Solarstromspeicher machen die Photovoltaik erwachsen - Kriterien zur Bewertung von Leistung und Qualität im Überblick

Wer heute den Bau einer PV-Anlage auf dem Dach seines Wohnhauses oder gewerblichen Gebäudes plant, tut dies nicht mehr aus Renditegründen. Mit hohen garantierten Einspeisevergütungen hat die Politik noch bis vor Kurzem den Ausbau der Sonnenenergie gefördert. Besitzer von PV-Anlagen konnten den Sonnenstrom teurer verkaufen, als sie selbst für die elektrische Energie zahlen mussten.

Eigenverbrauch und Autarkiegrad erhöhen
Heute klafft die Schere immer mehr anders herum auseinander: Haushaltsstrom kostet rund 27 Cent die Kilowattstunde während die Einspeisevergütungen immer weiter sinken. Aktuell liegen sie gerade einmal bei rund 13 Cent für kleine Anlagen. Aus diesem Grund scheint es immer sinnvoller, PV zu nutzen, um sich zu einem Großteil selbst mit Strom zu versorgen. Solarspeicher sind in dieser Hinsicht das fehlende Puzzleteil, welches die Anlagentechnik vervollständigt. Man könnte sagen: Damit erst wird die PV erwachsen. Oder ist zumindest auf dem Weg dorthin. Denn durch Speicherung ist es möglich, mehr des selbst erzeugten Stroms auch selber zu verwenden.
Der Eigenverbrauch ist jedoch eher eine technische Größe und sagt nichts darüber aus, inwieweit sich ein Haushalt selber mit Strom versorgen kann. Relevant ist dabei der Autarkiegrad. Grundsätzlich sind Autarkiegrade von 70 bis 80% und Eigenverbrauchsanteile von nahezu 100% möglich. Ob sie jedoch auch sinnvoll sind, ist im individuellen Fall zu ermitteln.
Grundsätzlich ist die Speicherkapazität so auszulegen, dass der Speicher den Haushalt möglichst bis zum nächsten Ladegang, wenn die PV-Anlage wieder Strom produziert, mit gespeichertem Strom versorgen kann. Tritt zwischenzeitlich eine höhere Spitzenlast auf, dann wird zusätzlich Strom aus dem Netz bezogen. Doch zunächst einmal mehr zum Markt, Technologien und den relevanten Parametern.

Markt und Technologien
Der Markt für Solarstromspeicher wächst rasant. Zahlreiche Geräte befinden sich am Markt, der eine schnelle Entwicklung erfährt. Die verschiedenen Speichertechnologien und Lösungsansätze machen den Vergleich der Systeme schwierig. Einheitliche Richtlinien gibt es bisher leider nicht.
Außer hinsichtlich der Batterietechnologie, Blei- oder Lithium-Ionen-Technologie, ist auch zwischen AC- und DC-gekoppelten Systemen zu unterschieden.
Batteriespeicher auf Blei-Säure oder Blei-Gel-Basis sind wirtschaftlich erprobt und länger im Einsatz als Lithium-Ionen-Batterien. Die Lebensdauer der Lithium-Ionen-Technologie und ihr Wirkungsgrad sind jedoch höher. Die Lithium-Eisenphosphat-Technologie kann sich nicht selbst entzünden, wie es bei Handy- und Laptop-Unfällen schon passiert ist. Die Energiedichte dieser Akkus ist etwa doppelt bis dreimal so hoch als die von Blei-Akkus, weshalb sie entsprechend weniger Platz brauchen.

Oftmals sind Kompromisse notwendig
Solarspeicher können entweder im Anschluss an den Wechselrichter der PV-Anlage im Wechselstromkreis des Hauses (AC-gekoppelt) oder vor dem Wechselrichter im zwischengeschalteten Gleichstromkreis (DC-gekoppelt) eingebunden sein. Da eine Solarbatterie grundsätzlich Gleichstrom lädt, sind AC-gekoppelte Systeme zusätzlich mit einem Konverter ausgestattet, der den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Da DC-gekoppelte Systeme diesen Konverter nicht benötigen, ergibt sich für sie ein leicht höherer Wirkungsgrad. Allerdings muss bei nachträglicher Installation eines Speichers der Wechselrichter der PV-Anlage nicht getauscht werden, im Gegensatz zu AC-gekoppelten Systemen.
Zudem gibt es unterschiedliche Ausprägungen zu den Aspekten Notstromfähigkeit, Energiemanagement und Anlagenvisualisierung. Oftmals handelt es sich bei den angebotenen Systemen um Kompromisslösungen, die nicht alle Anforderungen an ein Speichersystem erfüllen. So sind beispielsweise viele Systeme nur 1-phasig, nicht notstromfähig, nur für AC-Kopplung geeignet oder vom Aufbau her sehr komplex.

Kennzeichen vergleichen
Einige Kriterien sind geeignet, die angebotenen Solarspeicher miteinander zu vergleichen und zu bewerten. Die Nennkapazität gibt an, wie viel Strom eine Batterie speichern kann. Sie sollte mit einem Herstellerhinweis versehen sein, für welche PV-Leistung die Solarbatterie empfohlen ist. Eine Solarbatterie kann aber nicht zu 100% entladen werden, da die Tiefenentladung die Batterie schädigt. Die Entladungs­tiefe schwankt zwischen 50 und 90%, je nach Herstellungstyp.
Relevant ist daher die nutzbare Speicherkapazität, die sich aus der Nennkapazität und der Entladungstiefe ergibt. Ein Beispiel: Hat eine Solarbatterie eine Speicherkapazität von 9 kWh und eine Entladungstiefe von 80%, so beträgt die nutzbare Speicherkapazität tatsächlich lediglich 7,2 kWh. Ein Vollzyklus ist ebenfalls eine theoretische Größe und kennzeichnet den Zyklus des vollständigen Entladens bis zur Entladungstiefe und dem anschließend wieder vollständigen Aufladen. Waschmaschinen und andere große Geräte im Haushalt benötigen kurzfristig viel Strom und erzeugen damit Lastspitzen. Ob diese mit dem Speicher vollständig abgedeckt werden können, zeigt die maximale Entladeleistung. Wie schnell sich dabei die Batterie im Verhältnis zur Speicherkapazität entlädt, gibt die C-Rate an. Wie schnell der Speicher anschließend wieder aufgeladen werden kann, zeigt die maximale Ladeleistung.

Lebensdauer und Wirkungsgrade
Wichtig ist auch die Unterscheidung zwischen der kalendarischen, der Zyklenlebensdauer sowie der Gebrauchsdauer. Kalendarische und Zyklenlebensdauer sind theoretische Herstellerangaben, die Gebrauchsdauer wie die nutzbare Speicherkapazität aber eine praktische Größe. Während die Zyklenlebensauer angibt, auf wie viele Vollzyklen eine Batterie ausgelegt ist, besagt die kalendarische Lebensdauer die Funktionslänge unabhängig davon, ob diese geladen oder entladen wird. Einige Hersteller tauschen bei einer geringen kalendarischen Lebensdauer die Solarbatterie einmal kostenfrei aus. Die Gebrauchsdauer gibt an, wie lange die Batterie tatsächlich eingesetzt werden kann. Wird ein Batteriespeicher mit einer Herstellerangabe von 7000 Vollzyklen jährlich rund 200-mal vollständig geladen und entladen, so beträgt die Gebrauchsdauer 35 Jahre.
Entscheidend ist auch der Systemwirkungsgrad. Batteriespeicher werden über elektronische Komponenten wie Laderegler und Batteriewechselrichter gesteuert. Daher ergeben sich wie bei  allen technischen Anlagen Leistungsverluste von einigen Prozentpunkten. Die Herstellerangabe zum Systemwirkungsgrad einer Solarbatterie sind jedoch noch uneinheitlich. Relevant für den Systemwirkungsgrad sind sowohl der Zyklenwirkungsgrad des Akkus als auch die Teilwirkungsgrade der verschiedenen elektronischen Komponenten. Die Blei-Technologie weist einen Zyklenwirkungsgrad von etwa 75% auf, bei der Lithium-Ionen-Technologie beträgt er bis zu 90%. Die Effizienz, also der Gesamtwirkungsgrad zeigt, wie viel der gespeicherten Energie auch wieder verwendet werden kann.

Was eine gute Batterie ausmacht
Eine gute Batterie zeichnet sich durch eine hohe Leistungsdichte, eine schnelle Ladezeit, eine hohe Entladungstiefe und sehr hohe Sicherheit aus. Ein weiterer Faktor ist eine hohe Lebensdauer der Batterie, da es sowohl aus finanzieller als auch aus umweltfreundlicher Sicht wenig sinnvoll ist, eine Batterie alle paar Jahre auszutauschen.
Abgesehen von diesen Basisdaten ist es jedoch auch wichtig, dass eine Batterie mit zahlreichen Steuerungsfunktionen wie Smart Metering, Demand Site Management oder Peak Shaving ausgestattet ist. Denn dann kann sie sich an die individuellen Bedürfnisse eines Haushalts anpassen und erreicht somit einen hohen Nutzungsgrad.
Eine Notstromoption ermöglicht, dass bei einem Stromausfall die Solarbatterie im Bruchteil von einer Sekunde die Stromversorgung des Hauses übernimmt. Hierbei kommt es darauf an, ob der Solarspeicher 1-phasig oder 3-phasig einspeist, damit alle Elektrogeräte im Haus funktionsfähig bleiben. Sonnenspeicher, die viele wichtige Anforderungen erfüllen, sind beispielsweise der im Laufe des Jahres auf den Markt kommende „Fronius Symo Hybrid“ sowie „Sonnenbatterie comfort“. Die Kennzahlen einiger Hersteller und Marken zum Vergleich zeigen die Tabellen.

Kosten, Wirtschaftlichkeit und KfW-Förderung
Ein Speicher ist in erster Linie für alle Personen und gewerbliche Betriebe interessant, die einen hohen Eigenverbrauchsanteil beziehungsweise eine hohe Autonomie erreicht möchten. Ziel ist es dabei, möglichst keinen Stromfluss über den Zähler zu haben – sowohl vom Netz als auch ins Netz.
Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit ist es schwer, Aussagen für den Einzelfall zu treffen. Fakt ist jedoch, dass für Betreiber älterer Anlagen, die noch hohe Einspeisevergütungen von über 30 Cent und mehr vergütet bekommen, ein Speicher wirtschaftlich nicht sinnvoll sein kann.
Erst bei Neuanlagen können Solarstromspeicher wirtschaftlich interessant werden, zumal eine KfW-Förderung seit Mai 2013 mit dem Programm 275 unter bestimmten Umständen möglich ist. Tendenziell gilt aber, je größer der Jahresstrombedarf eines Objektes, desto geringer ist in der Regel der Strompreis und desto uninteressanter aktuell noch ein Speichersystem. Pauschale Aussagen lassen sich jedoch nicht treffen. Der Preis pro gespeicherter Kilowattstunde ist hier relevant. Denn diese Preisangabe setzt den reinen Gerätepreis mit der praktisch speicherbaren Energiemenge in Bezug. (Mehr Informationen zu Voraussetzungen, Höhe und Konditionen der Förderung unter: www.kfw.de.)

Qualitätssiegel PV-Speicherpass
Die große Unsicherheit hinsichtlich Technologieauswahl und Qualität hat den Bundesverband der Solarwirtschaft e.V. (BSW) und den Zentralverband der Deutschen Elektro- und Informationstechnischen Handwerke (ZVEH) veranlasst, gemeinsam ein Qualitätssiegel für Solarstromspeicher, den sogenannten „Photovoltaik-Speicherpass“, einzuführen. Dieser soll Informationslücken von Solar-Installateuren und Bauherren schließen, indem er Empfehlungen gibt und einschlägige Normen für Solarspeicher-Installateure niederlegt und fortschreibt. Der Pass soll damit ein anerkanntes Merkmal für die Qualität und Sicherheit von Installateuren von Solarstrom-Speichern werden.
Mit dem PV-Speicherpass dokumentiert der Installateur für seinen Auftraggeber die Art und Weise sowie die Qualität der verbauten Komponenten, die fachgerechte Installation sowie die Prüfung und die Einhaltung aller Regeln und Normen. Er gilt für Blei- und für Lithium-Ionen-Speichersysteme. Die Verbände haben erstmals auch einheitliche Fachkriterien niedergelegt, welche als Praxisleitfaden für die Installation dienen. Zudem hilft er bei der Beantragung der Speicherförderung: Die KfW-Bank akzeptiert den Speicherpass als Nachweis der geforderten  Fachunternehmerbescheinigung. (Mehr Infos zum Passaufbau unter (http://www.photovoltaik-anlagenpass.de).
Dass Personen sehr zufrieden mit der Installation eines Solarstromspeichers sein können, zeigt ein Beispiel aus der Praxis.

Praxisbeispiel: Privathaushalt
Dr. Carsten Fischer und seine Ehefrau haben in ihrem Haus im nordrhein-westfälischen Dülmen PV-Anlage, Stromspeicher und Mikro-KWK miteinander kombiniert. Zusätzlich stehen zwei Elektroautos in der Garage. Das erhöht den Autarkiegrad der Fischers von Energieversorgern und senkt ihre Abhängigkeit von fossilen Energieträgern erheblich.
Schritt für Schritt haben die Eheleute ihre ökologische Lebensweise in ihrem Haus mit einer Wohnfläche von 220 m² ausgebaut. Seit 2008 nutzen sie bereits Solarthermie, um ihren Haushalt mit Warmwasser zu versorgen. In 2010 ließen sie zusätzlich eine PV-Anlage auf dem Dach ihres Hauses mit südwestlicher Ausrichtung installieren. Diese produziert mit 8,1 kWp Leistung Strom für Haushalt und Elektromobilität. Ende 2013 komplettierten die Fischers ihren umweltfreundlichen Technologie-Mix durch einen Stromspeicher von E3/DC und ein Mikro-KWK-Gerät von Viessmann.
Die Mikro-KWK-Anlage erzeugt – basierend auf Gas – Wärme und Strom im Verhältnis 6:1. „Das kleine BHKW nutzen wir nur im Winter, um unser Haus zu heizen und mit Strom und Warmwasser zu versorgen“, erklärt Dr. Fischer. „Im Sommer brauchen wir also gar kein Gas. Demnächst wollen wir auch nur noch reines Biogas beziehen“, sagt Fischer.
Überschüssiger Strom wird zunächst in das sogenannte „S10 E8“ Hybrid-Hauskraftwerk gespeist und dort gespeichert. Ist der 13,8-kWh-Speicher voll, speist er den Strom in das Netz des örtlichen Ener­gieversorgers und die Fischers bekommen den Strom entsprechend vergütet. Im Sommer reicht die Solarthermie aus, um das Brauchwasser für den Zwei-Personen-Haushalt zu erwärmen. Die PV-Anlage produziert ausreichend Strom, um die Batterien des Hauskraftwerks zu füllen und den Hausverbrauch zu decken. Fischer sagt: „Wenn wir in Zukunft nur noch reines Biogas verwenden, kommen wir Sommer wie Winter ohne fossile Energieträger aus“.
Jeder der Fischers besitzt ein Elektroauto für die täglichen Wege. Die Batterien der Fahrzeuge laden die Eheleute mit der selbst produzierten, grünen Energie. „Das Hauskraftwerk ermöglicht uns, die Fahrzeuge unabhängig vom Energieversorger zu laden“, sagt Fischer. Die aktive Steuerung des BHKWs lässt zudem eine Anpassung an die Lastprofile zu, die sich aus dem Fahrverhalten ergeben.
Außer der zum Stromspeicher gehörigen App, die in Echtzeit alle relevanten Informationen rund um das Energiemanagement des Hauses abbildet, schätzt der Hausherr die 3-phasige Inselnetzfunktion und die geringen Verluste, die bei der Speicherung des PV-Stroms im Hauskraftwerk entstehen. Es wird direkt der Gleichstrom in die Module gespeist.

Fazit und Ausblick
Anwenderbeispiele wie das der Fischers finden sich einige. Viele Hersteller geben solche Referenzen an, Installateure zeigen am eigenen Beispiel, wie es geht. Trotzdem muss noch einiges passieren. Noch sind die Geräte sehr teuer und auch technisch ist sicherlich das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht. Der Markt entwickelt sich jedoch rasant und vieles scheint auf dem richtigen Weg sein – z.B. mit dem beschriebenen PV-Pass.
Neben der Weiterentwicklung der Li-Ionen-Technik mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen konzentriert sich die Forschung aktuell auf Li-Luft- und Zink-Luft-Batterien, welche deutlich höhere Energiedichten bei geringeren Materialkosten und längerer Lebensdauer versprechen. Bis zur Marktreife werden aber voraussichtlich noch einige Jahre ins Land ziehen. Zu erwarten ist, dass in einige Jahren verbesserte Li-Ionen Akkus marktreif werden und die Preise dann sinken könnten. Ein ähnlich rasanter Preisverfall wie bei Solarmodulen dürfte in den nächs­ten drei bis fünf Jahren jedoch kaum zu erwarten sein.
Auf der Energy Storage in Düsseldorf im April des Jahres sagte Prof. Dr. Eicke R. Weber, Präsident des Bundesverbandes Energiespeicher (BVES) und Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme: „Der Energiespeichermarkt ist heute in derselben Situation wie die Photovoltaik vor zehn Jahren, nur muss die Entwicklung bei den Speichern wesentlich schneller vorangehen.“ Die Branche geht davon aus, dass der große Durchbruch der Energiespeicher in zwei bis drei Jahren kommen werde, wenn nach Erreichen des atmenden Deckels keine Einspeiseförderung mehr gezahlt werde. Tobias Rothacher von Germany Trade and Invest beispielsweise rechnet damit, dass in Deutschland bis 2020 rund 3,8 Twh PV-Strom wirtschaftlich gespeichert werden könnte.
Autorin:  Angela Kanders, freie Journalistin