfolgt die Messung der Energieflüsse am Speicher dreiphasig. Dazu wird vom Fachbetrieb ein kleiner Zähler in der Hausverteilung installiert.

    Aufbau eines Stromspeichers

    Stromspeicher bestehen im Allgemeinen nicht aus einer Batteriezelle, sondern aus einer Vielzahl an Zellen, die zusammengeschaltet sind. Damit der Speicher störungsfrei arbeiten kann, benötigt er ein Batteriemanagementsystem (BMS), das die einzelnen Zellen überwacht und für einen gleichmäßigen Ladezustand sorgt. Sollten einzelne Batteriezellen zu überhitzen drohen, schaltet das BMS den Stromspeicher ab. Zudem bestimmt es die Ladestrategie des Speichers.

    Stromspeicher

    Bei der DC-seitigen Einbindung ist der Stromspeicher direkt an die Module angeschlossen. Bei der AC-seitigen Einbindung wird der Solarstrom vom PV-Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, bevor er dem Speicher zur Verfügung gestellt wird. Während sich der Gleichstrom aus der PV-Anlage problemlos direkt speichern lässt, muss der Wechselstrom bei AC-seitiger Installation erst wieder in Gleichstrom umgewandelt werden. Diese Aufgabe übernimmt der Batteriewechselrichter. Allerdings kommt auch der DC-seitige Stromspeicher nicht ohne Wechselrichter aus, denn Haushaltsgeräte benötigen 220 V-Wechselstrom. Für diese Umwandlung greift der Speicher aber auf den PV-Wechselrichter zu. 

    Welche Arten von Stromspeichern gibt es?

    Batterien und Akkumulatoren werden seit langem in allen Bereichen des Lebens genutzt. Es ist also nicht verwunderlich, dass es eine Vielzahl von Typen gibt, die zur Speicherung von Solarstrom genutzt werden.  Wir stellen Ihnen hier die gängigsten vor.

    Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Speicher (Li-NMC)

    sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte kleiner und leichter als vergleichbare andere Geräte. Sie kommen daher häufig für die Elektromobilität zum Einsatz.

    Lithium-Eisen-Phosphat-Speicher (Li-FePO4)

    sind etwas größer und schwerer als Li-NMC-Akkus, was für den Einsatz als Stromspeicher aber keine Rolle spielt. 

    Bleiakkus zeichnen sich durch besondere Zuverlässigkeit aus und werden noch immer gern als Notstromquelle eingesetzt.

    Redox-Flow-Batterie

    auch Flüssigbatterie oder Nasszelle – ist eine komplex aufgebaute Speichereinrichtung mit gelösten Verbindungen anstelle von Elektroden. Im Allgemeinen wird sie nicht für den privaten Gebrauch eingesetzt.

    Salzwasserbatterie

    ist ein Natrium-Ionen-Akkumulator mit einem wässrigen Elektrolyten. Diese Akkumulatoren sind nicht brennbar und sehr preiswert, erlauben aber nur sehr kleine Spannungen. 

    Kenngrößen von Stromspeichern

    Eine Vielzahl von Produkten macht den Batteriespeicher-Vergleich nicht nur für Laien zu einer Herausforderung. Um einzelne Modelle miteinander vergleichen zu können, sollten Sie daher einige wichtige Begriffe kennen:

    Speicherkapazität

    Diese Kenngröße gibt an, wie viel Strom (in kWh) der Speicher aufnehmen und abgeben kann.

    Entladetiefe

    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 % bei Blei-Akkus und bis zu 100 % bei Lithium-Ionen-Akkus.

    Laut Bundesverband Solarwirtschaft e. V. sollte die vom Hersteller angegebene Entladetiefe eines Stromspeichers nie unterschritten werden, da sich dadurch die Lebensdauer der Batterie deutlich verringert.

    Wirkungsgrad des Systems

    Während des Speicherprozesses ergeben sich Umwandlungsverluste, d. h. ein Teil der Energie wird beispielsweise in Wärme umgewandelt. Der Gesamtwirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der im System gespeicherten Energie tatsächlich genutzt werden. Marktüblich sind Schwankungen zwischen 70 % und 95 %.

    Bitte beachten Sie, dass Wirkungsgrad der Batterie und Gesamtwirkungsgrad unterschiedliche Angaben sind. Der Gesamtwirkungsgrad bezieht sich nicht nur auf die Batterie, sondern auf den kompletten Speicher. Aufgrund von Umwandlungsverlusten ist der Gesamtwirkungsgrad meist deutlich geringer als der Batterie-Wirkungsgrad und wird von den meisten Anbietern verschwiegen.

    Lebensdauer / Zyklenanzahl

    Die erwartete Lebensdauer von Stromspeichern variiert zwischen 5 und 20 Jahren je nach Modell und Hersteller. Achten Sie auch auf die Leistungsgarantie des Herstellers, der z.B. mindestens 80 % Kapazität des Batteriemoduls nach 10 Jahren garantiert.
    Als Maß für die Lebensdauer wird meist die Zyklenzahl angegeben, also wie oft der Speicher bei Ausnutzung der gesamten Nutzkapazität be- und wieder entladen werden kann. Neben der Anzahl der Zyklen spielt aber auch die Alterung des Speichers eine Rolle, d.h. die chemische Veränderung im Ruhezustand.

    Ladestrategie

    Wie alle Akkus sind auch Stromspeicher von einer Alterung betroffen. Das bedeutet, dass die Kapazität des Akkus mit der Anzahl der Lade- und Entladevorgänge abnimmt. Ursache sind chemische Veränderungen an den Grenzflächen der Elektroden. Beschleunigt wird diese Alterung, wenn der Speicher lange im voll aufgeladenen Zustand verweilen. Manche Speicherhersteller passen den Ladevorgang deshalb so an, dass der Speicher nur einen möglichst kurzen Zeitraum voll aufgeladen ist, bevor der nächste Entladevorgang einsetzt. Dabei besteht allerdings die Gefahr, dass der Speicher z.B. bei einem plötzlichen Wetterwechsel nicht vollständig aufgeladen wird.

    Reaktionszeiten

    Wie jedes technische Gerät sind auch Batteriespeicher „träge“, d.h., es dauert einige Zeit, bis sie auf eine Veränderung reagieren. Wird im Haushalt zum Beispiel ein Verbraucher eingeschaltet, dauert es eine Weile, bis die Batterie Strom liefert. In der Zwischenzeit wird Netzstrom verbraucht. Dieser Netzstrom-Bedarf ist bei konstanter Leistungsabfrage zu vernachlässigen, allerdings gibt es auch große Verbraucher, wie den Elektroherd, die pulsierend Strom anfordern. Bei solchen Geräten macht sich eine geringere Reaktionszeit des Speichers bezahlt.

    verschiedene Stromspeicher

    Wie kann ich den Speicher in die PV-Anlage integrieren?

    Ein Großteil der am Markt erhältlichen Stromspeicher lässt sich nicht ohne weiteres in Bestandsanlagen integrieren. Allerdings sind nicht selten technische Veränderungen wie der Austausch des Wechselrichters notwendig, zu dem der Batteriespeicher kompatibel sein muss. Bei Neuinstallationen sollte dies bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden.

    Das teilweise enorme Gewicht und die Abmessungen mancher Stromspeicher haben einen hohen Installationsaufwand zur Folge. In der Regel sind mehrere Installateure mindestens einen Tag beschäftigt. Gut beraten sind Hausbesitzer*innen mit modular aufgebauten Speichern, die auch ein einzelner Installateur handhaben kann und die sich auch nachträglich an den jeweils aktuellen Bedarf anpassen lassen.

    Übermäßiges Gewicht und ausufernde Dimensionen schränken zusätzlich die Möglichkeiten der Platzwahl ein. Denn Stromspeicher sollten in einem nicht zu warmen aber frostgeschützten und trockenen Raum aufgebaut werden. Gerade in älteren Gebäuden sind diese Bedingungen im Keller nicht immer gegeben. Und auch die Abstellkammer im Haus ist nicht immer geeignet, denn der Speicher sollte einen Mindestabstand zu Wänden (Wärmereflektion) und brennbaren Gegenständen von 1,50 Meter haben.

    Lohnt sich ein Photovoltaikspeicher?

    Beim Neukauf einer Photovoltaikanlage lohnt sich die Investition in einen Stromspeicher vor allem dann, wenn Ihnen Unabhängigkeit wichtig ist. Der Speicher ermöglicht es Ihnen, einen Großteil des Solarstroms selbst zu verbrauchen, wodurch sich die Strommenge, die Sie vom Energieversorger beziehen, deutlich verringert. Achten Sie beim Kauf auf ein optimal aufeinander abgestimmtes Komplettpaket von Photovoltaikanlage und Speicher.

    Heimspeichermarkt

    Aktuell werden mehr als 400 verschiedene Stromspeicher von über 50 Herstellern auf dem deutschen Speichermarkt angeboten. Die Kosten für einen Stromspeicher beginnen bei ca. 5.000 Euro und können mehrere Zehntausend Euro betragen. Der Preis hängt u.a. davon ab, welche Kapazität die Speicher haben, ob Sie Lithium-Ionen- oder Blei-Batterien verwenden und welche Komponenten verbaut sind.

    Aufgrund der großen Preisunterschiede ist es ratsam, sich die technischen Daten bzw. Kennzahlen von Stromspeichern anzuschauen und abzuwägen, worauf Sie Wert legen. Anhand dieser Angaben können Sie die Liste der in Frage kommenden Photovoltaik-Speicher einschränken und anschließend die Kosten vergleichen.

    Die Kosten des gespeicherten Stromes werden bestimmt durch drei Posten: den Anschaffungskosten, den Kosten für Einbau und Montage des Speichers sowie den vergleichsweise geringen Betriebskosten. Rechnet man alle diese Kosten zusammen und teilt sie dann durch die Anzahl der gespeicherten kWh über die Lebensdauer, die sich anhand der Vollzyklenzahl schätzen lassen, ergibt das die zusätzlichen Speicherkosten für den Strom. Der Strompreis für gespeicherten Solarstrom ergibt sich aus der Summe der PV-Gestehungskosten (9-10 Cent) und diesen Zusatzkosten. Ein Großteil der am Markt erhältlichen Speichersysteme arbeitet erst durch Förderungen wirtschaftlich. Hier sollten auch steuerliche Aspekte berücksichtigt werden.

    Eine weitere Voraussetzung für eine hohe Wirtschaftlichkeit ist die optimale Auslegung des Speichers. Zusätzliche Speicherkapazität bedeutet zusätzliche Kosten. Allerdings gibt es auch Nutzer*innen die ihren Schwerpunkt auf Autarkie legen und in ein Speichersystem mit höherer Kapazität (und eine entsprechend große PV-Anlage) investieren. Bei entsprechender Auslegung müssen nur noch 10 bis 30 Prozent Netzstrom dazugekauft werden, da im Winter die Solarerträge meist zu niedrig sind. In Kombination zum Beispiel mit einem Blockheizkraftwerk lässt sich diese Lücke schließen und vollständige Autarkie erreichen.

    Bei der Entscheidung für einen Speicher ist es sinnvoll, ein Auge auch auf zukünftige Entwicklung zu haben. Ist bereits absehbar, dass sich die gesetzlichen Rahmenbedingungen zeitnah ändern oder Ihre Solaranlage aus einem anderen Grund weniger Profit abwirft, dann sollten Sie einen PV-Speicher nachrüsten.

    So ist für Anlagen, die nach 2011 in Betrieb genommen wurden, die Nachrüstung mit einem Stromspeicher interessant. Seitdem liegt der Strompreis über der Einspeisevergütung, d.h. die Einspeisung von Strom in das öffentliche Stromnetz ist wirtschaftlich nicht sinnvoll. Bei früherer Inbetriebnahme sollte individuell geprüft werden, ob sich ein Stromspeicher lohnt.

    Speicherförderung

    Im Vorfeld des Speicherkaufs sollten Sie sich über Möglichkeiten zur Speicherförderung informieren. Aktuell bieten vor allem Bundesländer und Kommunen Förderprogramme an.

    In der Vergangenheit wurde die Anschaffung eines Batteriespeichers von staatlicher Seite über das KfW-Förderprogramm „Erneuerbare Energien - Speicher (275)“ gefördert, das zum 31.12.2018 eingestellt wurde. Unbeschadet davon haben Sie die Möglichkeit, einen Photovoltaik-Speicher über die KfW-Förderprogramme Erneuerbare Energien 270 sowie Energieeffizient Bauen 153.

    Auslegung: Was ist die passende Speicherkapazität?

    Die wirtschaftlich optimale Speichergröße bzw. Speicherkapazität hängt vom Stromverbrauch, der Leistung der Photovoltaikanlage aber auch von der Entwicklung des Strompreises ab. Exakt bestimmen lässt sich diese Größe also nicht, nur abschätzen.

    Die Speichergröße muss in erster Linie zum jeweiligen Bedarf passen. Grundlegend sollte der Speicher groß genug sein, einen Haushalt vom Abend bis zum nächsten Morgen mit Solarstrom zu versorgen. Das „Lastprofil“, also wann Sie wie viel Strom verbrauchen, spielt dabei eine entscheidende Rolle. Fallen die Verbrauchsspitzen zeitlich mit einer geringen PV-Strom-Produktion zusammen, also vor allem morgens und abends, muss der Speicher größer ausfallen.

    Wie viel Strom für den Verbrauch und zum Speichern zur Verfügung steht, wird wesentlich von der Größe der PV-Anlage bestimmt. Umso größer der Solarertrag ist, umso größer sollte auch der Stromspeicher dimensioniert werden, um möglichst viel vom überschüssigen Solarstrom zu speichern.

    Dabei sollten Sie unbedingt den Eigenverbrauchsanteil im Auge behalten. Da es besonders lukrativ ist, den Bezug von teurem Netzstrom zu reduzieren, ist ein hoher Eigenverbrauchsanteil zentral für eine Betrachtung der Wirtschaftlichkeit des Stromspeichers. Der Autarkiegrad hingegen gibt nur an, wie viel Prozent des jährlichen Strombedarfs durch eigenen umweltfreundlichen Solarstrom gedeckt werden kann. Allerdings sagt diese Kennzahl nichts über die Kosten dieser Autarkie aus.

    Stromspeicher mit passender Kapazität finden

    Als Faustregel gilt:

    Die nutzbare Speicherkapazität sollte ungefähr 1 kWh pro 1000 kWh im Jahr betragen. Für einen durchschnittlichen Vier-Personen-Haushalt mit einem Jahresstromverbrauch von ca. 4.500 Kilowattstunden (kWh) ist eine Speicherkapazität von 4 bis 6 kWh also ausreichend und wirtschaftlich sinnvoll.

    Eine ausführliche Betrachtung zur Auslegung eines PV-Speichers finden Sie hier.