Welcher Stromspeicher ist für Photovoltaikanlagen geeignet?

Strom aus dem öffentlichen Netz kaufen, obwohl die eigene Photovoltaikanlage Stromüberschüsse produziert? Was im ersten Moment unlogisch klingt, ist schnell erklärt: Im Alltag laufen Stromerzeugung und Stromnutzung häufig nicht parallel, sondern nacheinander ab. Die Sonne scheint vor allem vom Vormittag bis Nachmittag, doch viele Verbraucher wie Fernseher, Computer, Laptop und Lampen beziehen erst abends und nachts Strom. Das Problem wird durch die Installation eines Stromspeichers gelöst, in dem der ungenutzte selbsterzeugte Strom für spätere Zeitpunkte gespeichert wird.

Da der Eigenverbrauch durch einen Speicher deutlich höher ausfällt, werden viele neuinstallierte PV-Anlagen direkt mit einem Speicher kombiniert. Doch wie funktionieren Stromspeicher überhaupt und worauf sollte man vor dem Kauf achten?

In diesem Artikel werden wir Ihnen die grundlegenden Arten und wichtigsten Kennzahlen von Stromspeichern für Photovoltaikanlagen vorstellen. Bei bereits bestehenden Anlagen ist eine Nachrüstung in den meisten Fällen möglich, allerdings lohnt sich die Investition nicht in jedem Fall. Für welche Haushalte sich die Anschaffung eines PV-Speichers (nicht) lohnt, können Sie im Artikel zum Kosten-Nutzen-Verhältnis von Stromspeichern für Photovoltaikanlagen nachlesen.

Wie funktioniert ein Stromspeicher?

Ein Solarstromspeicher (auch Solarbatterie, Solar-Akku, PV-Speicher oder Solarspeicher genannt) ist ein Speicher für elektrische Energie, die mithilfe einer Photovoltaikanlage erzeugt wurde. Das Herzstück des Speichers ist eine aufladbare Batterie, der sogenannte Akkumulator, dessen Leistung mit einer bestimmten Speicherkapazität angegeben wird. Im Inneren des Akkus befinden sich zwei Platten, welche man als Elektroden bezeichnet (die positive Anode und die negative Kathode). Die Elektroden sind von einer leitenden Flüssigkeit (Elektrolyt) umgeben. Wenn der Akku an Strom angeschlossen wird, wandern die Elektronen (=kleine geladene Teilchen) von der Kathode zur Anode, bis diese vollgeladen ist. Beim Entladen wandern die Elektronen von der Anode zurück zur Kathode, wo sie wieder als Strom zur Verfügung stehen. Damit die elektrische Energie gespeichert werden kann, muss sie beim Aufladen in chemische Energie umgewandelt werden. Beim Entladen wird dieser Vorgang rückgängig gemacht.

 

Grafik: Funktionsweise eines Akkus

Worauf sollte man beim Kauf eines Stromspeichers achten?

Der Markt für Solarstromspeicher ist groß, weshalb es vor der Kaufentscheidung wichtig ist, die wichtigsten Kennzahlen zu kennen: Speicherkapazität, Ladezyklen, Wirkungsgrad, maximale Entladetiefe und Nutzkapazität.

Speicherkapazität – die „Größe“ des Stromspeichers

Die Speicherkapazität wird auch Nennkapazität genannt und gibt an, wie viel Energie maximal gespeichert werden kann. Welche Kapazität der Speicher haben sollte, hängt von verschiedenen Faktoren wie der Größe der Photovoltaikanlage, dem Strombedarf des Haushaltes sowie dem Nutzungsverhalten. Wenn viel Strom abends gebraucht wird, sollte beispielsweise ein größerer Speicher angeschafft werden, als bei einem geringen Strombedarf nach Sonnenuntergang.

Anzahl der Ladezyklen – ein Hinweis für die Lebensdauer des Akkus

Ein Ladezyklus bezeichnet einen vollständigen Vorgang des Aufladens, Speicherns und Entladens von Energie.  Wie alle anderen Akkus verschleißt auch ein Stromspeicher durch die Nutzung. Die Zahl der Ladezyklen (z.B. 10.000) gibt an, wie viele vollständige Ladezyklen der Speicher leisten kann, bevor es zu deutlichen Abnutzungserscheinungen kommt. Die Angaben von Batterie-Herstellern beziehen sich in diesem Sinne meist auf eine Mindestleistung, die der Speicher nach den angegebenen Ladezyklen noch aufweist. Die Anzahl der Ladezyklen ist daher eine entscheidende Kennzahl bei der Auswahl eines Speichers und sollte möglichst hoch sein. Wenn der Speicher nicht vollständig aufgeladen und vollständig entladen wird, handelt es sich um Teil-Zyklen.

Die Lebensdauer eines Speichers ist aber nicht nur von der Anzahl der Ladezyklen abhängig. Eine Batterie altert auch, wenn sie nicht benutzt wird. Die Lebensdauer kann daher auch durch eine seltenere Nutzung des Speichers nicht erhöht werden.

Der Wirkungsgrad eines Akkus – je höher, desto besser

Eine weitere wichtige Kennzahl ist der Wirkungsgrad des Speichers, welcher das Verhältnis von eingeführter und abrufbarer Energie in Prozentzahlen beschreibt. Während des Auf- und Entladens kommt es zum sogenannten Umwandlungsverlust, bei dem ein Teil der Energie zu Wärme wird. Je geringer dieser Umwandlungsverlust ist, desto besser fällt der Wirkungsgrad eines Akkus aus. Ein Wirkungsgrad von 95 Prozent würde beispielsweise bedeuten, dass 95 Prozent der eingeflossenen Energie nach der Speicherung wieder genutzt werden kann.

Maximale Entladetiefe – so viel Energie sollte maximal entnommen werden

Die vollständige Entladung eines Akkus verringert seine Lebensdauer deutlich. Eine vollständige Ausschöpfung der Akku-Kapazität ist daher in der Praxis nicht möglich bzw. sollte nicht stattfinden. Die Entladetiefe gibt daher an, wie viel Prozent der Speicherkapazität maximal entnommen werden kann, ohne die angegebene Lebensdauer des Akkus zu verringern. Wie beim Wirkungsgrad ist auch hier eine möglichst hohe Prozentzahl das Ziel.

Nutzkapazität – die entscheidende Angabe der Kapazität

Da ein Stromspeicher nicht vollständig entladen werden sollte, ist die Nutzkapazität die entscheidende Angabe zur Messung der Speicherkapazität. Sie gibt an, wie viel Speicherkapazität zur Verfügung steht, wenn die vorgegebene Entladetiefe eingehalten wird.

Welche Batterie-Arten gibt es und welcher Speicher ist für Photovoltaik am besten geeignet?

Auf dem Markt für Stromspeicher für Photovoltaikanlagen kommen derzeit zwei Technologien zum Einsatz: Batterien auf Blei-Basis und Lithium-Ionen-Akkus.

Blei-Batterien

Stromspeicher auf Basis von Blei-Batterien haben den Vorteil, dass sie günstiger in der Anschaffung sind. Die Technologie ist altbewährt und wird beispielsweise auch in Autos eingesetzt. Allerdings haben Blei-Batterien auch Nachteile: Ihr Wirkungsgrad ist niedriger (ca. 70-80 Prozent), sie sind vergleichsweise schwer und erreichen eine geringere Zahl an Ladezyklen. Zudem weisen sie eine deutlich geringere Entladetiefe auf (50-60 Prozent), was bedeutet, dass nur etwa die Hälfte der eingespeisten Energie tatsächlich abrufbar ist. Wenn es sich um eine Blei-Säure-Batterie handelt, muss eine regelmäßige Wartung erfolgen, während die etwas teureren Blei-Gel-Batterien wartungsfrei sind.

Lithium-Ionen-Akkus

Lithium-Ionen-Akkus sind teurer in der Anschaffung, weisen aber bessere Kennzahlen auf: Sie erreichen einen Wirkungsgrad von etwa 90-95 Prozent und zeichnen sich durch eine sehr hohe Energiedichte aus, weshalb sie deutlich leichter und kleiner sind. Zudem verfügen Lithium-Ionen-Akkus über eine höhere Anzahl von Ladezyklen, haben eine höhere Lebensdauer und erreichen eine maximale Entladetiefe zwischen 90-95 Prozent. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie auch in Smartphones und anderen mobilen Endgeräten genutzt. Eine Wartung dieser Stromspeicher ist nicht nötig.

Vergleich von Blei-Batterien und Lithium-Ionen-Akkus

In der folgenden Tabelle haben wir die Kennzahlen von Blei-Batterien und Lithium-Ionen-Akkus für Sie zusammengefasst. Es handelt sich hierbei um Durchschnittswerte, die je nach Hersteller auch höher oder niedriger ausfallen können. Der Preis hängt maßgeblich von der Größe des Stromspeichers bzw. seiner Kapazität ab.

Blei-Batterien Lithium-Ionen-Akkus
Wirkungsgrad 70 – 80 Prozent 90-95 Prozent
Ladezyklen 1.500-2.000 5.000-10.000
Lebensdauer Bis zu 10 Jahren Bis zu 20 Jahren
Maximale Entladetiefe 50-60 Prozent 90 – 95 Prozent
Wartung Wartung teilw. notwendig Wartungsfrei

Fazit: Die Investition sollte sich lohnen

Die Entscheidung für eine Blei-Batterie oder einen Lithium-Ionen-Akku müssen Sie letztendlich selber treffen, jedoch empfehlen wir unseren Kunden die Wahl eines Lithium-Ionen-Akkus. Der Anschaffungspreis dieser Speicher-Technologie fällt zwar höher aus, aber dafür weisen die Akkus einen höheren Wirkungsgrad, eine höhere Anzahl an Ladezyklen und eine höhere Entladetiefe auf. Photovoltaikanlagen und Stromspeicher stellen größere Investitionen dar, die durch eine lange Lebenszeit besonders rentabel werden – und diese Lebensdauer fällt bei Lithium-Ionen-Akkus deutlich höher aus.

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Weitere Informationen zum Thema Stromspeicher

Wer über den Kauf einer PV-Anlage nachdenkt oder bereits eine Anlage betreibt, sollte sich über die Anschaffung eines passenden Batteriespeichers Gedanken machen.

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