Autarkiegrad erhöhen, Anlageneffizienz verbessern
Auswahl- und Einsatzkriterien für Batteriespeicher in Eigenheimen und kleineren Liegenschaften
Gerade für Eigenheimbesitzer ist es aus ökologischen, aber auch – angesichts sinkender Einspeisevergütungen und steigender Strompreise – aus finanziellen Gründen interessant, Energie selbst zu erzeugen und maximal zu nutzen.
Speicher für Privathaushalte bieten üblicherweise Kapazitäten von 2 bis zu 20 kWh, seltener auch bis zu 60 kWh. Sie sind meist modular aufgebaut und lassen sich so flexibel an den individuellen Bedarf anpassen.
Mittels einer Solaranlage lässt sich heute schon ein Autarkiegrad von ca. 40 bis 50 % erreichen, durch die Kombination mit einem zusätzlichen Energiespeicher sogar von bis zu 90 %.
Dezentrale Versorgungskonzepte und ein wachsender Anteil regenerativer Energiequellen erfordern eine kontinuierliche Weiterentwicklung technischer Lösungen u.a. auf der Ebene der Stromversorgung. Eine der wichtigsten Stellschrauben in einem alternativen Energiesystem sind Speichertechnologien. Sie machen eine stabile, nachhaltige Energieversorgung meist erst möglich und sorgen so für die Erhöhung des Autarkiegrads neben einer Verbesserung der Systemeffizienz.
Gerade für Eigenheimbesitzer und Betreiber kleinerer Objekte ist es aus ökologischen, aber auch – angesichts sinkender Einspeisevergütungen und steigender Strompreise – aus finanziellen Gründen interessant, Energie möglichst selbst zu erzeugen und maximal zu nutzen. Deutschlandweit sind so mittlerweile mehr als 1 Mio. Solaranlagen im Einsatz. Auf deren Basis lässt sich heute schon für den Nutzer ein Autarkiegrad von ca. 40 bis 50 % erreichen, durch die Kombination mit einem zusätzlichen Energiespeicher sogar von bis zu 90 %.
Potenziale von Batteriespeichern
Batteriespeicher ermöglichen es, die Produktion Erneuerbarer Energien, beispielsweise aus Photovoltaik-Anlagen, zeitlich von deren Verbrauch zu entkoppeln. Energiebezugskosten werden minimiert und CO2-Emissionen reduziert. Darüber hinaus stabilisiert und entlastet der Speicher das Stromnetz durch eine flexible Verbrauchssteuerung. Das gilt für alle Spannungsebenen, denn auch für größere Anwendungen bzw. Leistungen bis hin zu Mittel- und Hochspannungsnetzen sind entsprechende Speichertechnologien verfügbar.
Photovoltaik-Anlagen, die eine Förderung nach EEG- oder KfW-Richtlinien erhalten, sind allerdings verpflichtet, ihre Einspeisewirkleistung auf 70 % (EEG) bzw. 50 % (KfW) der Nennleistung zu begrenzen. Wird der überschüssige Strom dann nicht direkt verbraucht, entstehen sogenannte Abregelungsverluste – trotz Sonnenschein wird also kein Strom mehr produziert. Stromspeicher können diese Verluste reduzieren, aber nur wenn sie über ein prognosebasiertes Lademanagement verfügen. Denn während herkömmliche Batterien Produktionsüberschüsse einfach sofort einspeichern und dann zur Mittagszeit trotzdem abgeregelt werden müssen, weil sie bereits voll sind, können prognosebasierte Systeme vorausschauend das Laden auf spätere Stunden verschieben und Verluste vermeiden. So hat die Hochschule für Technik und Wirtschaft (htw) Berlin in einer Speicherstudie 1) festgestellt, dass bei herkömmlichen Speichern ein Ertragsverlust von rund 8 %, bei prognosebasierten Systemen aber von weniger als 2 % anfällt. „Intelli-gente Systeme“ können so Kosten sparend sein und einen Beitrag zur Netzentlastung leisten.
Wahl des passenden Systems
Die Speicherung selbst kann auf verschiedenen Wegen erfolgen: Im Eigenheimbereich sind Wechselstrom-Speichersysteme am weitesten verbreitet. Eine Photovoltaik-Anlage produziert zwar Gleichstrom, sie speist diesen aber über einen Wechselrichter in das Wechselstromnetz des Hauses ein. An dieser Stelle misst ein der im Speicher integrierten Messgeräte die Einspeisung. Am Netzeinspeisepunkt wird zusätzlich die Einspeisung aus dem Stromnetz gemessen. Aus der Differenz kann der Speicher den jeweiligen Verbrauch berechnen und so die intelligente Speicherung von Überschüssen regeln. Daneben bestehen weitere Verfahren wie etwa Gleichstrom-Speichersysteme, die direkt am Photovoltaik-Modul angeschlossen werden.
Speicher für Privathaushalte bieten üblicherweise Kapazitäten von 2 bis zu 20 kWh, seltener auch bis zu 60 kWh. Sie sind idealerweise modular aufgebaut und lassen sich so flexibel an den individuellen Bedarf anpassen. Bei der Dimensionierung bildet der Nutzstromverbrauch die Basis für die Auslegung. Hierzu muss im ersten Schritt der durchschnittliche Tagesverbrauch errechnet werden. Wenn angenommen wird, dass nachts genauso viel verbraucht wird wie tagsüber, entspricht die minimale und zugleich empfohlene Batteriekapazität also der Hälfte des durchschnittlichen Tagesverbrauchs. Um mit genaueren Werten zu rechnen empfiehlt es sich, die Werte des Stromzählers an mindestens sieben Tagen um 17:00 und um 07:00 Uhr abzulesen. Die Differenz zeigt den ungefähren Nachtbedarf. Genauere Daten lassen sich durch Energiemessungen ermitteln.
Auch der individuell verfügbare Platz muss bei der Planung berücksichtigt werden. So eignen sich flache Speicher zur Installation in schmalen Gängen, hinter Türen oder in engen Technikräumen. Auch die Sicherheitsabstände der Lüftungen sind zu beachten. Einige Hersteller bieten zudem Outdoor-Systeme an, die beispielsweise in der Garage oder außen an der Hauswand angebracht werden können. Solche Systeme sind allerdings meist ineffizienter als Indoor-Speicher, denn sie benötigen sowohl eine Wasserpumpe zur Kühlung als auch eine integrierte Heizung, die einen kontinuierlichen Eigenverbrauch verursachen.
Sicherheit und normative Anforderungen
Die meisten Hersteller von Heimspeichern verwenden Lithium-Ionen-Batterien, denn sie besitzen die höchste Ener giedichte. Damit sind sie die idealen Energiespeicher – vorausgesetzt, ihre Sicherheit ist gewährleistet. Als elektrotechnische Komponenten unterliegen sie dabei diversen normativen Anforderungen, allen voran der VDE-Richtlinie AR-N 2510. Vor diesem Hintergrund ist es von Vorteil, wenn ein System inklusive aller Komponenten als Ganzes vom VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V.) als Prüfinstitut zertifiziert ist. Ein zusätzliches Plus an Sicherheit bietet sich, wenn die Fertigung zertifiziert ist, sodass sichergestellt ist, dass alle Geräte vor der Auslieferung geprüft werden und eine konstant hohe Qualität gewährleistet ist.
Als Maßstab hoher Qualität zählen auch Produkttests nach den entsprechenden Normen, d. h. bei z. B. Materialfestigkeit nach Industrienorm. Dies garantiert zum einen eine hohe Personensicherheit – auch im Fehlerfall – und zum anderen die Einhaltung der erforderlichen Standards in Bezug auf die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Geräts.
Nicht zuletzt ist ein dreistufiges Sicherheitskonzept sinnvoll: So können sowohl das Batterie-Managementsystem als auch der Wechselrichter und die Kontrolleinheit unabhängig voneinander die Batterien im Fehlerfall ausschalten und mögliche Gefahren verhindern.
Sektorkopplung im Eigenheim
Durch den Einsatz neuer Technologien werden in naher Zukunft energieautarke Gebäude auch im privaten Wohnumfeld möglich sein. Intelligente Batteriespeicher, die über die reine Speicherung von Strom auch die Kopplung mit anderen energierelevanten Bereichen, wie Wärme und Mobilität, ermöglichen, legen die technische Basis dafür.
Autor: Marcus Stegmaier, Head of Smart Edge, einem Segment der Business Unit Low Voltage Products bei Siemens Smart Infrastructure.
Bilder: Siemens
