Die Speicher kommen

 
Wer ein Speichersystem sucht, hat ein Problem. Es sind sehr viele auf den Markt gekommen, die sich nur schwer einschätzen lassen. Die Hersteller geben oft unterschiedliche, nicht vergleichbare Daten an, und die Richtlinien sind noch unklar. Der Käufer muss sich trotzdem entscheiden. Um Klarheit in den Markt zu bringen, haben wir deshalb einen umfangreichen Fragenkatalog an Hersteller und Anbieter verschickt. Rund 30 davon haben reagiert. Die Antworten finden Sie in der Tabelle auf den Seiten 46 bis 49.
Doch nach welchen Kriterien lässt sich eine Entscheidung für ein Gerät treffen? Bevor man sich zu sehr den Kopf zerbricht, sollte man anfragen, ob es wirklich lieferbar ist. Etliche Hersteller haben angegeben, dass ihr System gerade eingeführt wurde oder innerhalb des nächsten halben Jahres eingeführt werden wird. Da kann es immer wieder zu Verzögerungen kommen. „Es gibt noch nicht viele Firmen, die außerhalb von Demonstrationsprojekten konkrete Angebote mit Lieferterminen machen können“, sagt Matthias Vetter, Leiter der Abteilung PV Off-Grid Solutions and Battery System Technology am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg.
Jan van der Walle hat in diesem Sommer bereits bei vier Hauseigentümern Solaranlagen mit Batteriespeichern montiert. Die Hauseigentümer kamen mit dem Wunsch nach einem Speichersystem auf ihn zu, nicht weil sie eine besonders hohe Rendite erwirtschaften wollen. „Sie haben Angst vor stark steigenden Stromkosten“, sagt er. Daraufhin hat er sich mehrere Geräte angesehen, doch „gut funktionierende Systeme sind knapp“, sagt auch der Installateur aus der Nähe von Mölln. Er hat sich für das von Nedap entschieden, das als Solarwechselrichter funktioniert. Der Installateur kann eine Batterie daran anschließen, und es kostet nach van der Walles Aussagen nicht viel mehr als ein Solarwechselrichter der oberen Preisklasse.
Eine der größten Schwierigkeiten liegt in einem Detail, an das die wenigsten zunächst denken werden. Netzbetreiber im ländlichen Raum haben oft Bedenken gegenüber einphasigen Anlagen, da diese eventuell die Schieflast im Netz erhöhen. Das Stromnetz hat drei Phasen, die möglichst gleichmäßig versorgt und belastet werden sollen. Bei Photovoltaikanlagen ist es bis zu einer Größe von 4,6 Kilowatt erlaubt, trotzdem nur auf einer Phase einzuspeisen. Bei Speichersystemen gibt es eine Grauzone. „Wir haben daher bei drei Anlagen jeweils drei Speichersystememontiert und an jede Phase eines angeschlossen“, erklärt van der Walle.
Das ist eine, aber nicht die einzige Lösung. Auch einphasige Systeme können installiert werden, wobei sich jedoch die Absprache mit dem Netzbetreiber empfiehlt. Ein kritischer Punkt ist, ob das einphasige Speichersystem auf der einen Phase einspeisen darf, was Elektrogeräte auf der anderen Phase verbrauchen. Viele Stromzähler bleiben dabei stehen, so dass der Zweck des Speichersystems erfüllt ist: die Stromkostenersparnis. Hier gibt es eine Rechtslücke, die unterschiedlich interpretiert wird. Auf der einen Seite etwa Eon Bayern. Der Netzbetreiber sieht darin kein Problem. Auf der anderen Seite zum Beispiel Prosol Invest. Die kleineren einphasigen Speichersysteme dieses Herstellers gehen deswegen ganz vom Netz und verbinden alle drei Phasen zu einer, sobald die Batterien die Verbraucher versorgen. „Um auf der sicheren Seite zu sein“, wie Geschäftsführer Torsten Stiefenhofer sagt. Das Thema erwies sich als so umfangreich, dass wie in der nächsten Ausgabe weiter darüber berichten werden.
Zur Speicherung hat Jan van der Walle Bleibatterien angeschlossen, die pro Kilowattstunde Speicherkapazität rund 1.000 Euro kosten. In diesem Fall war es einfach, einen Aufstellungsort zu finden. In den Häusern gab es noch unbenutzte Kellerräume, die ausreichend belüftet waren.
Aufstellungsort, Batterie- und Wechselrichtergröße und Preise sind nur einige der Details, zu denen wir Hersteller und Händler befragt haben. Der Fragebogen, den wir mit Experten aus der Industrie entwickelt haben, enthält über 100 Fragen, deren Beantwortung nötig ist, um die Systeme richtig einschätzen zu können.

Kriterien für die Auswahl

Es ist klar, dass bei dieser Komplexität die fachgerechte Auswahl eine Herausforderung ist. Eine Möglichkeit ist, auf die Beratung durch die Händler zu vertrauen. Bei vielen Systemen fungieren sie als Systemintegratoren und stellen eine passende Kombination aus Wechselrichter und Batterie zusammen. Denn einige Hersteller wie SMA und Nedap bieten die Elektronik ohne Batterie an. Andere wie Solutronic oder Prosol Invest liefern die Batterien mit.
Natürlich können auch die Preise ein Auswahlkriterium sein. Einige Anbieter haben unverbindliche Preisempfehlungen für Endkunden genannt. Beim billigsten System kostet die Kilowattstunde nutzbare Speicherkapazität 600 Euro, beim teuersten 3.000 Euro. So richtig vergleichen lassen sich die Preise allerdings nicht. Zu unterschiedlich ist der Lieferumfang und die Dimensionierung der Komponenten.
Ein Teil der großen Preisdifferenzen erklärt sich außerdem durch die Unterschiede der verwendeten Batterien, deren Qualität und Nutzungsparameter. Auf die Frage, nach welchem Zeitraum die Batterie getauscht werden muss, geben einige Anbieter fünf Jahre an, andere 20. Je nachdem, welchen Preisverfall man bei Batterien annimmt, kann es sich lohnen, statt der teuren haltbaren Batterie eine billigere zu kaufen und darauf zu spekulieren, dass der Ersatz in einigen Jahren viel günstiger sein wird.
Die Dimensionierung von Solaranlage und Batteriekapazität ist eine heikle Aufgabe. Sie legt bereits teilweise fest, welche Speichersysteme überhaupt in Frage kommen. Bei den sogenannten DC-gekoppelten Systemen sind die sinnvolle Batteriegröße und die Solarwechselrichtergröße in einem engen Rahmen aneinander gekoppelt. Bei AC-gekoppelten Systemen ist die Flexibilität größer. Allerdings bieten Händler oft nur einige feste Batteriegrößen an. Die Artikel auf den Seiten 50 und 55 geben Hinweise, wie die Dimensionierung die beiden wichtigen Größen, nämlich Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad, beeinflussen.

Wie teuer darf es sein?

Wichtig für die Dimensionierung ist, was der Endkunde will. Will er einen möglichst hohen Autarkiegrad, ist die Antwort eine andere, als wenn er einen möglichst hohen Eigenverbrauchsanteil wünscht. Damit verknüpft ist die Frage, ob er eine besonders hohe Rendite erzielen will, ob es ihm reicht, wenn er nicht draufzahlen muss, oder ob es ihm egal ist, da er eben eine gewisse Autarkie wertschätzt. Eine genaue Renditerechnung ist allerdings kaum möglich, da man dazu die Strompreisentwicklung prognostizieren müsste, ebenso die Batterielebensdauer und den Preisverfall für die Ersatzbatterie.
Eine einfache Überschlagsrechnung über 20 Jahre zeigt, welche Summe ein System in einem Haushalt wieder erwirtschaftet, der 4.700 Kilowattstunden Strom pro Jahr verbraucht und durch das Batteriesystem zu 50 Prozent autark wird. Unter der spekulativen Annahme, dass der Strompreis bis 2030 auf 35 Cent pro Kilowattstunde steigt und die Investition mit zwei Prozent verzinst werden soll, würde das Solar- und Speichersystem in Preisen von 2013 rund 12.000 Euro an Stromkosten einsparen – da ist die Ersatzinvestition in eine neue Batterie nach einigen Jahren noch nicht abgezogen. Rechnet man die Einspeisevergütung für den nicht selbst verbrauchten Strom dazu, können immerhin rund 18.000 bis 20.000 Euro investiert werden, je nachdem welche Wartungskosten und Moduldegradation eingerechnet wird.
Der nötige Autarkiegrad von 50 Prozent könnte mit einer Solaranlage von rund fünf Kilowattpeak und einer Stromspeicherkapazität von rund 3,5 Kilowattstunden erreichbar sein (siehe Grafiken Seite 54 und 57). Es sind jedoch auch andere Kombinationen denkbar. Ein Blick in die Marktübersicht und die begleitende Abfrage von Projektauslegungen (siehe Kasten unten) zeigt, dass nach den Angaben der Hersteller diese Preise durchaus im Rahmen des Möglichen liegen. Auch die in der Überschlagsrechnung angenommenen zwei Prozent Verzinsung sind in Zeiten der Eurokrise durchaus respektabel.
Wer bei der Dimensionierung ökonomisch optimieren will, muss die Größe der Solaranlage und des Speichersystems an den Verbrauch anpassen. Dabei steigen der Eigenverbrauchsanteil und der Autarkiegrad mit größerer Speicherkapazität an. Doch der Effekt wird mit steigender Größe geringer (siehe auch Grafiken auf den Seiten 54 und 57). Anders ausgedrückt: Für jede zusätzliche Kilowattstunde Batteriekapazität gibt es etwas weniger zusätzliche Stromkostenersparnis. In dem betrachteten Beispiel eines Haushaltes mit 4.700 Kilowattstunden Verbrauch und einer Fünf-Kilowatt-Solaranlage könnte eine sinnvolle Grenze daher bei vier bis sechs Kilowattstunden Batteriekapazität liegen. Tendenziell finanzieren sich kleine Solaranlagen mit kleinen Batterien leichter durch die Stromkostenersparnis als große. Sie versprechen natürlich keine besonders hohe Autarkie.

Batteriewahl: Blei oder Lithium?

Zu den ökonomischen Aspekten finden sich Rechnungen in einigen Prospekten der Hersteller und Händler und auf deren Webseiten. Am schwierigsten dürfte für Kunden und Installateure einschätzbar sein, welche Batterie sie wählen sollen. Schon bei der Frage, ob Blei oder Lithium eingesetzt wird, scheiden sich die Geister. Mit Bleibatterien gibt es relativ viel Erfahrung, so dass ihr Verhalten abschätzbar ist. Lithiumbatterien haben jedoch auch große Vorteile. Bei Bleibatterien lassen sich in Photovoltaikanwendungen nach Aussage von Matthias Vetter Wirkungsgrade von rund 86 Prozent erreichen. Dies sind Erfahrungswerte aus Offgrid-Anwendungen. Mit Lithiumbatterien sind dagegen über 95 Prozent auf Batteriesystemebene möglich.
Was die Lebensdauer betrifft, haben Lithiumbatterien im Prinzip ebenfalls die Nase vorn. „Legt man deutsche Einstrahlungsverhältnisse zugrunde, dann werden Batteriesysteme in einer typischen Systemauslegung in den 20 Jahren Laufzeit der Solaranlage mit umgerechnet 3.000 bis 4.000 Zyklen belastet, vorausgesetzt sie weisen auch eine kalendarische Lebensdauer
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von 20 Jahren auf“, sagt Vetter. Spezielle Lithiumtechnologien wie beispielsweise Batterien auf Basis von Lithiumtitanat können sogar über 7.000 Vollzyklen erreichen.
Wie viele Zyklen eine Batterie aushält, hängt jedoch auch davon ab, wie tief sie entladen wird und wie viel der Batteriekapazität effektiv genutzt werden. Daher haben wir auch abgefragt, wie die einzelnen Systeme eingestellt sind und wie viele Zyklen die Anbieter unter diesen Bedingungen erreichen. Die Zyklenzahl gibt an, wann die Kapazität der Batterie auf 80 Prozent der Nennkapazität abgesunken ist. Deshalb ist es auch nicht gesagt, dass die Batterie dann unbedingt getauscht werden muss. Wenn der Kunde die geringere Kapazität akzeptiert, kann sie durchaus noch weiterlaufen.
Die in der Tabelle vorgestellten Systeme unterscheiden sich relativ stark in ihrer Lade- und Entladeleistung. Von der Ladeleistung hängt es ab, wie schnell die Batterie morgens geladen werden kann – vorausgesetzt, dass der Solargenerator groß genug ist und die Sonne scheint. Die Entladeleistung bestimmt, welche Stromspitzen im Haushalt abgedeckt werden können. Die Grafik auf Seite 56 unten zeigt den Stromverbrauch eines Haushaltes: Der Herd benötigt dabei vier Kilowatt und der Kühlschrank mit seinen zwar immer nur sehr kurzen Verbrauchsspitzen immerhin noch rund ein Kilowatt. „Wenn die Leistungselektronik billig ist, spricht nichts gegen eine hohe Lade- und Entladeleistung“, sagt Matthias Vetter. Doch wenn sie ins Geld geht, könnte es sinnvoll sein, die Lastspitzen mit Netzstrom zu decken. C-Raten von eins und mehr sind in der Regel nicht nötig. „Eine hohe Be- und Entladeleistung sorgt aber dafür, dass das System flexibel auf Wetter- und Verbrauchsschwankungen reagieren kann“, gibt Armin Schmiegel von Voltwerk zu bedenken. „Das kann gerade bei wechselhaftem Wetter oder bei Ost-West-Dächern von Bedeutung sein, denn die Batterie kann dann schnell beladen werden.“ Wichtig sei auch, dass im Notstrombetrieb die AC-Leistung durch die Batterieentladeleistung beschränkt ist.

AC versus DC

Eine Grundsatzentscheidung ist, ob man DC- oder AC-gekoppelte Systeme wählt (siehe Grafik oben). Die ersten Geräte, die aus dem Offgrid-Bereich kommen oder als Notstromversorgungen entwickelt wurden, wie etwa die Sunny-Backup-Serie von SMA, sind AC-gekoppelt. Das bedeutet, dass die Batterie über einen Konverter und Laderegler an das Hausnetz angeschlossen wird und unabhängig von der Solaranlage läuft. Der Konverter richtet zum Ladevorgang den Wechselstrom gleich, zum Entladevorgang wandelt er den Gleichstrom aus der Batterie zu Wechselstrom. Konverter und Laderegler werden auch als Batteriesteller oder Batteriewechselrichter bezeichnet.
DC-gekoppelte Systeme gibt es noch nicht so lange. Eines der ersten wurde von Voltwerk und Partnern aus Forschung und Industrie im Forschungsprojekt Solion entwickelt (siehe photovoltaik 07/2010, Seite 84). Letztes Jahr haben unter anderem E3DC, Solutronic und Nedap weitere Systeme dieser Art vorgestellt. Bei ihnen sitzt der Laderegler für die Batterie im Gleichstrom-Zwischenstromkreis des Solarwechselrichters. Dadurch wird die Leistungselektronik des Wechselrichters sowohl für den Strom aus dem Solargenerator als auch für den aus der Batterie genutzt. Der größte Vorteil der sogenannten DC-Hochvoltsysteme ist, dass sie im Prinzip höhere Wirkungsgrade als AC-Systeme haben.
Die aktuellen Angaben der Hersteller zu den Systemwirkungsgraden (zu finden in der Online-Marktübersicht) zeigen jedoch keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen AC- und DC-gekoppelten Systemen. Sie schwanken bei beiden zwischen 80 und 90 Prozent. Allerdings ist nicht standardisiert, wie diese Werte ermittelt werden, so dass sie sich nicht unbedingt vergleichen lassen. Wir haben deshalb auch die Wirkungsgrade „Solargenerator zur Batterie“ abgefragt, bei denen DC-Systeme ihre Stärken ausspielen sollten. Die Geräte mit den höchsten Werten sind zwar DC-Systeme, doch sie sind nicht grundsätzlich besser als die AC-Systeme. Es gibt auch Gründe, die für AC-Systeme sprechen. Sie sind flexibler planbar und einsetzbar. Sie können nachträglich eingebaut werden, ohne dass der Solarwechselrichter gewechselt werden muss, und das Batteriesystem ist unabhängig vom Solarwechselrichter dimensionierbar.
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