PV-Anlage: Speichertechnik

Zusammenfassung

Überblick

Wer mit einer PV-Anlage Solarstrom erzeugt, kann ihn bei einer netzgekoppelten Anlage^[1] vollständig ins öffentliche Stromnetz einspeisen oder ihn teilweise für den Eigenverbrauch nutzen und nur die Überschüsse ins Netz abgeben. Dieser eigenerzeugte Strom ist deutlich kostengünstiger als der vom Versorger gelieferte, weil weder Stromsteuer noch Netzentgelt anfallen.

Doch nur rund 30 % des selbsterzeugten Stroms werden in der Regel selbst genutzt. Da die Energieerzeugung von der Sonneneinstrahlung abhängt, erzeugt die PV-Anlage tagsüber und im Frühjahr und Sommer mehr Strom, als benötigt wird. Um den Anteil des selbst genutzten Stroms zu erhöhen, muss er zwischengespeichert werden. Mit einem Stromspeicher erhöht sich der Eigenverbrauch auf 60 bis 70 %. Erzeugt die PV-Anlage mehr Strom als aktuell verbraucht werden kann, lädt der Speicher anstatt den Strom ins öffentliche Netz einzuspeisen. Wenn mehr Strom verbraucht wird, als die PV-Anlage liefern kann – wie abends und in der Nacht – kann durch das Entladen des Speichers zeitversetzt der tagsüber erzeugte Strom genutzt werden.

Darum wird bei der Anschaffung einer PV-Anlage oftmals überlegt, auch einen Batteriespeicher zu kaufen. Im Jahr 2023 wurden in Deutschland Schätzungen zufolge rund 1,2 Millionen PV-Anlagen mit Solarstromspeicher betrieben. Das ist eine Verdopplung im Vergleich zum Vorjahr. Dies geht aus einer vorläufigen Jahresbilanz des Bundesverbandes Solarwirtschaft auf Basis von Daten der Bundesnetzagentur hervor.^[2] Die Anzahl der installierten Anlagen nahm in den letzten 10 Jahren jährlich deutlich zu – im Jahr 2013 wurden hierzulande noch 5.000 Solarstromspeicher gezählt.

Die meisten dieser Speicher sind kleine Batterien in Privathäusern. Die durchschnittliche nutzbare Speicherkapazität eines Heimspeichers liegt nach Angaben des Bundesverbands Solarwirtschaft bei 8,6 kW. Die nutzbare Speicherkapazität dieser Solarstromspeicher insgesamt beträgt inzwischen rund 12 Gigawattstunden und reicht rechnerisch aus, um den durchschnittlichen privaten Tagesstromverbrauch von etwa 1,5 Millionen 2-Personen-Haushalten in Deutschland zu speichern. Die Anbindung an das PV-System erfolgt dabei vorrangig über einen Hybridwechselrichter: Mit einem Marktanteil von 82 % dominieren Hybridwechselrichter den Heimspeichermarkt deutlich. AC-gekoppelte PV-Speichersysteme, die neben einem PV-Wechselrichter einen zusätzlichen Batteriewechselrichter benötigen, verlieren zunehmend an Marktrelevanz.

[1] Siehe hierzu Gutmann, PV-Anlage: Technik – Module, Wechselrichter etc., Kap. 1.1.

[2] Bundesverband Solarwirtschaft e.V., Pressemeldung vom 17.1.2024,https://www.solarwirtschaft.de/datawall/uploads/2024/01/240117_bsw_pm_speicherstrategie.pdf.

1 Stromspeicherarten

Solargeneratoren erzeugen Gleichstrom (direct current – DC), der zur Nutzung im Haushalt oder zur Einspeisung ins Netz in Wechselstrom (alternative current – AC) umgewandelt werden muss. Bei Speichersystemen unterscheidet man grundsätzlich danach, ob es auf der DC- oder der AC-Seite angeschlossen wird.

• AC-gekoppeltes System

  Bei einem AC-gekoppelten System wird der Solarstrom zunächst vom Wechselrichter der PV-Anlage ins Hausnetz eingespeist und von dort für die Speicherung in der Batterie wieder entnommen. Er wird also nach dem Wechselrichter gespeichert. Deswegen muss die Batterie einen eigenen Wechselrichter haben, der in beide Richtungen funktioniert: Er kann den Wechselstrom aus der PV-Anlage über den Laderegler der Batterie in Gleichstrom zurückwandeln, um ihn dort zu speichern. Umgekehrt erzeugt er aus dem gespeicherten Gleichstrom wieder Wechselstrom für das Hausnetz. Bei dieser Konstruktion beeinflusst das Speichersystem nicht die Arbeit des Solarwechselrichters, wobei allerdings die ständige Umwandlung zu erheblichen Energieverlusten führt. Die Systemeffizienz liegt nur zwischen 80 und 85 %.

• DC-gekoppeltes System

  Bei einem DC-gekoppelten System wird der Solarstrom fast auf direktem Weg aus dem Solargenerator in die Batterie geladen. DC-gekoppelte Systeme benötigen keinen eigenen Wechselrichter, sondern nutzen den der PV-Anlage mit. PV-Wechselrichter, an die auch ein Speicher angeschlossen werden kann, werden auch Hybridgeräte genannt. DC-gekoppelte Speicher sind in der Regel effizienter als AC-gekoppelte und günstiger in der Anschaffung; die Systemeffizienz liegt bei 85 bis 90 %.

Hinweis

Auf Spannung achten

Beim Einsatz von AC-gekoppelten Systemen sollte vor allem darauf geachtet werden, dass Netz-, Batterie- und Eingangsspannung der PV-Anlage auf einem ähnlichen Niveau liegen. Darum sollten Batterien mit 48 Volt eingesetzt werden. Bei dieser Spannung sind DC-gekoppelte Systeme nicht effizienter als AC-gekoppelte Speicher. Da sie flexibler mit der PV-Anlage zu kombinieren sind, können sie auch bei bestehenden Anlagen einfacher nachgerüstet werden.

2 Batteriespeicher

Batteriespeichersysteme für PV-Anlagen bestehen aus dem Speichermedium (Batterie), einem Batteriemanagementsystem, Elektronik zur Anbindung an das Internet und für das Monitoring sowie b...