Photovoltaik mit Batteriespeicher: Lohnt sich das?

Was ist ein Batteriespeicher?

Der Batteriespeicher ist ein speziell entwickeltes Speichermedium, das den Strom aus einer Photovoltaikanlage zwischenspeichern kann. Bei einer Anlage ohne Speicher wird der überschüssige Strom direkt ins öffentliche Netz eingespeist. Nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wird dieser aktuell mit 8,2 Cent pro kWh vergütet. Ein Batteriespeicher sorgt dafür, dass Strom, der gerade nicht benötigt wird, zwischengespeichert werden kann. Dadurch kann auch abends und nachts auf den eigenen Solarstrom zurückgegriffen werden, wenn die Photovoltaikanlage weniger Strom produziert als benötigt wird. Das reduziert das Dazukaufen von teurem Strom aus dem öffentlichen Netz zu geringen Ertragszeiten.

Wie ist ein Heimspeichersystem aufgebaut?

Ein Heimspeichersystem besteht in der Regel aus einer Batterie und einem Batteriemanagementsystem. Zum Monitoring wird ein Power Sensor benötigt, der mit dem Internet verbunden ist. Ähnlich wie bei der Photovoltaikanlage gehört auch zu einem Batteriespeicher ein Wechselrichter. Dieser wandelt den Gleichstrom aus der Batterie in Wechselstrom um, damit er im Hausnetz verwendet werden kann.

Welche unterschiedlichen Speicherarten gibt es?

Auf dem PV-Markt hat sich in den letzten Jahren die Lithium-Ionen-Batterie als Stromspeicher durchgesetzt. Die noch vor Jahren verwendete Bleibatterie spielt aufgrund der regelmäßig benötigten Wartung und der vergleichsweise kurzen Lebensdauer keine Rolle mehr. Gelegentlich spricht man bei Speichersystemen auch noch von der Redox-Flow-Batterie oder der Salzwasserbatterie. Beide Speichertechniken sind jedoch auf dem deutschen Markt nicht mehr erhältlich.

Die Lithium-Ionen-Batterie

Die Vorteile einer Lithium-Ionen-Batterie liegen vor allem in ihrem hohen Wirkungsgrad und ihrer hohen Energiedichte. Das heißt, sie kann mehr und schneller Energie speichern und wieder abgeben, als zum Beispiel die Bleibatterie. Im Vergleich mit anderen Konkurrenten hat sich die Lithium-Ionen-Batterie auch durch ihre lange Lebensdauer bei intensiver Nutzung durchgesetzt. Durch ihren vielfältigen Einsatz hat sie sich auch in anderen Anwendungsfeldern bewährt: Neben ihrer bekanntesten Anwendung in Elektroautos, wird die Lithium-Ionen-Batterie auch in großen industriellen Batteriespeichern und Kraftwerken verwendet. Durch ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und die dadurch gestiegene Produktionszahl ist nicht nur der Preis gesunken. Auch ihre technische Weiterentwicklung wird stetig beschleunigt.

Verschiedene Anschlussmöglichkeiten der Lithium-Ionen-Batterie

Normalerweise produziert die Photovoltaikanlage Gleichstrom, der vom Wechselrichter als Wechselstrom ins Hausnetz eingespeist wird. Bei der Platzierung des Batteriespeichers gibt es zwei Anschlussmöglichkeiten. Zum einen kann der Batteriespeicher direkt zwischen PV-Anlage und Hausnetz angeschlossen werden. Das nennt man Gleichstromkopplung. Die andere Variante nennt man Wechselstrom-Kopplung. Dabei ist der Batteriespeicher Teil des Hausnetzes und arbeitet unabhängig von der Photovoltaikanlage.

• Gleichstrom (DC) gekoppelte Speicher

Das Gleichstrom gekoppelte Batteriespeichersystem nutzt den Wechselrichter der PV-Anlage mit. Dazu werden Wechselrichter verwendet, die an beide Geräte angeschlossen werden können. Diese nennt man Hybridwechselrichter. Eine andere Möglichkeit ist, dass die PV-Anlage direkt an ein Batteriespeichersystem angeschlossen ist. Dabei ist der Wechselrichter bereits im Speichersystem integriert. Bei beiden Varianten geht der Strom auf direktem Wege von der PV-Anlage in den Batteriespeicher.

• Wechselstrom (AC) gekoppelte Speicher

Ein Batteriespeichersystem, das mit Wechselstrom gekoppelt ist, benötigt einen eigenen Wechselrichter. In diesem Fall wird der Gleichstrom vom Dach durch den Wechselrichter der PV-Anlage zunächst als Wechselstrom ins Hausnetz eingespeist. Der Batteriespeicher wandelt durch seinen eigenen Wechselrichter überschüssigen Wechselstrom aus dem Hausnetz wieder in Gleichstrom um, damit er in der Batterie gespeichert werden kann. Sobald zusätzlicher Strom benötigt wird, wandelt der Wechselrichter den Gleichstrom aus der Batterie wieder in Wechselstrom um und wird ins Hausnetz eingespeist.

Welches Speichersystem ist sinnvoller?

Die an Gleichstrom gekoppelten Systeme arbeiten effizienter und sind günstiger in der Anschaffung. Sie kommen häufig zum Einsatz, wenn eine PV-Anlage zusammen mit einem Batteriespeicher neu installiert wird. Wechselstrom gekoppelte Geräte hingegen sind flexibler. Sie lassen sich einfacher mit einer bestehenden PV-Anlage kombinieren. Inzwischen haben sich aber die effizienteren und günstigeren Gleichstrom gekoppelten Systeme am Markt etabliert.

Welche Größe ist sinnvoll?

Batteriespeichersysteme gibt es in verschiedenen Größen. Bei Heimspeicher werden in der Regel Batterien mit einer Kapazität von 5 kWh bis 25 kWh verbaut. Verbraucher tendieren dazu, sich eher für zu große Heimspeicher zu entscheiden. Der Gedanke dahinter ist, immer genügend Strom zur Verfügung zu haben. In der Realität ist es jedoch am sinnvollsten, die Speichergröße genau an den Eigenverbrauch anzupassen. Das heißt, der Stromspeicher sollte den Verbrauch abends und nachts abdecken können. Dazu wird die Batterie im Idealfall tagsüber voll geladen, abends und nachts entleert sie sich so weit wie möglich. Pendelt der Ladungszustand bei einem zu großen Speicher hingegen ständig zwischen halb voll und ganz voll, nutzt sich die Batterie schneller ab.

Die Wahl des richtigen Speichers hängt von vielen verschiedenen Punkten ab. Was sollte bei der Größe des Speichers bedacht werden:

• Wie hoch ist der Stromverbrauch im Jahr?
• Wird tagsüber Strom aus der Anlage verbraucht oder nur abends und nachts?
• Wie viel Budget steht für einen Batteriespeicher zur Verfügung?

Als Richtwert für den normalen Hausverbrauch empfiehlt die Verbraucherzentrale 1 kWh Speicher pro 1.000 kWh Jahresverbrauch als optimale Größe. Das entspricht bei einem durchschnittlichen Ein- oder Zweifamilienhaus einer Speichergröße von 5 kWh. Damit kann ein normaler Fernseher mit einer Leistung von 0,1 kW ungefähr 50 Stunden laufen. Dennoch ersetzt dies nicht die Beratung durch Fachpersonal.

Tipp: Sie planen im Nachhinein die Installation einer Wärmepumpe? Dann muss der infolgedessen steigende Stromverbrauch bei der Speicherwahl unbedingt berücksichtigt werden.

Kosten und Förderprogramme für Batteriespeicher

Für Photovoltaik gibt es verschiedene Finanzierungs- und Förderprogramme, mit denen die Anschaffungskosten verringert werden können. Diese gelten jedoch nicht immer auch für einzelne Komponenten wie den Batteriespeicher.

Anschaffungskosten

In den letzten Jahren sind die Anschaffungskosten für Batteriespeicher deutlich gesunken. Aufgrund der hohen Nachfrage und dem Mangel an Steuerungschips stagniert der Preis aktuell, jedoch werden die Kosten mittel- und langfristig noch weiter sinken.

Bei einem Kostenvergleich von Batteriespeichern wird in der Regel der Preis in Euro/kWh-Speicherkapazität verglichen. Je nach Größe kann man mit ca.1.100 € - 1.350 € pro Kilowattstunde Speicherkapazität rechnen. Jedoch hängen die Kosten nicht nur von der Größe ab. Ob es sich um eine Wechselstrom- oder Gleichstrom-Kopplung handelt, macht sich ebenfalls beim Preis bemerkbar.

Betriebskosten

Im Vergleich zu anderen Speicherarten ist die Lithium-Ionen-Batterie weitgehend wartungsfrei. Jedoch können sich in den Garantiebedingungen Kostenrisiken verstecken. So ist zwar die Batterie selbst meist abgedeckt, nicht jedoch die umfangreiche Elektronik, die in einem Batteriespeichersystem enthalten ist.

Förderprogramme für Batteriespeicher

Die meisten Finanzierungs- und Förderprogramme beziehen sich auf die Anschaffung einer gesamten Photovoltaikanlage. Daher sollte bei der Installation einer neuen Photovoltaikanlage auf jeden Fall die Ergänzung eines Batteriespeichers in Betracht gezogen werden.

Bei der KfW wurde der spezielle Kredit für Batteriespeicher vor einigen Jahren eingestellt. Jedoch enthält das allgemeine Förderprogramm „Erneuerbare Energien – Standard 270“ auch die Erweiterung von Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien. Im Falle einer PV-Anlage ist damit auch die Nachrüstung eines Batteriespeichers inbegriffen.

Aktuell bieten vor allem Bundesländer und Kommunen Zuschüsse und Förderprogramme an. Hier gilt es, schnell zu sein. Die Förderungen sind oft schnell ausgeschöpft und werden wieder gestoppt.

Tipp: Ein Anruf bei der Gemeindeverwaltung oder ein Blick auf die Internetseite der Landesregierung lohnt sich. So können laufende oder geplante Förderprogramme erfragt und etwaige Anschaffungen daran angepasst werden.

Wie lange hält ein Batteriespeicher?

Im Schnitt hält ein Batteriespeicher zwischen 10 und 15 Jahren. Neben dem ständigen Laden und Entladen führen auch chemische Prozesse unabhängig vom Ladungsvorgang zur Alterung der Materialien. Das wirkt sich auf die Speicherkapazität der Batterie aus.

Lange Haltbarkeit der Lithium-Ionen-Batterie

Bei den meisten mit PV-Anlagen kombinierten Lithium-Ionen-Batterien gibt es einiges zu beachten, um die Haltbarkeit voll auszuschöpfen. So wirkt sich eine sehr hohe oder sehr niedrige Umgebungstemperatur negativ aus. Als Standort eignet sich am besten ein trockener Kellerraum mit wenig Temperaturschwankungen. Auch ein langanhaltender, hoher Ladezustand beschleunigt den Verschleiß der Batterie. Das macht die Wahl der richtigen Speichergröße umso wichtiger.

Bringt ein Batteriespeicher Unabhängigkeit?

Im typischen Einfamilienhaus können durch eine Photovoltaikanlage auf dem Dach etwa 25 Prozent des Strombedarfs abgedeckt werden. Durch die Installation eines passenden Speichers erhöht sich die Unabhängigkeit auf bis zu 70 Prozent. Das liegt daran, dass bei einer Anlage mit Batteriespeicher weniger Strom ins öffentliche Netz eingespeist wird. Dieser kann dann im Haus verwendet werden, wenn die PV-Anlage den Strombedarf gerade nicht gänzlich abdeckt. Dadurch muss weniger teurer Strom von einem öffentlichen Anbieter hinzugekauft werden. Das heißt, je mehr eigener Solarstrom verbraucht werden kann, desto größer ist die Unabhängigkeit vom Energiemarkt.

Nachrüsten: Lohnt sich ein Batteriespeicher auch für ältere PV-Anlagen ohne Speicher?

Bei jungen Photovoltaikanlagen, die nach 2011 installiert wurden, ist die Einspeisevergütung deutlich niedriger als der aktuelle Strompreis. Aktuell stehen 8,2 Cent für jede ins öffentliche Netz eingespeiste Kilowattstunde im Schnitt 34 Cent pro dazu gekaufter Kilowattstunde von einem öffentlichen Anbieter gegenüber. Je mehr selbst produzierter Solarstrom im eigenen Haus verbraucht werden kann, desto günstiger wird es am Ende. Daher lohnt sich eine Nachrüstung auf jeden Fall.

Auch bei einer älteren PV-Anlage kann sich die nachträgliche Installation eines Heimspeichers lohnen. Dazu müssen sich jedoch Kosten für Speicher und Installation rechnen. Bei einer hohen Einspeisevergütung, die noch länger läuft, lohnt sich die Nachrüstung eines Batteriespeichers meistens nicht. Sobald die alte EEG-Vergütung ausläuft, steht die aktuelle Einspeisevergütung dem teuren Strompreis gegenüber. Dann sollte über eine nachträgliche Installation eines Batteriespeichers nachgedacht werden.

Umweltaspekt: Wie schädlich sind Lithium-Ionen-Batterien?

Im Falle einer Lithium-Ionen-Batterie kommt auch immer wieder die Frage nach der Umweltverträglichkeit auf. Das bezieht sich insbesondere auf das enthaltene Lithium. Mit der extrem gestiegenen Nachfrage nehmen auch die Umwelteffekte rasant zu.

Das Alkalimetall wird durch das in Salzwassern enthaltene Lithiumchlorid gewonnen. Diese Art der Gewinnung findet vor allem in den Salzwüsten Südamerikas statt und wird stark kritisiert. Grund dafür sind die fehlenden Sicherheitsvorkehrungen und die Vergiftung des Trinkwassers. In der besonders trockenen Region um das Dreiländereck Chile, Argentinien und Bolivien werden große Mengen Süßwasser durch den Lithiumabbau mit Lithiumchlorid enthaltenen Salzwasser vermischt. Das Versalzen des kostbaren Trinkwassers macht die sowieso schon knappe Ressource zur Mangelware. Das führt auch dazu, dass indigene Völker ihrer Lebensgrundlage und ihres Lebensraums beraubt werden.

Das Problem ist aber nicht der Abbau selbst, sondern die fehlenden Kontrollen. Hier müssen unbedingt ökologische Standards gesetzt und internationale sowie rechtliche Rahmenbedingungen geschaffen werden. Nur so können die Auswirkungen auf Umwelt und Menschheit möglichst gering gehalten werden.

Können Lithium-Ionen-Batterien recycelt werden?

Auch die Frage nach dem Recycling der Lithium-Ionen-Batterie wird immer größer. Noch reichen die natürlichen Vorkommen, um den Bedarf zu decken. Aber die Nachfrage wird immer größer und Umweltbelastung und Ressourcenschonung werden immer mehr in den Fokus rücken.

Folgende Möglichkeiten zum Recyceln gibt es:

• Verbrennen: Bisher werden die Lithium-Ionen-Batterien verbrannt. Dabei lassen sich zwar Kupfer, Kobalt und Nickel wieder gewinnen, nicht aber das knappe Lithium.
• Zerlegen: Ein neuerer Forschungsansatz ist, die leicht entzündlichen Lithium-Ionen-Batterien unter Schutzatmosphäre zu zerlegen. Dadurch können Graphit, Mangan, Nickel, Kobalt und Lithium recycelt werden. Das sind 96 Prozent. Ein zukunftsfähiger Ansatz, der heute noch nicht in der Masse praktiziert wird.
• Upcycling: Eine weitere Möglichkeit, um zum Beispiel alte Batterien von Elektroautos wiederzuverwerten, ist das Prinzip der 2nd-Life-Batterie. Wenn eine Lithium-Ionen-Batterie nicht mehr zur Verwendung in einem E-Auto geeignet ist, hat sie immer noch 70 bis 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. Für einen Akku in einem Elektro-Auto mag das zwar zu wenig sein, jedoch kann aus einem Zusammenschluss vieler ehemaliger E-Auto-Batterien ein Batteriespeicher für die Stabilisierung des Stromnetzes werden. So kann der wertvolle Akku noch 10 Jahre oder länger weiterleben. Erst danach ist endgültig Schluss und die Batterien müssen recycelt werden, um die wertvollen Materialien zurückgewinnen zu können.

Stromcloud-Tarife: Sind sie eine günstigere Alternative zu Batteriespeichern?

Was ist eine Stromcloud?

Normalerweise wird bei einer Photovoltaikanlage der nicht benötigte Strom ins öffentliche Netz eingespeist und nach dem EEG vergütet. Sollte mehr Strom benötigt werden, wird er aus dem öffentlichen Netz von einem regulären Anbieter dazu gekauft. Eine Stromcloud hingegen ist eine Art Stromkonto, über das überschüssiger Strom ebenfalls ins öffentliche Netz eingespeist wird. Das Besondere: Dieser kann zu einem späteren Zeitpunkt wieder verwendet werden. Es handelt sich dabei aber um keinen physischen Speicher, sondern der wieder abgerufene Strom kommt wie bei jedem anderen Verbraucher einfach aus dem öffentlichen Netz.

Lohnt sich ein Stromcloud-Tarif?

Wer eine Photovoltaikanlage auf dem Dach hat oder eine Installation plant, hat sicher schon die Vor- und Nachteile einer Stromcloud mit einem Batteriespeicher verglichen. Immerhin entfallen dabei die Installationskosten des physischen Speichers. Die Verträge solcher Tarife klingen daher oft vielversprechend. Bei genauerer Betrachtung verstecken sich dahinter jedoch komplexe und intransparente Kosten und Vertragsbedingungen. Diese sind für Laien nur schwer durchschaubar. Kaum verständliche Vertrags- und AGB-Klauseln in Kombination mit nicht nachvollziehbaren Preis- und Abrechnungsmodalitäten machen einen Vergleich mit regulären Stromtarifen quasi unmöglich.

Fazit: Die Verbraucherzentrale kommt anhand einer Vergleichsanalyse des Bonner Marktforschungsunternehmen EUPD Research zu dem Schluss, dass Stromcloud-Tarife selten sinnvoll sind. Das liegt daran, dass es bei dem Stromliefer-Prozess schlicht keine Kostenersparnis gibt, die ein öffentlicher Stromversorger an den Kunden weitergeben kann. Häufig wird dies in kreativen Tarifkonstruktionen geschickt verschleiert. Sollte aus verschiedenen Gründen ein Batteriespeicher nicht infrage kommen, gilt es, sich hier von einer fachkundigen Person beraten zu lassen, um den besten Tarif zu finden.

Fazit: Wann lohnt sich ein Batteriespeicher?

Bei der Nachrüstung einer älteren Anlage muss eine Abwägung zwischen aktuellem Strompreis und Einspeisevergütung stattfinden. Vor 20 Jahren war diese sehr hoch und übersteigt den aktuellen Strompreis. In diesem Fall lohnt es sich, mit der Nachrüstung zu warten, bis die auf 20 Jahre ausgelegte Einspeisevergütung ausläuft.

Bei der Neuinstallation einer PV-Anlage hingegen ist die Investition in einen Batteriespeicher sinnvoll. Vor allem mit einer Wärmepumpe oder einer Wallbox zum Laden von E-Autos erhöht sich der jährliche Stromverbrauch. Mit einem Batteriespeicher kann das Dazukaufen von teurem Strom von einem öffentlichen Anbieter stark reduziert werden. Durch die Kombination aus Photovoltaikanlage und Batteriespeicher sind bis zu 70 Prozent Unabhängigkeit vom Energiemarkt möglich.

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