Stromspeicher-Typen: Das sind die Vorteile und Auswahlkriterien

Funktion von Batteriespeichern und ihre Arten

Die Funktion von Batteriespeichern in Solaranlagen besteht darin, den erzeugten Solarstrom zeitversetzt verfügbar zu machen und dadurch eine kontinuierliche Stromversorgung zu gewährleisten. Dies ermöglicht es, den Eigenverbrauch des Solarstroms zu erhöhen, wodurch die Abhängigkeit von externen Stromquellen verringert und die Stromkosten gesenkt werden. 

Stromspeicher wie Batteriespeicher dienen als Energiereservoir, das bei Überschussstrom geladen wird und den gespeicherten Strom bei Bedarf wieder abgibt. Die Hauptfunktionen eines Batteriespeichers sind das Laden, Speichern und Entladen von elektrischer Energie. Es gibt zwei Hauptkategorien von Batteriespeichern, die in Solaranlagen eingesetzt werden: Blei-Akkumulatoren und Lithium-Ionen-Akkumulatoren.

Blei-Akkumulatoren

Blei-Akkumulatoren, auch Blei-Säure-Akkus genannt, sind eine bewährte und weitverbreitete Technologie im Bereich der Energiespeicherung. Sie bestehen aus Bleiplatten, die in einer Säurelösung eingetaucht sind. Blei-Akkumulatoren sind in zwei Varianten erhältlich – Offene Blei-Säure-Akkumulatoren und verschlossene (VRLA) Akkumulatoren.

Offene Blei-Säure-Akkumulatoren

Diese Akkus erfordern regelmäßige Wartung, da Wasser nachgefüllt werden muss, um den Elektrolytstand konstant zu halten. Sie haben eine geringere Lebensdauer und sind anfälliger für Leckagen.

Verschlossene (VRLA) Blei-Säure-Akkumulatoren

Diese Akkus sind wartungsarm, da sie über ein geschlossenes System verfügen. Sie sind wiederum in zwei Typen unterteilt – Gel-Akkus und AGM-Akkus. Gel-Akkus enthalten eine Gel-Elektrolytlösung, während AGM-Akkus (Absorbent Glass Mat) einen Glasfasermatte-Elektrolyten verwenden.

Blei-Akkumulatoren sind in der Anschaffung günstiger als Lithium-Ionen-Akkumulatoren, weisen jedoch eine geringere Lebensdauer, Lade- und Entladeeffizienz sowie eine höhere Selbstentladung auf.

Lithium-Ionen-Akkumulatoren

Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind die neueste Generation von Batteriespeichern und gewinnen in der Solartechnik zunehmend an Bedeutung. Sie zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte, lange Lebensdauer, schnelle Lade- und Entladevorgänge sowie eine geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind in verschiedenen Chemie erhältlich, wie Lithium-Eisenphosphat, Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid und Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid. Jede Chemie weist unterschiedliche Leistungsmerkmale und Sicherheitsaspekte auf, die bei der Auswahl eines Batteriespeichers berücksichtigt werden sollten.

Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4)

Diese Batteriespeicher bieten eine hohe thermische und chemische Stabilität, was sie sicherer macht als andere Lithium-Ionen-Technologien. Sie haben eine längere Lebensdauer und sind weniger anfällig für Kapazitätsverluste. Allerdings weisen sie eine geringere Energiedichte auf, was zu größeren und schwereren Speichersystemen führt.

Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC)

NMC-Batterien bieten eine hohe Energiedichte und gute thermische Stabilität. Sie sind weitverbreitet in Elektrofahrzeugen und stationären Speicheranwendungen. Ihre Lebensdauer ist jedoch im Vergleich zu LiFePO4-Akkus geringer, und sie sind anfälliger für thermische Probleme bei hohen Temperaturen.

Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid (NCA)

NCA-Akkus haben eine sehr hohe Energiedichte und eine gute Zyklenfestigkeit. Sie sind jedoch teurer als andere Lithium-Ionen-Technologien und haben höhere Sicherheitsrisiken aufgrund ihrer thermischen Instabilität.

Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind zwar teurer in der Anschaffung als Blei-Akkumulatoren, bieten jedoch eine höhere Lebensdauer, Lade- und Entladeeffizienz sowie eine geringere Selbstentladung. Diese Vorteile machen sie insbesondere für Solaranlagen zu einer attraktiven Wahl. 

Insgesamt hängt die Wahl des passenden Batteriespeichers von verschiedenen Faktoren ab, wie dem Budget, den Anforderungen an die Lebensdauer, Lade- und Entladeeffizienz sowie den Sicherheitsaspekten. Eine professionelle Beratung durch Experten kann dabei helfen, die beste Entscheidung für die individuelle Photovoltaikanlage zu treffen und somit einen effizienten und nachhaltigen Einsatz von Batteriespeichern zu gewährleisten.

Vorteile von Batteriespeichern und PV-Wirtschaftlichkeit erhöhen

Batteriespeicher bieten eine Vielzahl von Vorteilen für PV-Anlagen, die sowohl ökologische als auch ökonomische Aspekte betreffen. In diesem Kapitel werden die wichtigsten Vorteile von Batteriespeichern und deren Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen dargestellt.

Erhöhung des Eigenverbrauchs und Unabhängigkeit

Durch die Speicherung von überschüssigem Solarstrom in Batteriespeichern kann der Eigenverbrauch des selbst erzeugten Stroms erhöht werden. Dies führt zu einer größeren Unabhängigkeit von externen Stromquellen und einer Reduzierung der Stromkosten. Besonders in Zeiten steigender Strompreise kann dies zu erheblichen Kosteneinsparungen führen und die Amortisationszeit der Photovoltaikanlage verkürzen.

Stabilisierung des Stromnetzes

Batteriespeicher tragen zur Stabilisierung des Stromnetzes bei, indem sie Lastspitzen abfedern und die Versorgungssicherheit erhöhen. Dies ist besonders wichtig in Zeiten hoher Stromnachfrage oder bei Ausfällen von konventionellen Kraftwerken. Durch die Bereitstellung von Regelenergie können Batteriespeicher sogar zusätzliche Einnahmen generieren und somit zur Wirtschaftlichkeit der Solaranlage beitragen.

Flexibilität und Anpassungsfähigkeit

Moderne Batteriespeicher bieten eine hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an die individuellen Bedürfnisse und Gegebenheiten der Solaranlage. Sie können in verschiedenen Größen und Technologien gewählt werden und ermöglichen es, die Speicherkapazität an den tatsächlichen Energiebedarf anzupassen. Dies trägt zur Optimierung der Photovoltaikanlage bei und erhöht deren Effizienz und Wirtschaftlichkeit.

Unterstützung von E-Mobilität

Mit dem zunehmenden Trend zur E-Mobilität steigt auch der Bedarf an lokal erzeugtem, umweltfreundlichem Strom. Batteriespeicher in Kombination mit Solaranlagen ermöglichen es, Elektrofahrzeuge effizient und kostengünstig mit selbst erzeugtem Solarstrom zu laden. Dies trägt nicht nur zur Reduzierung von Emissionen bei, sondern kann auch die Betriebskosten von Elektrofahrzeugen senken und somit zur Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage beitragen.

Förderprogramme und steuerliche Vorteile

In vielen Ländern werden Batteriespeicher für Solaranlagen durch staatliche Förderprogramme unterstützt. Dies kann in Form von Zuschüssen, zinsgünstigen Krediten oder steuerlichen Vorteilen erfolgen. Die Inanspruchnahme solcher Förderungen kann die Wirtschaftlichkeit von Batteriespeichern erheblich verbessern und die Amortisationszeit der PV-Anlage verkürzen.

Zusammenfassend tragen Batteriespeicher in vielerlei Hinsicht zur Wirtschaftlichkeit von Solaranlagen bei. Sie erhöhen die Unabhängigkeit von externen Stromquellen, unterstützen die Stabilisierung des Stromnetzes, fördern die E-Mobilität und können von Förderprogrammen profitieren. 

Größenbestimmung von Batteriespeichern und einflussnehmende Faktoren

Die richtige Dimensionierung eines Batteriespeichers ist entscheidend für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Solaranlage. Eine angemessene Größe gewährleistet, dass der erzeugte Solarstrom optimal genutzt und gespeichert wird, ohne dass unnötige Kosten oder Kapazitätsverluste entstehen. Die Größenbestimmung von Batteriespeichern ist ein komplexer Prozess, der von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird. In diesem Kapitel werden die wichtigsten Aspekte bei der Größenbestimmung von Batteriespeichern erläutert.

Energiebedarf und Verbrauchsprofil

Der Energiebedarf und das Verbrauchsprofil des Haushalts oder Betriebs sind entscheidende Faktoren bei der Größenbestimmung des Batteriespeichers. Der tägliche Stromverbrauch, die Verteilung der Verbrauchsspitzen sowie saisonale Schwankungen sollten bei der Dimensionierung des Speichers berücksichtigt werden. Eine detaillierte Analyse des Verbrauchsprofils ermöglicht es, den Speicher so auszulegen, dass er den Eigenverbrauch maximiert und den Bezug von externem Strom minimiert.

Leistung und Größe der PV-Anlage

Die Leistung und Größe der PV-Anlage sind weitere wichtige Faktoren bei der Größenbestimmung des Batteriespeichers. Die Speicherkapazität sollte auf die erwartete Solarstromerzeugung abgestimmt sein, um Überschussstrom effizient zu speichern und gleichzeitig eine Über- oder Unterdimensionierung des Speichers zu vermeiden. Die Größe des Speichers sollte in der Regel 60–80 % der täglichen Solarstromerzeugung entsprechen, um einen optimalen Eigenverbrauch zu gewährleisten.

Autarkiegrad und Speicherzyklen

Der gewünschte Autarkiegrad, also der Anteil des selbst erzeugten Stroms am Gesamtverbrauch, ist ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Größenbestimmung des Batteriespeichers. Ein höherer Autarkiegrad erfordert eine größere Speicherkapazität, um den Eigenverbrauch zu erhöhen und den Bezug von externem Strom zu reduzieren. Gleichzeitig sollte die Anzahl der täglichen Lade- und Entladezyklen des Speichers berücksichtigt werden, um eine ausreichende Lebensdauer des Speichers zu gewährleisten.

Reservekapazität und Notstromfunktion

Bei der Größenbestimmung des Batteriespeichers sollte auch eine Reservekapazität für Notfälle oder unvorhergesehene Verbrauchsspitzen eingeplant werden. Eine zusätzliche Speicherkapazität kann die Versorgungssicherheit erhöhen und die Notstromfunktion des Speichers unterstützen. Je nach individuellen Anforderungen und Sicherheitsbedürfnissen kann der Umfang der Reservekapazität variieren.

Technologie und Speicherwirkungsgrad

Die Wahl der Batterietechnologie und der Speicherwirkungsgrad spielen ebenfalls eine Rolle bei der Größenbestimmung des Batteriespeichers. Unterschiedliche Batterietechnologien weisen unterschiedliche Speicherkapazitäten, Wirkungsgrade und Lebensdauern auf. Diese Faktoren sollten bei der Dimensionierung des Speichers berücksichtigt werden. Ein höherer Wirkungsgrad führt zu einer effizienteren Energienutzung und kann dazu beitragen, die Größe des Batteriespeichers zu reduzieren.

Insgesamt ist die Größenbestimmung von Batteriespeichern ein wichtiger und komplexer Prozess, der von zahlreichen Faktoren beeinflusst wird. Eine sorgfältige Analyse des Energiebedarfs, des Verbrauchsprofils, der Solaranlage, des Autarkiegrads, der Reservekapazität und der gewählten Batterietechnologie ist entscheidend, um einen effizienten und wirtschaftlichen Einsatz des Batteriespeichers zu gewährleisten. Es wird empfohlen, die Größenbestimmung von Batteriespeichern in Zusammenarbeit mit Experten durchzuführen, um eine optimale Lösung für die individuellen Bedürfnisse und Gegebenheiten der Solaranlage zu finden.

AC- und DC-gekoppelte Batteriespeicher im Vergleich

Bei der Integration von Batteriespeichern in Solaranlagen gibt es zwei grundlegende Anschlussmöglichkeiten – AC-gekoppelte und DC-gekoppelte Batteriespeicher. Beide Anschlussoptionen haben ihre eigenen Vor- und Nachteile, die je nach Anwendungsfall und individuellen Anforderungen der Solaranlage abgewogen werden müssen. In diesem Kapitel werden die Unterschiede zwischen AC- und DC-gekoppelten Batteriespeichern sowie ihre jeweiligen Vor- und Nachteile dargestellt.

AC-gekoppelte Batteriespeicher

AC-gekoppelte Batteriespeicher sind an der Wechselstromseite (AC) des Wechselrichters angeschlossen. Die überschüssige Energie von der Solaranlage wird zunächst in Wechselstrom umgewandelt, bevor sie im Batteriespeicher gespeichert wird. Bei Bedarf wird die Energie dann erneut in Wechselstrom umgewandelt, um sie im Haushalt oder Betrieb zu nutzen.

Vorteile von AC-gekoppelten Batteriespeichern

• Flexibilität

AC-gekoppelte Batteriespeicher können einfach nachgerüstet oder in bestehende Solaranlagen integriert werden, ohne dass der bestehende Wechselrichter ausgetauscht werden muss.

• Unabhängigkeit

Da der Batteriespeicher unabhängig vom Solarwechselrichter arbeitet, können unterschiedliche Technologien und Hersteller kombiniert werden.

• Notstromfunktion

AC-gekoppelte Batteriespeicher bieten häufig eine Notstromfunktion, die es ermöglicht, bei Netzausfall weiterhin Strom aus dem Speicher zu beziehen.

Nachteile von AC-gekoppelten Batteriespeichern

• Energieverluste

Da bei AC-gekoppelten Batteriespeichern zwei Umwandlungsprozesse (DC zu AC und AC zu DC) stattfinden, kann es zu höheren Energieverlusten kommen.

• Höhere Kosten

AC-gekoppelte Systeme benötigen in der Regel einen zusätzlichen Batteriewechselrichter, was die Gesamtkosten der Anlage erhöhen kann.

DC-gekoppelte Batteriespeicher

DC-gekoppelte Batteriespeicher sind an der Gleichstromseite (DC) des Wechselrichters angeschlossen. Die überschüssige Energie von der Solaranlage wird direkt in den Batteriespeicher eingespeist, ohne dass eine Umwandlung in Wechselstrom erforderlich ist. Bei Bedarf wird die gespeicherte Energie in Wechselstrom umgewandelt, um sie im Haushalt oder Betrieb zu nutzen.

Vorteile von DC-gekoppelten Batteriespeichern

• Höhere Effizienz

Da nur ein Umwandlungsprozess (DC zu AC) stattfindet, sind die Energieverluste bei DC-gekoppelten Batteriespeichern geringer.

• Geringere Kosten

DC-gekoppelte Systeme benötigen in der Regel keinen separaten Batteriewechselrichter, da der Solarwechselrichter sowohl die Solaranlage als auch den Batteriespeicher steuert. Dies kann die Gesamtkosten der Anlage reduzieren.

• Einfachere Installation

Da nur ein Wechselrichter benötigt wird, kann die Installation von DC-gekoppelten Batteriespeichern einfacher und schneller sein als bei AC-gekoppelten Systemen.

Nachteile von DC-gekoppelten Batteriespeichern

• Kompatibilität

DC-gekoppelte Batteriespeicher erfordern in der Regel einen speziellen, kompatiblen Solarwechselrichter, der sowohl die Solaranlage als auch den Batteriespeicher steuern kann. Dies kann die Auswahlmöglichkeiten einschränken und die Nachrüstung in bestehende Solaranlagen erschweren.

• Notstromfunktion

DC-gekoppelte Batteriespeicher bieten in der Regel keine Notstromfunktion. Bei Netzausfall kann der Speicher daher nicht genutzt werden, um den Stromverbrauch im Haushalt oder Betrieb aufrechtzuerhalten.

Zusammenfassend bieten sowohl AC- als auch DC-gekoppelte Batteriespeicher ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die Entscheidung für eine der beiden Anschlussmöglichkeiten hängt von den individuellen Anforderungen und Gegebenheiten der Photovoltaikanlage ab. AC-gekoppelte Batteriespeicher bieten Flexibilität und Unabhängigkeit, sind jedoch in der Regel weniger effizient und teurer als DC-gekoppelte Systeme. DC-gekoppelte Batteriespeicher hingegen bieten eine höhere Effizienz und geringere Kosten, sind aber möglicherweise weniger flexibel und bieten keine Notstromfunktion. Bei der Auswahl des geeigneten Batteriespeichersystems sollte man diese Faktoren sorgfältig abwägen und gegebenenfalls die Expertise von Fachleuten hinzuziehen, um eine optimale Lösung für die jeweilige Solaranlage zu finden.

Installation und Wartung von Batteriespeichern für Solaranlagen

Die Installation eines Batteriespeichers sollte durch qualifizierte Fachkräfte erfolgen, um eine optimale Funktion und Sicherheit zu gewährleisten. Dabei sind gesetzliche Vorgaben, wie die DIN VDE-Normen, zu beachten. Ein korrekt dimensionierter und installierter Batteriespeicher trägt zur langfristigen Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Solaranlage bei. 

Die Wartung von Batteriespeichern variiert je nach Art des Speichers und Herstellervorgaben. Während Blei-Akkumulatoren regelmäßig gewartet werden müssen, sind Lithium-Ionen-Akkumulatoren in der Regel wartungsarm.

Dennoch ist es ratsam, den Batteriespeicher regelmäßig auf Funktionstüchtigkeit und Sicherheit zu überprüfen. Dabei sollten vorwiegend die Kapazität, Spannung und Temperatur des Speichers kontrolliert werden. Eine fachgerechte Wartung trägt zur Langlebigkeit des Batteriespeichers und somit zur Wirtschaftlichkeit der Solaranlage bei.