Batteriespeicher für Stecker-Solargeräte

Vor zwei Jahren ist auf dieser Webpräsenz ein Artikel rund um Stecker-Solargeräte erschienen, welcher auch die Frage behandelte ob ein ergänzender Batteriespeicher einen Sinn ergibt. Die Antwort lautete damals knapp und eindeutig nein, es ergibt wirtschaftlich keinen Sinn. Seitdem sind die Strompreise weiter gestiegen und die Preise für Batterien sind gefallen. Zeit sich dieser Fragestellung noch einmal etwas ausführlicher zu widmen

Das prinzipielle Problem ist dabei das gleiche wie bei den großen Anlagen für erneuerbare Energien. Solar- und Windkraft erzeugen nicht beständig Strom. Weht kein Wind, scheint keine Sonne, dann wird kein Strom produziert. Weht ein Sturm, dann wird unter Umständen zu viel Strom produziert. Das gleiche Problem existiert selbst bei Stecker-Solargeräten. Die Sonne scheint, es werden 500 Watt Leistung produziert, der Haushalt verbraucht aber nur 100 Watt. Nachts würde man jetzt gerne die vorher im Überschuss produzierte Energie nutzen. Doch ist der Strom einmal in das Stromnetz eingespeist, gibt es derzeit kein zurück. Ein Batteriespeicher könnte jetzt die, über den Eigenverbrauch hinaus, produzierte Energie speichern und später wieder abgeben.

Der Inhalt dieses Artikels gliedert sich in folgende Abschnitte:

1. Am Anfang werden Eigenschaften von Batterien beschrieben und unterschiedliche Batterietechnologien betrachtet. Daraus folgernd, welcher Typ von Batterie für einen heimischen Solar-Batteriespeicher in Frage käme.

2. Der zweite Abschnitt widmet sich dem konzeptionellen Aufbau eines Solar-Batteriespeichers. Welche Komponenten werden wofür benötigt.

3. Folgend im dritten Abschnitt wird die Dimensionierung eines Solar-Batteriespeichers betrachtet.

4. Im vierten Abschnitt geht es ganz praktisch darum einen Eindruck der preislichen Situation auf dem Markt zu gewinnen. Was würde ein Batteriespeicher heute kosten?

5. Der fünfte Abschnitt schätzt ganz grob ab, ob sich ein Solar-Stromspeicher wirtschaftlich rechnet.

6. Im Fazit wird ein Resümee des Betrachteten gezogen.

Notiz: Muss man sich mit all den Details herumschlagen oder kann man sich nicht einfach irgend eine fertige Anlage installieren lassen? Natürlich geht das, es kostet aber natürlich auch Geld. Am Ende hat es Einfluss auf die Frage der Wirtschaftlichkeit. Je mehr Sie selbst wissen, desto besser können Sie diese Frage für sich beantworten. Hier leistet dieser Artikel Hilfestellung.

Notiz: In diesem Artikel wird hauptsächlich die Wirtschaftlichkeit als Kriterium betrachtet. Es gibt natürlich auch den ideellen Wert etwas zur Energiewende beigetragen zu haben. Ein Batteriespeicher produziert zwar keinen Strom trägt aber dazu bei, dass derzeit fossil betriebene Kraftwerke zum Lastausgleich, wie Gaskraftwerke, etwas weniger beansprucht werden.

Batterietechnologien

Die Tauglichkeit einer bestimmten Batterietechnologie für eine bestimmte Anwendung wird durch eine Reihe von Eigenschaften bestimmt. So ist es z.B. leicht nachvollziehbar das die Wiederaufladbarkeit eine Voraussetzung für den Einsatz als Batteriespeicher ist. Im folgenden eine Reihe von weiteren wichtigen Eigenschaften, welche eine Batterie kennzeichnen.

• Die elektrische Belastbarkeit - Batterietypen mit einer hohen elektrischen Belastbarkeit können mit hohen Strömen geladen und entladen werden, ohne das es deren Lebensdauer all zu sehr beeinträchtigt. Ein Beispiel, Starterbatterien für PKW müssen in der Lage sein kurzfristig sehr hohe Ströme zu liefern. Es gibt aber auch Batterietypen, wo hohe Ströme zu hohen Temperaturen und damit unerwünschten Prozessen in der Zellchemie einhergehen. Für den Hausgebrauch braucht ein Batteriespeicher nur moderate Ströme liefern, da zusätzliche Energie aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen werden kann.

• Die Energiedichte - Die Energie welche eine Batterie in einem bestimmten Volumen speichern kann (volumetrische Energiedichte). So dürfte es eingängig sein das z.B. für mobile Anwendungen (Smartphone-Akku) eine sehr hohe Energiedichte vorteilhaft ist. Für einen festen Batteriespeicher zu Hause ist diese Eigenschaft nicht ganz so wichtig, allerdings auch nicht völlig vernachlässigbar.

• Die elektrische Kapazität - Die Ladungsmenge einer Batterie, welche oft in Ampere über eine Zeiteinheit angegeben wird, z.B. Amperestunden (Ah). Eine Batterie mit 50Ah ist z.B. in der Lage 5A über 10 Stunden zu liefern. Die Kapazität in elektrischer Energie (Wattstunden) kann einfach errechnet werden, in dem man die Amperestunden mit der Nennspannung einer Batterie multipliziert. Ein Beispiel, 50Ah zu 12 Volt ergeben 600 Wattstunden, bzw. 0,6 kWh (Kilowattstunden). Ein eigenes Kapitel widmet sich der Frage, wieviel elektrische Kapazität für einen heimischen Batteriespeicher empfohlen werden.

• Die Entladetiefe (engl.: DoD - Depth of Discharge) - Die elektrische Ladung, welche einer Batterie entnommen werden kann, ohne deren Lebensdauer über Gebühr zu beeinträchtigen. Tiefenentladungen wirken sich sehr negativ auf eine Batterie aus. Als Resultat wird in der Praxis die Kapazität einer Batterie nicht zu 100% genutzt, sondern es wird versucht die Ladung in einem bestimmten Bereich zu halten. Je nach Batterietyp variiert die mögliche Tiefe der Entladung. Bei manchen Batterietypen können nicht nur Tiefenentladungen sondern auch Überladungen die Langlebigkeit beeinträchtigen.

• Die Langlebigkeit - Wie oft eine Batterie geladen und wieder entladen werden kann. Hierzu wird der Begriff Zyklus verwendet. Ein Zyklus ist eine einhundertprozentige Ladung und Entladung. Zwei Wiederholungen zu jeweils 50% entladen und aufladen, ergeben z.B. einen kompletten Zyklus. Idealerweise sollte ein Batteriespeicher für den Haushalt so langlebig wie möglich sein. Falls man konkret einen Richtwert benötigt, dann könnten 10 Jahre Orientierung bieten.

• Wirkungsgrad - Der Wirkungsgrad bestimmt wie viel zugeführte elektrische Energie gespeichert und wieder abgegeben wird. Umgangssprachlich, wie viel von dem per Solar erzeugten Strom tatsächlich später wieder genutzt werden kann. Der Wirkungsgrad sollte generell so hoch wie möglich sein.

• Temperaturbeständigkeit - Hohe Temperaturen können zu einer beschleunigten Alterung von Batterien führen, die verfügbare Kapazität sinkt schneller. Niedrige Temperaturen können ebenfalls die Kapazität einer Batterie beeinflußen, wenn z.B. Lithium-Ionen sich als Lithium-Metall an der Anode anlagern.

• Es gibt noch mehr Eigenschaften, wie Gewicht, Sicherheit, Selbstentladung, Alterung über die Zeit, verwendete Materialien. Diese sind nicht unwichtig. Doch um diesen Artikel nicht zu lang werden zu lassen und da diese Eigenschaften bei der folgenden Betrachtung über alle Batterietypen entweder gewährleistet sind oder für die Anwendung als Batteriespeicher nicht primär im Fokus stehen, werden diese nicht weiter erörtert.

Batterien basierend auf Blei-Säure, werden weltweit in Massen eingesetzt. Sei es als Starterbatterie in Autos, als Batteriespeicher in Wohnmobilen oder als Notversorgung für z.B. Mobilfunkanlagen. Entsprechend günstig sind die Batterien in der Beschaffung. So konnte ich Batterien für ca. 75€ / KWh finden. Ein großer Nachteil, diese Batterien haben nur eine Langlebigkeit von wenigen hundert Ladezyklen und sollten nur moderat entladen werden. Moderne sogenannte AGM-Batterien (AGM: Absorbent-Glass-Mat) bieten eine bessere Langlebigkeit mit Ladezyklen in einem mittleren dreistelligen Bereich, bei ca. 50% Entladetiefe. Doch die Kosten liegen dann bei ca. 120€ / KWh. Es gibt noch leistungsfähigere Batterietypen basierend auf Blei-Kohlenstoff, mit dann wieder höheren Kosten.

Blei-Säure Batterien eignen sich nur bedingt als solare Batteriespeicher. Ein großer Nachteil ist ihre relativ geringe Lebensdauer. Ferner, dass die Entladetiefe in der Praxis nur moderat ist (ca. 50%), wenn man die eh schon geringe Lebensdauer nicht weiter belasten will. Die moderate Entladetiefe könnte man mit einer höheren Gesamtkapazität ausgleichen, was aber wieder höhere Kosten verursacht. Auch bei der Energiedichte schneiden Blei-Säure Batterien relativ schlecht ab (Quelle 1), sprich man benötigt mehr Platz. Der Faktor welcher, aus meiner Sicht, am schwersten negativ wiegt ist der schlechte Wirkungsgrad von ca. 65% (Quelle 2).

Lithium-Ionen Batterien finden seit ca. zwei Jahrzehnten große Verbreitung. Dabei steht der Begriff „Lithium-Ionen” für alle Batterien, welche das Element Lithium massgeblich in der Zellchemie verwenden, sei es als Teil des Elektroden-Material und/oder des Elektrolyts. Lithium-Ionen Batterien weisen eine deutlich höhere Energiedichte auf als z.B. Blei-Säure Batterien, ferner sind sie langlebiger. Des Weiteren ist der Wirkungsgrad von Lithium-Ionen Batterien mit ca. 95% sehr gut. Innerhalb der verschiedenen Typen von Lithium-Ionen Batterien gibt es deutliche Unterscheidungen in den Eigenschaften. So ist z.B. die Energiedichte von Litihium-Cobaltdioxid Batterien (LiCoO2) sehr hoch. Ein Grund warum dieser Batterietyp in Smartphones weite Verbreitung findet. Auf der anderen Seite neigen Litihium-Cobaltdioxid Batterien schneller zum thermischen Durchgehen. Somit eignet sich dieser Batterietyp weniger für größere Batteriekapazitäten wie sie in einem PKW oder auch für Batteriespeicher benötigt werden.

Für Batteriespeicher werden derzeit in der Regel Lithium-Eisenphospat Batterien (LiFePo4) verwendet. Die Energiedichte ist im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen Batterietypen gering. Dafür weisen Lithium-Eisenphospat Batterien eine hohe Langlebigkeit auf und können mit hohen Strömen geladen und entladen werden (Quelle 3). Der empfohlene Betriebstemperaturbereich liegt bei 0 bis 40 Grad Celsius. Ein Betrieb etwas außerhalb dieses Bereichs, führt nicht direkt zu einem Defekt kann aber die Langlebigkeit beeinträchtigen. Ferner kann die Kapazität einer Lithium-Eisenphosphat über einen großen Kapazitätsbereich genutzt werden, ohne die Langlebigkeit zu sehr zu beeinträchtigen. Auch sind die verwendeten Materialien bezüglich Umweltaspekten unproblematischer als Lithium-Ionen Batterien basierend auf Kobalt oder Nickel. Lithium-Eisenphosphat Batterien sind mit ca. 200€ / KWh allerdings teurer pro kWh Kapazität als klassische Blei-Säure Batterien.

Notiz: Die Entwicklung im Bereich der Batterietechnologien ist derzeit rasant. So wird unter dem Oberbegriff „Natrium-Ionen”, an einer neuen Batterietechnologie sowohl geforscht, als auch schon erste Produktionskapazitäten aufgebaut (Quelle 4). Der Vorteil dieser Batterietechnologie sind die kostengünstigen und aus Umweltsicht unkomplizierten verwendeten Materialien. Die Energiedichte ist nochmals etwas geringer als im Vergleich zu Lithium-Eisenphospat, aber immer noch deutlich höher als Blei-Säure Batterien. Der Wirkungsgrad ist ähnlich hoch wie bei Lithium-Ionen Batterien. Sehr gute Voraussetzungen für stationäre Anwendungen wie einen Solar-Batteriespeicher. Noch etwas mehr Zukunftsmusik, aber auch vielversprechend sind sogenannte Feststoff-Batterien, wo das Elektrolyt nicht mehr flüssig ist (Quelle 5). Ein guter Grund dran zu bleiben und zu schauen was die Zukunft bringt.

Konzeptioneller Aufbau eines solaren Batteriespeichers

Hier eine konzeptionelle Darstellung eines solaren Batteriespeichers und der benötigten Komponenten.

Energiequelle: Um einen Stromspeicher zu laden, benötigt es eine Energiequelle, welche den Strom erzeugt. Für einen solaren Batteriespeicher stellen Solarmodule die Energiequelle dar. Dafür muss man nicht zwingend Dachflächen sein eigen nennen. Auch kleine Solar-Steckergeräte produzieren Strom und können oft problemlos auf einer Terrasse oder einem Balkon installiert werden.

Batterie: Für die Speicherung des Stroms werden Batterien benötigt. Eine Batterie, kann dabei unterschiedlich aufgebaut sein. Das kann ein schlüsselfertiges System sein, welches die gesamte Batterie, den Laderegler, das Batteriemanagementsystem und den Wechselrichter beinhaltet. Es kann aber auch ein kleinteilig aufgebautes System sein, wo z.B. die Batterie aus einzelnen Zellen von einem selbst zusammengefügt wird.

Laderegler: Der Laderegler hat die Funktion die Ladeströme und Entladeströme zur gesamten Batterie als ganzes zu kontrollieren. Dabei wird die Ladung der Batterie in einem idealen Bereich gehalten und eine Überladung, bzw. Tiefenentladung verhindert. Ferner werden die Ladeströme auf einen zum Batterietyp passenden Wert begrenzt. Als weiterer Parameter wird die Temperatur in Betracht gezogen, um bei ungeeigneten Umgebungstemperaturen eine Schädigung der Batterie zu verhindern. Moderne Laderegler sind programmierbar und bieten für die gängigen Batterietypen, wie Lithium-Eisenphospat, passende und wählbare Profile.

Batteriemanagementsystem (BMS): Ein Batteriesystem für Batteriespeicher wird aus vielen einzelnen Batteriezellen aufgebaut. Das ist bei manchen Produkten nicht immer direkt ersichtlich, da oft ein Gehäuse die einzelnen Batteriezellen kapselt. Dabei gleichen sich keine zwei Batteriezellen exakt, wo z.B. eine Zelle noch ein wenig geladen werden kann, beginnt für eine andere Zelle schon der Bereich der Überladung. Ein Batteriemanagementsystem überwacht und schützt jetzt ein Batteriesystem auf Zellebene. Überladungen, Tiefenentladungen werden verhindert und die Steuerung der Ladung, Entladung auf Zellebene sorgt für einen Ausgleich der Ladung zwischen den einzelnen Batteriezellen.

Wechselrichter: Das häusliche Stromnetz basiert auf 230V Wechselspannung. Ein Solarmodul produziert Gleichspannung, eine Batterie funktioniert ebenfalls mit Gleichspannung. Um nun den mit Gleichspannung produzierten oder gespeicherten Strom verwenden zu können muss dieser konvertiert werden. Das ist die Funktion des Wechselrichters. Am Eingang wird eine Gleichspannungsquelle angeschlossen, am Ausgang liegen dann 230V Wechselspannung an. Des Weiteren soll der von der Batterie gespeicherte Strom dafür sorgen, dass der eigene Verbrauch reduziert und nicht einfach in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Um das zu bewerkstelligen muss der eigene Verbrauch im Haushalt gemessen werden, um damit die Ausgangsströme des Batteriespeichers zu regulieren. Diese Funktion unterstützen Wechselrichter mit Strombegrenzer (engl.: grid tie inverter with limiter).

Notiz: Eine langfristige Vision ist, dass fast jeder einen Stromspeicher bei sich zu Hause installiert hat. Ein intelligentes System steuert dabei, wann der Stromspeicher aus dem öffentlichen Stromnetz geladen wird und wann entladen, basierend auf Parametern wie dem aktuellen Strompreis. In der Breite hat sich dieser Ansatz, stand heute, noch nicht durchgesetzt und soweit mir ersichtlich, sind die Angebote für Privatkunden auch nur mäßig Attraktiv.

Dimensionierung eines Solar-Stromspeichers

Es dürfte eingängig sein, dass um Strom zu speichern, davon in einem Augenblick mehr produziert werden muss als verbraucht. Damit sind auch schon zwei Hauptfaktoren benannt. Zu einem Ihr persönlicher Stromverbrauch, zum anderen die produzierte Leistung.

Eine Forschungsgruppe an der HTW-Berlin untersucht jährlich Stromspeicher für den privaten Haushalt. In Ihrem veröffentlichten Resümee (Quelle 6) befindet sich auch eine Grafik, welche ganz grob einen Eindruck vermittelt welche Dimensionierung basierend auf den eben genannten beiden Faktoren Sinn ergibt.

Wichtig dabei ist zu beachten das die „nutzbare” Speicherkapazität empfohlen wird. Tiefenentladungen gilt es zu vermeiden, bei einer Batterietechnologie mehr, bei einer anderen weniger. Wenn man nun eine Batterietechnologie einsetzt, welche für Entladungen auf bis zu 30% Ihrer Gesamtkapazität eine akzeptable Lebensdauer bietet, dann muss die gesamte Batteriekapazität entsprechend höher ausgelegt werden.

Ferner wird davon ausgegangen, dass der Stromspeicher dazu dient den Eigenverbrauch sinnvoll zu erhöhen, nicht um komplett autark seinen eigenen Strom zu erzeugen. Letzteres fällt hierzulande sehr schwer, aufgrund der Sonneneinstrahlung im Winter, bzw. der Abwesenheit dieser.

Das Schlagwort Eigenverbrauch ist auch in dem Zusammenhang wichtig, als das der ein oder andere über die Möglichkeit verfügt den Eigenverbrauch zu erhöhen in dem schlicht zum passenden Zeitpunkt die Waschmaschine eingeschaltet wird oder das E-Auto aufgeladen. Im besten Fall bleibt dann so gut wie kein Strom zum laden eines Batteriespeichers über.

Ist man hingegen über den Tag selten zu Hause und verbraucht dann entsprechend wenig Strom, dann ist ein Batteriespeicher mit einer etwas höheren Kapazität sinnvoller.

Des Weiteren ist es wichtig zu beachten, dass es nicht ausreicht eine Anlage von z.B. 5kWp Spitzenleistung zu besitzen, sondern die 5kW sollten auch real und häufig erzeugt werden. Sind die Solarmodule z.B. nordseitig ausgerichtet oder häufig verschattet, dann wird in der Praxis weniger Leistung erzeugt.

Interpoliert man die Angaben obig erwähnter Grafik und auch andere im Netz findbare Faustformeln (z.B. Quelle 10) auf ein Steckersolar-Gerät, wo real 500W Leistung erzeugt werden, dann kommt man auf eine sinnvolle Batteriekapazität von um die 1 bis 1,5kWh.

Marktsituation für Solar-Stromspeicher

Wer sich bezüglich Solar-Stromspeicher umsieht kann erstaunt sein wie breit die Preise gestreut sind. Dahinter stecken aber eine Reihe von Faktoren, welche sich bei kurzem Nachdenken erschließen. So sind schlüsselfertige Systeme in der Anschaffung und Installation deutlich unkomplizierter, aber auch deutlich teurer. Wer zu einer Do-It-Yourself Lösung greift, kann erheblich sparen, muss aber deutlich mehr Zeit und Wissen mitbringen, dazu eine gewisse Risikobereitschaft. Auch die Herkunft der Komponenten kann einen Unterschied machen. So können per „Ali-Express” Batteriezellen günstig direkt aus China geordert werden. Dafür haben eventuelle Dispute mit dem Händler das Potential signifikant aufwendiger zu werden, inklusive dem Risiko das man das Handelsgut eventuell abschreiben muss.

Bezüglich der Energiequelle, im Zusammenhang mit diesem Artikel den Solarmodulen, verweise ich auf meinen Artikel bezüglich Stecker-Solargeräte. Kurz wiederholend ein Stecker-Solargerät mit ca. 300Wp und allem was dazugehört ist für ca. 500€ zu haben. Für eine Leistung von 600Wp muss man einen Aufschlag von ca. 250€ einrechnen.

Als einziges schlüsselfertiges System eines Batteriespeichers für Solar-Steckergeräte konnte ich das „Solmate Naked” von dem Hersteller EET entdecken. Kostenpunkt hier, 2000€ für 1 kWH Speicherkapazität. Alternativ muss man sich bei einer kleinen Kapazität von 1 kWh auf dem Markt für mobile Batteriespeicher umsehen, Schlagwort „Powerstations”. Nach kurzer Recherche kosten solche Systeme ca. 1000 bis 1500€ für eine Speicherkapazität von um die 1kWh. Zwei Beispiele für solcher Systeme, „Jackery Explorer” und „EcoFlow Delta”. Ferner muss man beachten, dass letztere Systeme schlüsselfertig sind, im Sinne eines autarken Inselbetriebs direkt angeschlossener Geräte. Möchte man solch ein System an das Hausstromnetz anschließen, dann muss man sich detailliert erkundigen wie das für das jeweilige System funktionieren könnte. Wahrscheinlich dürfte es auf einen zusätzlichen externen Wechselrichter hinauslaufen, mit Kosten von um die 300€.

Für Systeme im Eigenbau sollte man die Batterie, das Batterie-Management-System, den Laderegler und den Wechselrichter getrennt betrachten.

Bezüglich der Batterie gibt es fertige 12V LiFePO4-Akkupacks, mit integriertem Batterie-Management-System. Zum Beispiel könnte man drei 12V Akkupacks mit jeweils 30Ah zusammen schalten, um eine Batteriekapazität von etwas mehr als 1kWh zu realisieren. Die Kosten für 1kWh Batteriekapazität liegen damit bei um die 400€.

Günstiger wird es wenn man die Batterie kleinteiliger aufbaut und direkt LiFePO4 Batteriezellen auf 3,2V Basis verwendet und miteinander verschaltet. 1kWh Batteriekapazität kosten bei diesem Ansatz ca. 260€ mit z.B. zwölf 3,2V LiFePO4 30Ah Zellen bei Händlern mit Standort in China. Ein System aus z.B. dreißig 3,2 V 12800mAh LiFePO4 Rundzellen, wird noch kleinteiliger, Verschaltung, Battery-Management-System und mechanische Installation werden aufwendiger. 1 kWh Kapazität liegen bei Direktbestellung über den Online-Versandhändler „AliExpress” dann aber bei um die 150€.

Einfache Batterie-Management-Systeme sind für wenige zehn Euro zu beziehen. Die Produkte sind dann in der Regel bestückte Platinen, nicht programmierbar und fest für bestimmte Batterie-Zellen ausgelegt.

Stand der Technik im solaren Bereich sind derzeit sogenannte MPPT-Laderegler (Maximum Power Point Tracker), welche die Eingangsseitig anliegende Spannung von den Solarmodulen in eine passende Spannung für die Batterien wandeln. Dabei werden die Ströme entsprechend angepasst, sprich bei einer Konvertierung höherer Spannung auf niedrigere werden höhere Ströme geliefert, die Leistung bleibt, grob gesehen, gleich. Laderegler sind meist programmierbar und können auf die jeweils angeschlossene Batterie parametrisiert werden. Die Kosten liegen bei um die 100€.

Ein Wechselrichter wandelt die Gleichspannung eines Batteriespeichers in die 230V Wechselspannung des Stromnetzes im Haushalt. Es findet dabei sowohl eine passende Synchronisierung der Wechselspannung statt, als auch eine Begrenzung der Ausgangsströme, sowie eine Schutzabschaltung bei Ausfall des Stromnetzes, bzw. Instabilitäten. Wechselrichter mit Strombegrenzungsfunktion im Rahmen der bei Stecker-Solargeräten üblichen Leistung kosten 250 bis 300€. Ein Wechselrichter wird allerdings immer benötigt, gleich ob Sie Ihr Stecker-Solargerät ohne oder mit Batteriespeicher betreiben wollen. Einfache Wechselrichter für den Direktanschluss eines Solarmoduls an ein Stromnetz ohne Strombegrenzung sind um die 100€ günstiger.

Nicht vergessen sollte man noch die Kosten für die mechanische Installation, z.B. einen Schaltschrank zur Unterbringung all der Komponenten und eventuell benötigter Kleinteile.

Summa summarum, liegen die Kosten für einen 1 kWh Batteriespeicher somit im Bereich von 400€ bis 2000€. Die Kosten für die Solarmodule exklusive, bezüglich des Wechselrichters wurden 100€ einkalkuliert.

Wirtschaftlichkeit eines Solar-Stromspeichers

Der einfachste Ansatz für die Berechnung der Wirtschaftlichkeit ist es, den Stecker-Solargeräte-Simulator der HTW-Berlin zu verwenden (Quelle 8). Dort können Sie Ihre individuellen Rahmendaten eingeben und bekommen als Resultat eine Schätzung inwieweit sich die Anschaffung eines Stecker-Solargerätes, mit und ohne Batteriespeicher lohnen könnte.

Für ein 600Wp Stecker-Solargerät, einen 1 kWh Batteriespeicher, Südausrichtung, 2000 kWh Stromverbrauch, einen Berechnungszeitraum von 15 Jahren, rentiert sich ein Batteriespeicher bei einem Preis von ca. 1000€ oder günstiger. Beachten Sie dabei aber, dass dies die Idealsituation ist. Sobald die Faktoren ungünstiger für einen Batteriespeicher werden, wie höherer Eigenverbrauch, Nordausrichtung bzw. teilweise Verschattung des Solarmoduls, dann muss der Batteriespeicher weniger kosten damit dieser sich rentiert.

Sie können aber auch eine eigene Abschätzung durchführen.

1. Schätzen Sie dafür die Anzahl der Stunden im Jahr, an welchen Ihr Solar-Steckergerät von der Sonne beschienen wird. Sagen wir einfach mal 1000 Stunden, ein realistischer Wert für einen sonnenbeschienenen Fleck in Deutschland. Genauere Angaben können Sie einem Solarkataster für Ihre Örtlichkeit entnehmen, z.B. dem Solarkataster-NRW (Quelle 9).

2. Ermitteln Sie die Leistung mit welcher die Batterie geladen werden kann. Bei einem 600Wp Solar-Steckergerät und einem Eigenverbrauch von angenommenen 200W im Durchschnitt wären das grob geschätzt 300W. Warum 300W und nicht 400W ? Wp ist die Angabe für die maximal möglich produzierte Leistung, in der Realität wird meist etwas weniger Leistung produziert da die Rahmenbedingungen fast nie ideal sind. Ferner müssen Sie die Annahme von 200W für den Eigenverbrauch auf Ihren individuellen Fall anpassen.

3. 300W multipliziert mit 1000 Stunden ergeben 300 kWh. Davon kann man pauschal 15% als Verlust abziehen, da Batterien, Wechselrichter etc. keinen Wirkungsgrad von 100% aufweisen. Ferner noch einmal pauschal 20% für die Tage mit durchgehendem Sonnenschein an welchen soviel Strom erzeugt wird, dass die Batterie relativ schnell am Tag voll geladen ist und die weitere Energie nicht mehr speichert. Ferner für die Zeit des ladens an welchen der Eigenverbrauch höher ist als unter Punkt 2 angenommen. Somit verbleiben 200 kWh pro Jahr für die Erhöhung des Eigenverbrauchs.

4. 200 kWh zu einem Strompreis von 0,35cent pro kWh ergeben 70€ Ersparnis pro Jahr.

5. Ermitteln Sie jetzt die erwartete Lebensdauer der Batterie in Jahren. 200 kWh wären bei 1 kWh Batteriekapazität 200 Ladezyklen pro Jahr. LiFePO4 Batterien können mehrere tausend mal geladen und entladen werden (Ladezyklen). Ein realistischer Wert für einen LiFePO4 Batteriespeicher, welcher nicht unter schlechten Rahmenbedingungen betrieben wird, ist 3000 Ladezyklen. Das ergibt eine Lebensdauer von 15 Jahren.

6. Multiplizieren Sie final die erwartete Lebensdauer mit der Ersparnis pro Jahr. Das sind, mit den Beispielwerten, 1050€ Ersparnis über 15 Jahre. Für die Rentabilität müssen Sie jetzt natürlich noch die Kosten für den Batteriespeicher abziehen.

Notiz: Diese Art der Abschätzung ist ungenau, kann Ihnen aber trotzdem eine erste Idee geben ob es sich lohnt genauer zu rechnen.

Doch beachten Sie, bei all den Abschätzungen sollten Sie weitere Faktoren nicht vergessen, welche ebenfalls in eine Kostenbetrachtung mit einfließen sollten. Zu einem gibt es immer das Risiko von Defekten. Meist sind Defekte mit Kosten verbunden, spätestens dann wenn gegebene Garantien abgelaufen sind. Unterschätzen Sie auch nicht das Risiko das ein Hersteller einen Garantiefall nicht anerkennt, sondern erst zeitaufwendig diskutiert. Ferner gibt es auch immer das Risiko das während langer Laufzeiten, wie Sie bei solaren Batteriespeichern der Fall sind, Änderungswünsche auftreten. Dann werden auf einmal Komponenten ausgetauscht, bevor diese sich amortisiert haben. Auch die Frage nach dem Wartungsaufwand sollte man sich stellen und wie viel die Wartung kostet. Und am Ende der Lebensdauer stellt sich auch die Frage der Entsorgung. Selbst wenn der Batteriespeicher unentgeltlich zurückgenommen werden muss, können Kosten für den Abbau und Transport entstehen.

Fazit

Der Mix aus gesunkenen Preisen für langlebigere Batteriespeicher höherer Qualität und gestiegenen Strompreisen führen dazu das Batteriespeicher interessanter werden und sich inzwischen selbst für Stecker-Solargeräte lohnen können.

Der Haken dabei, schlüsselfertige relativ einfach zu installierende Batteriespeicher sind immer noch zu teuer. Wenn es sich rentieren soll, dann müsste man sich seinen Batteriespeicher aus Einzelteilen selbst bauen. Der ein oder andere elektrisch fachkundige Hobbybastler mag das ansprechend finden, in der Breite ist solch ein Ansatz aber ungeeignet. Nicht nur weil es Zeit erfordert, sondern auch weil der Umgang mit Batterien hoher Leistung risikobehaftet ist und Fachkenntnisse somit unabdinglich sind.

Ferner ist zu erwarten, dass in wenigen Jahren die Preise für Batteriespeicher noch einmal spürbar sinken werden. Schlagwort „Natrium-Ionen”, aber auch der derzeit stattfindende Ausbau der Produktionskapazitäten sollte zu einem weiteren Preisrückgang führen. Damit könnten schlüsselfertige Batteriespeicher preislich in Regionen kommen, welche eine Anschaffung wirtschaftlich rechtfertigen, auch die Kosten für einen Eigenbau-Ansatz dürften noch einmal sinken.

Mein eigener persönlicher Schluss ist somit derzeit einfach „nichts zu tun” und abzuwarten,

Matthias (10.05.2022)

Quellen:

[1] https://de.wikipedia.org/wiki/Energiedichte
[2] https://de.statista.com/statistik/daten/studie/156269/umfrage/wirkungsgrade-von-ausgewaehlten-stromspeichern/
[3] https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator
[4] https://de.wikipedia.org/wiki/Natrium-Ionen-Akkumulator
[5] https://www.n-tv.de/auto/Wann-kommt-die-Feststoffbatterie-article23296824.html
[6] https://solar.htw-berlin.de/studien/speicher-inspektion-2022/
[7] https://de.aliexpress.com
[8] https://solar.htw-berlin.de/rechner/stecker-solar-simulator/
[9] https://www.energieatlas.nrw.de/site/karte_solarkataster
[10] https://www.verbraucherzentrale.de/wissen/energie/erneuerbare-energien/lohnen-sich-batteriespeicher-fuer-photovoltaikanlagen-24589