Stromspeicher für PV-Anlagen: Technik, Wirtschaftlichkeit und Integration in die Energiewende

Photovoltaikanlagen sind eine Schlüsseltechnologie auf dem Weg zur dezentralen Energieversorgung. Sie bieten die Möglichkeit, Energie direkt am Ort des Verbrauchs zu erzeugen und damit die Abhängigkeit von zentralen Energieversorgern zu reduzieren. Jedoch erzeugen Photovoltaikanlagen vor allem tagsüber Strom – wenn der Eigenverbrauch im Haushalt am geringsten ist. Was passiert also mit dem überschüssigen Strom, der während des Tages produziert wird, aber nicht sofort benötigt wird? Hier kommen Stromspeicher ins Spiel, die eine zentrale Rolle in der effizienten Nutzung von Solarstrom einnehmen.

Dieser Beitrag beleuchtet die Technologie von Stromspeichern, die wirtschaftliche Auslegung sowie die Integration von Speichern in PV-Anlagen und deren Beitrag zur Energiewende.

1. Was ist ein Stromspeicher und wie funktioniert er?

Ein Stromspeicher ist eine technische Lösung, um überschüssige elektrische Energie zu speichern, die von einer Photovoltaikanlage erzeugt, aber nicht unmittelbar verbraucht wird. Das Ziel ist, den erzeugten Strom für die spätere Nutzung zu speichern – insbesondere für den Abend und die Nacht, wenn die PV-Anlage keine Energie mehr liefert.

Grundaufbau eines Stromspeichersystems:

Ein typisches Stromspeichersystem besteht aus:

• Batteriemodulen (meist Lithium-Ionen): Diese Module speichern den überschüssigen Solarstrom. Lithium-Ionen-Akkus sind dabei aufgrund ihrer hohen Energiedichte, langen Lebensdauer und relativ geringen Kosten der Standard.

• Batteriemanagementsystem (BMS): Diese Steuerung überwacht die Batterie und sorgt dafür, dass sie nicht überladen oder tiefentladen wird. Es schützt auch vor Überhitzung und überwacht die Spannung der Zellen.

• Wechselrichter: Der Wechselrichter wandelt den gespeicherten DC-Strom (Gleichstrom) in AC-Strom (Wechselstrom) um, der im Haushalt genutzt werden kann.

• Energiemanagementsystem (EMS): Das EMS sorgt für eine intelligente Steuerung der Lade- und Entladevorgänge des Speichers, optimiert den Eigenverbrauch und regelt auch die Netzeinspeisung.

  
  

Wichtige technische Parameter:

• Zyklenfestigkeit (Cycle Life): Gibt an, wie viele Lade- und Entladezyklen ein Akku über seine Lebensdauer hinweg aushält, bevor seine Kapazität signifikant sinkt. Ein hochwertiger Speicher hat in der Regel eine Zyklenfestigkeit von über 6.000 Zyklen.

• Entladetiefe (DoD): Die Entladetiefe bezeichnet den maximalen Teil der Batterie, der entladen werden kann, ohne die Lebensdauer des Akkus zu beeinträchtigen. Typische Werte liegen bei 80–90 %.

• Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad gibt an, wie viel des eingespeicherten Stroms später wieder entnommen werden kann. Bei modernen Systemen liegt dieser zwischen 85–95 %.

• Leistung und Kapazität: Die Kapazität des Speichers wird in kWh angegeben, die maximale Leistung in kW. Beide Werte beeinflussen, wie viel Energie gespeichert und zu welcher Rate entnommen werden kann.

  
  

2. Auslegung und Dimensionierung eines Stromspeichersystems

Die richtige Dimensionierung eines Stromspeichers ist entscheidend für die Wirtschaftlichkeit und die Effizienz des Systems. Zu klein dimensioniert, kann der Speicher die Bedürfnisse des Haushalts nicht ausreichend decken; zu groß, und die Investitionskosten sind unnötig hoch, ohne einen nennenswerten Mehrwert zu bieten.

Wie dimensioniert man den Speicher richtig?

Es gibt verschiedene Faktoren, die bei der Dimensionierung berücksichtigt werden müssen:

Eigenverbrauch:

• Ohne Speicher verbraucht ein Haushalt im Durchschnitt nur etwa 30–40 % des erzeugten Solarstroms selbst; der Rest wird ins Netz eingespeist.

• Mit einem Stromspeicher lässt sich der Eigenverbrauch auf bis zu 70–80 % steigern, da der Strom gespeichert wird, wenn er nicht sofort benötigt wird.

  
  

Speicherkapazität:

• Die Speicherkapazität eines Systems wird in Kilowattstunden (kWh) angegeben und beschreibt, wie viel Strom der Akku speichern kann.

• Eine Faustregel zur Dimensionierung lautet: Speicherkapazität (kWh) = 1 bis 1,5 × täglicher Stromverbrauch (kWh).

• Bei einer typischen Familie mit einem Verbrauch von ca. 12 kWh pro Tag wird ein Speicher von etwa 8 bis 12 kWh empfohlen.

  
  

PV-Anlagengröße:

• Die Leistung der PV-Anlage beeinflusst die Menge des erzeugten Stroms. Generell gilt: PV-Leistung (kWp) ≈ 1–1,5 × Speicherkapazität (kWh). Ein gut abgestimmtes Verhältnis sorgt dafür, dass der überschüssige Strom im Sommer ausreichend gespeichert werden kann, um ihn in den Wintermonaten zu nutzen.

  
  

Wirtschaftliche Aspekte: Lohnt sich die Investition in einen Stromspeicher?

Die Anschaffung eines Stromspeichers ist eine Investition, die sich langfristig auszahlen kann. Die wichtigsten wirtschaftlichen Aspekte sind:

• Strompreise: Der Preis für Netzstrom liegt in Deutschland derzeit bei etwa 30–35 Cent pro kWh. Ein PV-Stromspeicher hilft, den Eigenverbrauch zu steigern und somit die Abhängigkeit vom teuren Netzstrom zu reduzieren.

• Einspeisevergütung: Für den ins Netz eingespeisten Strom erhält man derzeit eine Vergütung von etwa 8–10 Cent pro kWh. Da die Einspeisevergütung deutlich unter dem Preis für selbst genutzten Strom liegt, macht es ökonomisch Sinn, den erzeugten Strom selbst zu verbrauchen.

• Förderungen: Es gibt verschiedene Förderprogramme, sowohl auf Bundes- als auch auf Landesebene, die die Investitionskosten für Speicheranlagen teilweise subventionieren.

Beispielrechnung:

Nehmen wir an, ein Haushalt mit einer 7 kWp PV-Anlage und einem jährlichen Stromverbrauch von 4.500 kWh installiert einen Speicher mit 8 kWh Kapazität.

• PV-Ertrag (7 kWp): ca. 7.000 kWh pro Jahr

• Eigenverbrauch ohne Speicher: 30 % → ca. 2.100 kWh

• Eigenverbrauch mit Speicher (70%): 4.900 kWh

• Einsparung durch erhöhten Eigenverbrauch: 4.900 kWh – 2.100 kWh = 2.800 kWh

Die Amortisationszeit würde rund 10 - 12 Jahre betragen.

4. Integration von Stromspeichern in das Smart Grid und die Energiewende

Moderne Stromspeicher sind nicht nur passive Energiespeicher, sondern auch aktive Komponenten im dezentralen Energiemanagement:

• Sektorenkopplung: Speicher ermöglichen die Integration von PV-Strom in weitere Sektoren wie Elektromobilität (E-Autos) und Wärmeversorgung (Wärmepumpen). Ein Speicher kann die überschüssige Solarenergie nutzen, um ein Elektrofahrzeug zu laden oder eine Wärmepumpe zu betreiben.

• Virtuelle Kraftwerke: Einige Speicherlösungen ermöglichen es, dass Haushalte ihren Speicher an ein virtuelles Kraftwerk anschließen und überschüssigen Strom ins Netz einspeisen. Das System kann sogar zur Stabilisierung des Stromnetzes durch die Bereitstellung von Regelenergie genutzt werden.

• Notstromfunktion: Bestimmte Stromspeicher bieten eine Notstromfunktion, die im Falle eines Stromausfalls für die Versorgung des Haushalts mit Strom sorgt.

Fazit: Lohnt sich ein Stromspeicher?

Ein Stromspeicher für eine PV-Anlage lohnt sich vor allem dann, wenn man den Eigenverbrauch steigern und seine Unabhängigkeit vom Strommarkt erhöhen möchte. Technologisch sind die Systeme ausgereift und bieten zahlreiche Vorteile in Bezug auf Flexibilität, Effizienz und Integration in moderne Smart-Grid-Konzepte. Die Wirtschaftlichkeit hängt von verschiedenen Faktoren ab, insbesondere vom Strompreis und der Speichergröße. Die Amortisationszeiten sind heute häufig in einem akzeptablen Bereich, auch wenn die Anfangsinvestition relativ hoch sein kann.

Für viele Haushalte stellt der Stromspeicher eine wertvolle Erweiterung ihrer Photovoltaikanlage dar – nicht nur aus wirtschaftlicher Sicht, sondern auch als Beitrag zu einer nachhaltigeren und autarken Energieversorgung.