1. Wann ist ein Speicher wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll?

Nicht immer lohnt sich ein Speicher auch finanziell. Durch die zusätzlichen Kosten beeinflusst er die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage. Diese Mehrkosten muss er über die Betriebszeit wieder einbringen. Die geringere Lebensdauer des Speichers von ca. 10-15 Jahren muss dabei mitgedacht werden (Zum Vergleich: PV-Module haben eine Lebensdauer von ca. 30 Jahren). Schauen Sie sich eine Wirtschaftlichkeitsberechnung deshalb genau an!

Grundsätzlich ist ein Batteriespeicher im Eigenheim auch nicht sofort ökologisch, denn mehr Grünstrom wird dadurch nicht erzeugt. Bei der Herstellung werden darüber hinaus viele Ressourcen benötigt. Deshalb lautet unsere Devise: Erstmal das Dach mit PV vollmachen! Viele SFV-Mitglieder und PV-Begeisterte belegen sogar ihre Norddächer.

Wenn die Batteriespeicher über die “Solarstromoptimierung in den eigenen vier Wänden” hinaus auch Netzdienstleistungen übernehmen oder als Quartierspeicher die Nachbarschaft beliefern, steigt ihr Nutzen für die Energiewende immens. Damit können sie die Stromnetze lokal entlasten, so dass mehr PV-Anlagen angeschlossen werden können.

Eine Auswahl an (einfachen) Wirtschaftlichkeitsrechnern finden Sie z.B. hier:

2. Wie ist ein Speicher optimal dimensioniert?

In unserer Beratungsarbeit fällt uns auf, dass oft etwas zu groß dimensionierte Speicher angeboten werden. Größer als technisch notwendig und wirtschaftlich sinnvoll. Das kostet Sie zusätzliches Geld und verbraucht Rohstoffe, die an anderer Stelle besser zum Einsatz kommen können!

Ein Beispiel: 3000 kWh Jahresverbrauch und 8 kWp Leistung der PV Anlage - ergeben eine empfohlene Speicherkapazität zwischen 3 und 8 kWh. In dieser Spanne ist der Speicher sinnvoll dimensioniert. Einige Hersteller ermöglichen auch eine spätere modulare Aufrüstung der Speicherkapazität innerhalb bestimmter Zeiträume. Wird eine Wärmepumpe eingesetzt, oder wird eine Not- oder Ersatzstromversorgung benötigt, kann die Kapazität am oberen Ende der Spanne angesiedelt werden.

Die Forschungsgruppe Solarspeichersysteme der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin bietet auf ihrer Webseite weitere Infos und Tools zur sinnvollen Speicherdimensionierung:

3. Was kosten Batteriespeicher?

Die Marktpreise für Batteriesysteme liegen abhängig von Technologie, Herkunft und Größe (Skaleneffekte) zwischen 400 und 1000 € pro kWh (Stand Mai 2024). Langfristig gehen wir von sinkenden Preisen aus, aber durch Inflation oder andere Faktoren können die Preise kurzfristig auch steigen – der Angriffskrieg auf die Ukraine und der daraus folgende Gasmangel hat 2022 zu einer großen Nachfrage und steigenden Preisen geführt. Betrachten Sie die Speicherkosten in einer Wirtschaftlichkeitsberechnung genau und wägen Sie ab, ob sich das Investment aktuell lohnt oder nicht. Sie können den Speicher auch später zur PV nachrüsten. Wirtschaftlichkeitsrechner finden Sie in diesem Artikel unter Punkt 1 "Wann ist ein Speicher wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll?".

4. Wie sieht es mit Lebensdauer, Ladezyklen & Garantie aus?

Batteriezellen altern. Mit zunehmender Anzahl an Ladezyklen und Betriebsstunden verlieren sie ihre Kapazität. Viele Hersteller geben Leistungsgarantien, z.B. 80 % der Kapazität nach 5000 Vollladezyklen oder 10 Jahren. In der Branche geht man bei Batterien von einer Lebensdauer von etwa 10-15 Jahren aus. Die Zellen sind dann weiterhin nutzbar, jedoch sinkt ihre Kapazität mit jedem Betriebsjahr weiter. Auch der Batteriewechselrichter hat eine begrenzte Lebensdauer. Hersteller bieten oftmals eine Garantie von 5 bis 10 Jahren, die ggf. auch gegen Aufpreis verlängert werden kann. Es kann also sein, dass Sie während der Betriebszeit Ihrer PV-Anlage einige Komponenten erneuern oder reparieren müssen.

5. Was ist ein Energie- und Lademanagement?

Der Batteriespeicher besitzt ein Lademanagement, das automatisch dafür sorgt, dass schädliche Tiefentladungen vermieden werden. In Kombination mit einem Energiemanagement (ein separates Gerät, das Stromverbraucher im Haus erfassen und ggf. steuern kann) ist es bspw. auch möglich, die Reihenfolge der Belieferung zu regeln: Erst der Haushalt, dann die Wärmepumpe, das E-Auto oder andere Geräte. Auch der Batterie-Ladezustand, die PV-Erzeugung und das Wetter können berücksichtigt werden. Die Energiemagement-Geräte verschiedener Hersteller haben unterschiedliche Bezeichnungen, z.B. “Sunny Home Manager”, “Smart Power Sensor” oder “Wattpilot”.

6. Welche Zelltechnologien für Batterien gibt es?

Es gibt verschiedene Zelltechnologien am Markt. Am weitesten verbreitet sind heute Lithium-Ionen-Speicher. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte und der hohen Lade- und Entladeleistung werden sie für die meisten Anwendungen eingesetzt. Lithium-Batterien lassen sich weiter unterteilen in 

• NMC (Li-Nickel-Mangan-Kobalt)
• NCA (Li-Nickel-Kobalt-Alu-Oxid) und
• LFP-Zellen (Lithium-Eisenphosphat, auch LiFePO₄)

NMC und NCA wurden vor allem in mobilen Anwendungen eingesetzt. Mittlerweile setzen sich bei E-Autos und Hausspeichern aufgrund der Temperaturstabilität und geringerem Bedarf an seltenen Erden (z.B. Kobalt) immer mehr LFP-Speicher durch. Studien zeigen, dass LFP-Zellen eine höhere Zyklenfestigkeit und Entladetiefe aufweisen als NMC- und NCA-Zellen.

Eine weitere interessante Zelltechnologie sind Natrium-Ionen-Speicher (Na-Zellen, umgangssprachlich auch “Salzbatterie”). Ihr großer Vorteil: Natrium muss nicht in aufwendigen und teilweise umweltschädlichen Verfahren abgebaut werden (wie Lithium). Aktuell am Markt verfügbare Na-Zellen haben eine geringere Energiedichte und geringere Leistungsdaten, wie auch die Speicher-Inspektion 2023 der HTW-Berlin feststellte. Durch Forschung und sinkende Kosten können sie jedoch eine ernstzunehmende Alternative werden.

7. Was ist ein AC- oder DC-geführtes System?

Batteriezellen speichern Gleichstrom (DC). Ein Wechselrichter muss den Strom umwandeln, damit er in Form von Wechselstrom (AC) im Hausnetz nutzbar ist. Wenn Batterie und PV gleichzeitig installiert werden, wird meist ein Hybridwechselrichter eingesetzt, der beide Komponenten gleichzeitig steuert. Man spricht von einem DC-geführten System, da PV-Module und Batterie gleichstromseitig an den Hybridwechselrichter angeschlossen werden (siehe rechte Abbildung). Der Strom wird auf dem Weg zum Verbraucher nur einmal umgewandelt, deshalb sind sie effizienter. Bei Neuanlagen werden meistens diese Systeme eingesetzt.

Ein AC-geführtes System besteht aus mindestens zwei Wechselrichtern. Einen für die PV-Module und einen für den Batteriespeicher. Der Batteriewechselrichter und die Batteriemodule können in einem Gehäuse geliefert werden, es gibt sie aber auch als separate Komponenten, zum Aufstellen oder an die Wand montiert. Der PV-Wechselrichter und der Batteriewechselrichter werden wechselstromseitig (AC) miteinander verbunden und daher als AC-gekoppelt bezeichnet. Beim Laden der Batterie wird der Strom systembedingt doppelt umgerichtet (Siehe Abbildung links). Deshalb sind die Umwandlungsverluste höher und damit der Wirkungsgrad etwas niedriger als bei DC-geführten Systemen. Der Vorteil ist jedoch die einfache Nachrüstung für ältere PV-Anlagen, die noch keinen Batteriespeicher besitzen.

8. Notstrom, Ersatzstrom & Inselnetz ‒ Was ist der Unterschied?

Nicht jede PV-Anlage ist automatisch in der Lage, bei Netzausfall weiter das Haus zu versorgen. Wenn ein solches System gewünscht ist, sollte dies bei der Planung mitbedacht werden. Der Wechselrichter muss ein eigenes Netz aufbauen und bei Überschuss die PV-Leistung abregeln können. Mit einem Batteriespeicher kann der Strom auch zwischengespeichert werden. In diesem Zusammenhang sind die Begriffe Notstrom, Ersatzstrom und Inselsystem üblich:

Ein notstromfähiger Wechselrichter kann bei Netzausfall entweder eine separate Steckdose mit Strom versorgen (die häufig direkt am Hybridwechselrichter ist), oder es wird nur ein bestimmter Stromkreis (z.B. Kühlschrank oder andere wichtige Verbraucher) versorgt. Diese Lösung ist mit wenig Aufwand und geringen Kosten umsetzbar. Nachteil: Nicht das gesamte Haus wird versorgt, sondern nur ausgewählte Verbraucher, die an die Notstromleitung des Wechselrichters angeschlossen sind.

Eine vollständige Versorgung des Gebäudes über alle 3 Phasen wird Ersatzstromsystem genannt. Es muss zusätzlich eine Umschalteinrichtung installiert werden, die das System bei Ausfall vollständig vom öffentlichen Netz trennt. Anschließend startet der Wechselrichter neu und versorgt das Gebäude mit Strom – allerdings nur so lange, wie die Solaranlage genug Strom liefert oder der Speicher gefüllt ist. Sobald das Netz wieder verfügbar ist, wird wieder umgeschaltet. Der größere Installationsaufwand und die zusätzliche Technik belaufen sich auf ca. 1500 bis 3000 €.

Inselsysteme werden eingesetzt, wenn kein öffentlicher Netzanschluss vorhanden ist (z.B. Gebirgshütten etc.). Ein Parallelbetrieb zum öffentlichen Stromnetz ist nicht vorgesehen und die Technik wird auch nicht dafür ausgelegt. Die PV-Anlage, Wechselrichter und Batterien müssen so dimensioniert werden, dass die Stromversorgung bedarfsgerecht sichergestellt werden kann. Auch im Campingbereich oder mit tragbaren Batterien kann ein Inselsystem aufgebaut werden. Für Gebäude mit Netzanschluss ist dieses System wenig sinnvoll.

Das Photovoltaikforum hat einen Artikel verfasst, der das Thema noch etwas genauer beleuchtet: