Eigenstrom effizient nutzen: Ran an den Batteriespeicher!
Gerade mit Blick auf die Stromkosten fühlen sich viele Eigenheimbesitzer sowohl den politischen Bedingungen als auch den Versorgern oft hilflos ausgeliefert. Für mehr Unabhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz sorgen Photovoltaikanlagen, die in der Vergangenheit allein durch die EEG-Netzeinspeisevergütung rentabel waren. Doch diese Zeiten sind vorbei. Für das Einspeisen werden nur noch geringe Entgelte bezahlt. Schlimmstenfalls wird die eigene Photovoltaikanlage sogar in der Erzeugungsleistung begrenzt. Somit werden Batteriespeicher für Anlagenbetrieber immer wichtiger.
Lesen Sie hierzu: So finden Sie den passenden Batteriespeicher oder stöbern Sie in unserem Themen-Verzeichnis.
Auf eine Leistungsbegrenzung der PV-Anlage achten
Im Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) 2012 wird in § 6 Abs. 2 vorausgesetzt, dass sich Photovoltaikanlagen mit einer Spitzenleistung bis 100 kWp einer vierstufigen ferngesteuerten Begrenzung der Wirkleistung unterwerfen müssen. Das heißt nichts anderes, als dass der örtliche Versorger die Leistung der Anlage aus der Ferne begrenzen kann, falls dies durch die Überlastung des Stromnetzes erforderlich sein sollte. Dazu wird in der Regel ein Funk-Rundsteuersignal verwendet. Der dafür erforderliche Empfänger muss vom Betreiber der Photovoltaikanlage gekauft werden. Die Kosten für den Rundsteuerempfänger, der hierfür erforderliche Zählerplatz und der Mehraufwand der Elektroinstallation können bis zu 1000 Euro betragen. Außerdem ist zusätzlich eine Erfassung der Ist-Leistung mit Rückmeldung an den Netzbetreiber erforderlich.
Um diese teils hohen Kosten gerade für die Betreiber kleinerer Anlagen bis maximal 30 kWp zu minimieren, bietet das EEG an, die Wirkleistung der Photovoltaik konstant auf 70% der installierten Modulleistung zu begrenzen. Das heißt: Wird z. B. eine Anlage mit 10 kWp eingesetzt, dürfen maximal 7kW in das Stromnetz eingespeist werden. Ein eventuell darüber hinaus erzeugter Überschuss wird bereits im Wechselrichter „gekappt“. Empfehlenswert ist diese Variante gerade bei den immer häufiger eingesetzten Anlagen, die nicht in Südausrichtung, sondern auf Ost- und Westdächern geteilt montiert werden. Denn hier wird die volle Leistung der PV-Anlage in der Regel nie erreicht. Bei einer 10-kWp-Anlage werden z. B. bei einer Montage in Ost- und Westausrichtung nie mehr als maximal 6 bis 7 kW realisiert.
Alternativ ist es zulässig, den Eigenverbrauch von der erzeugten Leistung abzuziehen, da sich die Begrenzung auf 70% der Wirkleistung am Einspeisepunkt bezieht. Hierfür benötigt der Anlagenbetreiber jedoch ein Energie- und Einspeisemanagement mit Verbrauchserfassung.
Stromspitzen bei Erzeugung und Verbrauch abfangen
Sieht sich der Experte typische Erzeugungs- und Verbrauchsprofile in einem Einfamilienhaus an, wird schnell deutlich, wie wichtig Batteriespeicher unter den aktuellen und künftig wahrscheinlich noch weiter verschärften Bedingungen für die Einspeisung von Photovoltaikstrom werden können. Gerade dann, wenn viel Strom selbst erzeugt wird, wird er meist nicht im Haus benötigt. Dieses Ungleichgewicht lässt sich auch nicht dadurch kompensieren, dass der Betrieb von Verbrauchern wie Wasch- oder Spülmaschine, z. B. durch Funk-Steckdosen gesteuert, in die Zeit der überschüssigen Erzeugung verlegt wird. Zudem besteht das Problem, dass in Phasen mit hohem Strombedarf im Haus dieser durch die PV-Anlage nicht gedeckt werden kann.
Ein perfekt ausgelegter und geplanter Batteriespeicher fängt genau diese Spitzen ab: Er nimmt den Überschuss des selbst erzeugten Stroms zur Mittagszeit auf, um ihn z. B. für die einstrahlungsschwachen oder leistungshungrigen Phasen aufzubewahren.
Worin unterscheiden sich die Batteriezellen-Technologien?
Die Batteriezellen sind das Herzstück eines Batteriespeichers. Nicht nur mit ihrer Langlebigkeit und Zuverlässigkeit, sondern auch ihrem tatsächlichen Aufnahmevermögen steht und fällt die Effizienz des Gesamtsystems. Standardmäßig finden sich in stationären Batteriespeichersystemen aktuell Zellen auf Lithium Ionen- sowie auf Blei Gel- oder Blei Säure-Basis. Der Hauptvorteil der bleibasierenden Zellen sind ihre niedrigeren Investitionskosten. Allerdings sind die Nutzkapazität, die Zyklenfestigkeit und die Langlebigkeit dieser Technologie bei Weitem nicht so hoch wie die der Lithium-Ionen-Technologie. Außerdem kann die Aufnahme- und Abgabekapazität der Blei-Akkus im Laufe der Nutzungsdauer erheblich sinken, wenn sie oft nur teilweise be- und entladen werden.
Darüber hinaus kann der „nicht nutzbare Anteil“ des elektrischen Speichervermögens um das Risiko einer batterieschädigenden Tiefentladung zu vermeiden, bis zu 50% betragen. Das bedeutet nichts anderes, als dass ein Batteriespeicher, der mit 10 kWh Kapazität angegeben wird, tatsächlich nur 5 kWh abgeben kann.
Zudem gelten für die Aufstellung und den Betrieb von Standard-Bleisäure-Akkus strenge gesetzliche Auflagen. So müssen z. B. eine Absaugvorrichtung sowie weitere Sicherheitsvorrichtungen in Form einer säurefesten Wanne für eventuelle Undichtheiten getroffen werden.
Bei den Lithium-Ionen-Akkus hat sich als ideales Speichermedium die Lithium Eisen Phosphat Technik (LIFePO4) herauskristallisiert. Diese Technik bietet Eigensicherheit und kennt keinen Memory-Effekt – dafür ist die Erstinvestition größer. „Wird dann jedoch die jeweilige Lebensdauer und die tatsächlich nutzbare Speicherkapazität dagegen gehalten, sieht die Rechnung schnell anders aus“, formuliert dazu Christian Sieg, Leiter Produkt- und Dienstleistungs-Management bei Vaillant Deutschland. „Wir gehen bei unseren LiFePO4-Zellen von ca. 10.000 vollständigen Be- und Entladezyklen aus. Das entspricht einer Lebenserwartung von etwa 20 Jahren. Spezielle Anforderungen an den Aufstellungsort sind dabei nicht erforderlich.“
Ausstattungsunterschiede bei Batteriespeichern
Generell empfehlenswert ist die Auslegung als quasi anschlussfertiges Komplettsystem, weil dadurch die einfache Montage und Inbetriebnahme gewährleistet sind. Darüber hinaus sollten alle für den Betrieb erforderlichen Einrichtungen in das gemeinsame Gehäuse integriert sein. Dazu zählen z. B. der Wechselrichter, die Steuerungselektronik und ein aktives Batterie-Management mit Batterieüberwachung sowie die erforderliche Messtechnik zur Erfassung der Erzeugungs- und Verbrauchsleistung.
Generell sollte die Netzwerkanbindung des Batteriespeichers möglich sein, um z. B. über die Daten von Online-Wetterprognosen den Betrieb so zu optimieren, dass die maximal erreichbare Effizienz und Eigenverbrauchsquote erreicht werden können. „Wir setzen die Online-Verbindung noch für weitere Aufgaben ein, sodass der Nutzer z. B. jederzeit auch online über ein Webportal oder eine App auf seinem mobilen Endgerät auf die aktuellen Daten seiner Anlage zugreifen kann“, so Sieg.
Mit Blick auf eine Förderung des Batteriespeichers sind je nach der Maßgabe der aktuellen Förderrichtlinien einige wichtige Bedingungen umzusetzen. So muss z. B. aktuell mit dem Batteriespeicher die maximale Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage am Netzeinspeisepunkt auf 50% der tatsächlich installierten Leistung reduziert werden können. Genauso werden offen gelegte Schnittstellen zur Fernparametrierung gefordert. Hierzu muss der Hersteller jeweils entsprechende Erklärungen vorlegen, die an den Endkunden weiterzugeben sind, um die Förderung zu erhalten. Außerdem ist für die Installation und Inbetriebnahme nachzuweisen, dass diese durch einen qualifizierten Fachbetrieb erfolgt ist.
AC- oder DC-gekoppelte Technologie?
Bei stationären Heimspeichersystemen wird zwischen einer AC- und DC-gekoppelten Technologie unterschieden. DC-gekoppelte Systeme haben den Vorteil, dass sie bei einer reinen Photovoltaikanwendung einfacher aufgebaut und somit in der Anschaffung preisgünstiger sind. Grund hierfür ist, dass der eingesetzte Wechselrichter für die Erzeugungsanlage mit genutzt werden kann. Das AC-gekoppelte Batteriespeichersystem besitzt einen eigenständigen Batteriewechselrichter, der sich mit netzkonformem Wechsel- oder Drehstrom speisen lässt. Dadurch ergibt sich eine maximale Flexibilität, da es sich mit nahezu jeder elektrischen Erzeugungsanlage, also z. B. auch mit Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, kombinieren lässt.
Lagerung, Einbringung und Aufstellbedingungen
Installateure sollten generell beachten, dass Batteriespeicher keine Lagerprodukte sind. Denn während der Einlagerung können sich die Batteriezellen selbst entladen. Sollte es dabei zu einer Tiefentladung kommen, können die Zellen dauerhaft geschädigt werden.
Mit Blick auf eine leichtere Einbringung insbesondere in Altbauten kann es von Vorteil sein, wenn Batteriespeicher und Batterien voneinander getrennt zum Aufstellort transportiert und erst dort zusammengefügt werden. Vorteilhaft ist ein modular aufgebauter Batteriespeicher, der für alle gängigen Leistungsgrößen ein einheitliches Gehäuse mit dem gleichen Wechselrichter bietet. Denn solche Batteriespeicher lassen sich nicht nur kostenoptimiert erwerben und anschließen, sondern sie erlauben auch den Ausbau oder eine nachträgliche Bedarfsanpassung.
Zudem gilt es mit Blick auf die Lagerung als auch auf den Transport und die Aufstellung, darauf zu achten, dass eine definierte Umgebungstemperatur eingehalten (i. d. R. zwischen 5 und 30°C) und die relative Luftfeuchte 70% nicht überschritten wird. Zudem sollte der Bereich frei von explosiven oder korrosiven Gasen sein. Generell sollte eine Möglichkeit zur Anbindung an das Internet vorhanden sein. Von Vorteil ist es zudem, wenn sich der Aufstellort in der Nähe der elektrischen Unterverteilung im Haus befindet. Denn zwischen Unterverteilung, Wechselrichter der Photovoltaik und Batteriespeicher müssen wenige Leitungen mit handelsüblichen Querschnitten verlegt werden. Die Messtechnik wird hierbei direkt in der Elektroverteilung installiert und über eine Busleitung mit dem Batteriespeicher verbunden. Auf diese Weise werden Leitungsverluste auch bei längeren Entfernungen minimiert.
Bei der Installation von Batteriespeichern handelt es sich um eine „einfache“ Elektroinstallation in der Haustechnik, wobei der Speicher i. d. R. zusätzlich ins hausinterne Netzwerk mit Internetanschluss integriert wird. Unabdingbar dafür ist ein entsprechend ausgebildeter Elektrofachhandwerker, denn letztlich müssen Installationsarbeiten an der Elektroverteilung geleistet werden.
Fachgerechte und sinnvolle Einbindung ins Gesamtsystem
Ein Batteriespeicher soll und muss in das Gesamtsystem der technischen Gebäudeausrüstung integriert sein, um seine Vorteile vollständig ausspielen zu können. Dafür ist eine einfache Einbindung aller Systembestandteile untereinander entsprechend relevant. „Werden z. B. eine Wärmepumpe und eine Photovoltaikanlage, oder die Kombination von Kraft-Wärme-Kopplung und Photovoltaik, zusammen mit einem Batteriespeicher eingesetzt, können Größenordnungen der Eigenverbrauchsquote von bis zu 85% erzielt werden.
Damit dies gelingt, sollte der Handwerker zunächst eine fachgerechte Beratung und Auslegung anbieten können. Hilfreich für das Kundengespräch sind spezielle Projekterfassungsbögen. Nach Abschluss der Installationsarbeiten muss die fachgerechte Einstellung und Inbetriebnahme erfolgen. Dazu sollte der Fachhandwerker entweder ein Herstellertraining besucht haben oder, sofern möglich, auf den Inbetriebnahmeservice des Herstellers zurückgreifen. Letzteres empfiehlt sich generell auch bei der ersten Batteriespeicher-Installation.
Fazit
Batteriespeicher sind ein wachstumsstarkes Trendprodukt, das zusammen mit Photovoltaikanlagen oder Blockheizkraftwerken zum Einsatz kommt, um die Eigenverbrauchsquote der selbst erzeugten elektrischen Energie zu maximieren. Idealerweise werden sie zusammen mit den Komponenten eines Systemanbieters eingesetzt, um die höchst mögliche Wirtschaftlichkeit zu erzielen. Allerdings gibt es deutliche Unterschiede bei den verfügbaren Produkten am Markt, sodass der Fachhandwerker die Angebote, vor allem mit Blick auf die spätere Kundenzufriedenheit, genau prüfen sollte. Dies betrifft insbesondere die Art, Ausstattung und Aufstellbedingungen des Speichermediums, die Zahl der Ladezyklen, die regelungstechnisch intelligente Einbindung in die Haustechnik sowie die Garantiebedingungen und Serviceangebote der Hersteller.
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Dieser Beitrag von Martin Schellhorn erschien zuerst in SBZ 11/2016. Martin Schellhorn ist Fachjournalist und Inhaber einer Fachpresse-Agentur.
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