Stromspeicher für den Haushalt
Haushalte mit einer Photovoltaikanlage nutzen durchschnittlich ein Viertel des erzeugten Stromes selbst. Für die Erhöhung des Eigenverbrauchs kann ein Stromspeicher installiert werden. Ist ein Stromspeicher eine empfehlenswerte Investition? Wir haben recherchiert.
Viele BesitzerInnen einer Photovoltaikanlage (PV-Anlage) möchten gerne den erzeugten Strom von der PV-Anlage sofort im Haushalt verwenden. Stromerzeugung und Verbrauch stimmen aber selten überein. Um die Mittagszeit produziert die PV-Anlage in der Regel mehr Strom als in den Morgen- und Abendstunden, aber der Stromverbrauch ist im Verhältnis dazu geringer, weil unter Umständen niemand zuhause ist. Im Vergleich dazu wird am Abend mehr Strom benötigt, aber die PV-Anlage erzeugt weniger davon. Mit einem Stromspeicher kann der Stromverbrauch zeitlich verschoben werden. Bestimmte Produkte beziehungsweise Systeme können während eines Stromausfalls als Notstromversorgung agieren.
Wie arbeitet ein Stromspeicher?
Ein Stromspeicher besteht aus einem Akku und einem intelligenten Lade- und Entlademanagement. Das Ladesystem überwacht die Stromproduktion der PV-Anlage. Ist sie höher als der Stromverbrauch des Hauses, wird mit dem Überschuss vorrangig der Akku aufgeladen. Erst dann erfolgt die Einspeisung in das übergeordnete Elektrizitätsnetz (Stromnetz).
Immer, wenn die Sonne nicht intensiv genug auf die PV-Module scheint und somit die PV-Anlage keinen Strom liefert, steht der gespeicherte Strom für den Haushalt zur Verfügung. Das Ladesystem liefert bei der geregelten Entladung des Akkus genau so viel Strom an die Haushaltsgeräte wie diese benötigen.
Netzoptimierter Betrieb
Aufgeladen wird ein Stromspeicher gesetzeskonform in der Regel mit Überschuss-Strom der Photovoltaik-Anlage. Viele Anlagen produzieren bereits am Vormittag genug Überschuss-Strom, um den Stromspeicher aufzuladen. Hohe Stromerträge, die meist zur Mittagszeit auftreten, müssen dann ins Stromnetz eingespeist werden. Speisen viele PV-Anlagen an einem Standort / Netzabschnitt gleichzeitig ein, belastet das die Stromnetze im Moment und Zeitraum der Einspeisung, allerdings geschieht dies auch beim Bezug im gleichen Ausmaß.
Bei einem netzoptimierten Betrieb reserviert das Ladesystem eine gewisse Speicherkapazität (kWh) im Akku für die PV-Spitzenleistung und beginnt erst zur Mittagszeit, wenn diese vermeintlichen PV-Spitzenleistung bereitgestellt wird, mit der vollständigen Aufladung des Akkus. Dadurch werden Einspeisespitzen verhindert und das Stromnetz wird gering oder nicht belastet. In Zukunft könnte der netzoptimierte Betrieb durch höhere Einspeisetarife belohnt werden.
Speichergröße
Bei der Dimensionierung von Stromspeichern ist darauf zu achten, dass die Speicherkapazität optimal genutzt wird. Zu große Speicher sind unwirtschaftlich. Zu kleine Speicher können im Bedarfsfall nicht ausreichend Strom zur Verfügung stellen.
Faustformel: 1 : 1 : 1 (maximal 1 : 1 : 1,5)
Stehen der jährliche Strombedarf (in kWh/a), die Leistung (in kWp) der PV-Anlage und die (Netto-)Speicherkapazität (kWh) im Verhältnis 1:1:1, dann können rund 60 % des erzeugten Stroms von der eigenen PV-Anlage direkt verbraucht werden.
Beispiel für ein Einfamilienhaus: Bei einem Gebäude mit einem jährlichen Stromverbrauch von 4.000 kWh und einer PV-Anlage mit einer Leistung von 4 kWp ergibt sich eine optimale Speichergröße von 4 (max. 6) kWh Nettospeicherkapazität.
Für eine grobe Berechnung der möglicherweise optimalen Speicherkapazität steht auch der kostenlose PV-Eigenverbrauchsrechner zur Verfügung.
Bitte beachten Sie, dass weder die Faustformel noch der Rechner eine detaillierte Planung durch Fachleute ersetzt.
Kosten für Stromspeicher
Ein Stromspeicher mit 5 kWh nutzbarer Speicherkapazität kostet derzeit etwa 2.500 Euro im Komplettsystem (Stand November 2024). Pauschalpreise können nur schwer angegeben werden, da die Kosten stark von Faktoren wie Speicherkapazität, Ladezyklen, Entladungstiefe und Installationsart abhängen. Auch die garantierte Energieversorgung bei Stromausfällen schlägt sich im Preis nieder.
Systeme mit Blei-Akku sind billiger als jene mit Lithium-Ionen-Akku, haben allerdings eine kürzere Lebenserwartung. Zu beachten ist auch, dass bei einem Blei-Akku für dieselbe Speicherkapazität dieser beinahe doppelt so groß sein muss wie ein Lithium-Ionen-Akku.
Eine Förderung für Stromspeicher wird von der Bundesregierung regelmäßig in Form eines Investitionszuschusses angeboten. In den letzten Jahren war das Fördergeld immer sehr schnell vergeben. Informationen und die bestimmten Richtlinien zur Speicherförderung finden Sie auf der Homepage der Abwicklungsstelle für Ökostrom.
Pro und Kontra von Stromspeichern
Das spricht für einen Speicher:
- Der Strom von der eigenen PV-Anlage kann „rund um die Uhr“ selbst konsumiert werden.
- Einige Systeme bieten Unabhängigkeit vom Stromnetz und garantierte Energieversorgung auch bei Stromausfällen.
- Einiges deutet darauf hin, dass in Zukunft variable Stromkosten eingeführt werden. Mit einem Stromspeicher können Sie unter bestimmten Umständen den günstigsten Strom einkaufen.
Das spricht gegen einen Speicher:
- Werden die Einschaltzeiten der Haushaltsgeräte optimiert, kann auch viel Strom direkt während der Eigenproduktion verbraucht werden. Diese Maßnahmen sind kostengünstiger als ein Stromspeicher und sollten nach Möglichkeit vorher umgesetzt werden.
- Wie bei jedem technischen Gerät können auch beim Stromspeicher Wartungs- und Reparaturkosten anfallen. Die Akkus haben eine begrenzte Lebensdauer.
- Ein Gleichrichter wird zusätzlich oder ein Hybrid-Wechselrichter wird benötigt, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist.
Sind Stromspeicher nachhaltig?
Das Fraunhofer Institut in Deutschland untersuchte den Energieeinsatz bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus. Pro Wattstunde (Wh) Speicherkapazität werden 500 - 600 Wh an Primärenergie benötigt. Bei halber Entladung entspricht das etwa 1.500 Ladezyklen. Ein Akku mit 14.000 Ladezyklen kann demnach ca. 9-mal so viel Energie speichern, wie bei der Herstellung aufgebracht wurde.
Nachhaltigere Werte berechnete Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger von der Hochschule Landshut. Er hat bei seinen Berechnungen für eine Speicheranwendung die Blei- und Lithium-Ionen Technik verglichen. Bei einer Nutzungsdauer von 20 Jahren haben sich Bleiakkus nach 1,86 Jahren und Lithium-Ionen-Akkus nach 0,65 Jahren energetisch amortisiert. Details auf Ökologische Bilanz Stromspeicher (2017).
Informationen zur Nachhaltigkeit von Lithium-Akku in Stromspeichern finden Sie auch unter Akkumulator & Rohstoffe.
Lebensdauer von Akkus
Zwei Herstellerangaben können für eine Abschätzung der Lebensdauer herangezogen werden: Die Anzahl der Vollzyklen und die kalendarische Alterung.
Die Anzahl der Vollzyklen liegt bei Lithium-Ionen-Akkus zwischen 5.000 und 14.000 vollständigen Auf- und Entladungen. Wesentlich weniger schaffen Blei-Säure- bzw. Blei-Gel-Akkus. Nach 1.500 bis 3.000 Vollzyklen müssen Sie mit einem Tausch der Akkus rechnen. Wenn wir bei einem Durchschnittshaushalt ca. 250 Vollzyklen im Jahr annehmen, ist mit Bleiakkus eine Zyklen-Lebensdauer von 8 Jahren möglich. Im Vergleich dazu beträgt die Nutzungsdauer von Lithium-Ionen-Akkus rund 20 Jahre.
Die kalendarische Alterung tritt durch den langsamen Zerfall der Bestandteile im Akku auf. Materialien im Akku verschleißen und chemische Verbindungen, die für die Speicherung der Energie verantwortlich sind, werden zersetzt.
Unser Tipp: Fragen Sie beim Kauf nach einer Vollgarantie für die Akkus durch den Hersteller. Sie sollte bei Lithium-Ionen-Akkus 10 Jahre oder mehr betragen.
Weitere Grundlagen zur Speicherung von Strom
Speicher von elektrischer Energie werden als Akkumulatoren (Akkus), Sekundär-Batterien oder aufladbare Batterien bezeichnet. Sie können grundsätzlich nur mit Gleichstrom aufgeladen werden. Ein bekanntes Beispiel ist die „Autobatterie“, sie wird mit Gleichstrom aufgeladen und weist dann eine Gleichspannung von 12 Volt auf. Der geladene Strom wird z.B. für das Starten des Autos verwendet. Während der Fahrt wird die „Autobatterie“ aufgeladen. Die Stromspeicher im Haushalt sind heutzutage Lithium-Ionen-Polymere-Akkus und arbeiten ähnlich. Sie können aber wesentlich mehr Strom speichern und haben höhere Spannungen, häufig sind es 48 Volt.
Lithium-Ionen-Akkus sind die erste Wahl, um Strom im Haushalt zu speichern. Sie können oft aufgeladen und entladen werden (Ladezyklen), sie haben eine hohe Energiedichte (Speicherkapazität pro kg oder m3) und einen hohen Wirkungsgrad. Auch der stetig fallende Preis macht den Einbau von Lithium-Ionen-Akkus interessant.
Blei-Säure- bzw. Blei-Gel-Akkus sind günstiger als Lithium-Ionen-Akkus, haben aber wesentliche Nachteile bei der Speicherung von Strom und bei der Haltbarkeit. Sie werden durch die sinkenden Preise der Lithium-Ionen-Akku immer mehr vom Markt verdrängt.
Mit der Nennkapazität geben die Hersteller von Akkus an, wie viel elektrische Energie der Akku gesamt speichern kann, was aber nicht der nutzbaren Speicherkapazität (Netto-Speicherkapazität) entspricht. Die Netto-Speicherkapazität berücksichtigt die technisch nicht nutzbaren Reserven des Akkus, damit dieser nicht überladen und nicht tiefenentladen wird.
Entladetiefe oder Entladungsgrad (DoD - Depth of Discharge) beschreibt die mögliche Entladung eines Akkus ohne Schäden oder eine Verkürzung der Lebensdauer hervorzurufen. Sie wird in Prozent von der Nennkapazität angegeben. Bei einem vollgeladenen Akku mit 5 kWh Nennkapazität bedeutet 90 % Entladetiefe eine maximale Entnahme von ungefähr 4,5 kWh Energie. Diese Energie wird als Nettokapazität eines Akkus bezeichnet.
Der Begriff Vollzyklen gibt an, wie oft ein Akku vollständig geladen werden kann, ohne dass seine Kapazität unter 80 % der Nennkapazität sinkt. Der Begriff Ladezyklen wird für vollständige, aber auch teilweise Ladevorgänge verwendet. Für eine konkrete Aussage wird dann auch fast immer die Entladetiefe angegeben, z.B. „über 6.000 Zyklen bei 90 %iger Entladung“.
Ein intelligentes Lademanagement sorgt für eine optimale Auf- und Entladung des Akkus. Es verhindert Überladungen und Entladungen unter den Entladungsgrad (DoD), um den Akku vor unsachgemäßen Entladetiefe zu schützen und damit einer dadurch möglicherweise hervorgerufenen Beschädigung. Genauso vermeidet es ein Überladen, weil dies vor allem bei der Lithium-Ionen-Technik sofort zur Zerstörung des Akkus führen würde.
Installation von Stromspeichern
Es werden zwei unterschiedliche Installationsarten für Stromspeicher angeboten:
Beim DC-gekoppelten Stromspeicher (von Direct Current = Gleichstrom) wird der Akku zwischen der PV-Anlage und dem Wechselrichter installiert. Weil auch die PV-Anlage Gleichstrom produziert, kann er ohne Umwandlung direkt im Akku gespeichert werden. Nur die hohe Spannung der PV-Anlage muss auf die niedrige Ladespannung des Speichersystems angepasst werden.
Dieses System hat eine hohe Effizienz, weil eine sehr direkte Ladung erfolgt und Umwandlungsverluste vermieden werden. Es kann aber nur umgesetzt werden, wenn die Installation gleichzeitig mit der PV-Anlage erfolgt.
Beim AC-gekoppelten Stromspeicher (von Alternating Current = Wechselstrom) wird der Stromspeicher/Akku zwischen Wechselrichter und dem Hausnetz montiert. Bei dieser Version wird der Gleichstrom zuerst vom Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt. Für die Speicherung muss dieser Wechselstrom von einem AC-DC-Richter wieder in Gleichstrom umgewandelt werden.
Dieses System hat höhere Umwandlungsverluste, ist aber sehr flexibel. AC-Systeme sind ideal, wenn bei einer bestehenden Solaranlage ein Stromspeicher nachgerüstet werden soll.
So wie Photovoltaikanlagen können auch Speichersysteme entweder 1-phasig oder 3-phasig ausgeführt werden. Bei einphasigen Speichersystemen wird nur eine Phase des Hausstromnetzes mit dem Speichersystem verbunden. Nur Geräte, die an dieser Phase angeschlossen sind, können mit gespeichertem Strom betrieben werden, ob Sie tatsächlich „eingeschränkt“ sind, könnten Sie mit Ihrem Elektrikerbetrieb oder möglicherweise selbst eruieren, sehen Sie sich dazu zumindest Ihren Hausanschluss an. Mittlerweile gibt es immer mehr dreiphasige Speichersysteme. Sie können alle drei Phasen im Haus mit gespeichertem Strom von Ihrer PV-Anlage versorgen.
Installationsort (Brandschutz)
Ein Raum für einen stationären Speicher gilt laut OIB-Richtlinie als Raum mit erhöhter Brandgefahr, dementsprechend müssen bestimmte brandschutztechnische Vorkehrungen getroffen werden, wenn in diesem Raum ein Akku aufgestellt werden soll.
Erfüllt der installierte Speicher folgende Kriterien (laut OIB-Richtlinie 2, Abschnitt 3.9 Räume mit erhöhter Brandgefahr (3.9.12)), gilt der Raum, in dem der Akku platziert wird, nicht als Raum mit erhöhter Brandgefahr:
- für stationäre Akkuanlagen mit einem Energieinhalt bis höchstens 3 kWh,
- für stationäre Akkuanlagen, die nach den anerkannten Regeln der Technik für Sicherheitsanforderungen geprüft sind, mit einem Energieinhalt bis höchstens 20 kWh in Gebäuden der Gebäudeklasse 1, Reihenhäusern der Gebäudeklasse 2, wobei im Aufstellungsraum ein unvernetzter Rauchwarnmelder angeordnet sein muss, sowie,
- für stationäre Akkuanlagen, die nach den anerkannten Regeln der Technik für Sicherheitsanforderungen geprüft sind, mit einem Energieinhalt bis höchstens 20 kWh in Garagen und überdachten Stellplätze mit jeweils nicht mehr als 250 m² Nutzfläche.
(Dies ist nur ein Auszug und daher nicht vollständig, siehe OIB-Richtlinie 2, Abschnitt 3.9 Räume mit erhöhter Brandgefahr (3.9.12))
Für Anlagen, die die obigen Kriterien nicht erfüllen, sind erhöhte Brandschutzmaßnahmen notwendig. Klären Sie dies mit der Installationsfirma.