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Batteriespeicher für Photovoltaik: Funktion im Detail

Giuliano Fuchs
26.02.2020 11:45:00

Batteriespeicher Photovoltaik

Batteriespeicher für Photovoltaik (PV) werden immer beliebter, um Solarenergie nachhaltig zu speichern und somit für den eigenen Haushalt nutzen zu können.

Photovoltaik ist heute längst kein Fremdwort mehr. Ganz im Gegenteil: Da die Strompreise Jahr für Jahr steigen, lassen sich viele Kunden nicht nur eine PV-Anlage, sondern auch einen dazugehörigen Speicher für Photovoltaik installieren, um den aus der Anlage gewonnenen Solarstrom einzuspeisen und die Sonnenenergie somit mehr nutzen zu können. Laut Bundesverband Solarwirtschaft e.V. hat heute schon jeder zweite Kunde einen Batteriespeicher für seine Solaranlage im Haus. In diesem Artikel erfährst du, welche Speicher es für Photovoltaikanlagen gibt und wie sie funktionieren.


Batteriespeicher für Photovoltaik: Was ist das?

PV-Anlagen sind eine gute Möglichkeit, um Sonnenenergie in Strom umzuwandeln und die überschüssige Energie ins Stromnetz einzuspeisen. Da der eingespeiste Solarstrom heute nicht mehr so hoch vergütet wird, entscheiden sich viele Haushalte für einen Speicher mit wiederaufladbaren Zellen für Photovoltaik.

Batteriespeicher sind in der Lage, die von der Photovoltaikanlage gewonnene Solarenergie zu speichern und sobald diese für Endgeräte benötigt wird, freizugeben. Sie funktionieren ähnlich wie Akkus, wie du sie zum Beispiel in Laptops findest. Nur können Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen den Strom besser abspeichern. Je mehr Sonnenstunden es pro Tag gibt, desto mehr Energie kann der Batteriespeicher auch einspeisen.

Das hat den Vorteil, dass du (unabhängig vom Stromnetz) auch dann deinen eigenen Strom nutzen kannst, wenn das Sonnenlicht rar ist und die Photovoltaikanlage keine Energie erzeugen kann. Mit einem Batteriespeicher musst du erst auf einen Energieversorger zurückgreifen, wenn der Stromspeicher ausgeschöpft ist.


Wie funktioniert eine Batterie?

Um die genaue Funktionsweise einer Batterie zu verstehen, musst du kein Fachmann sein. Vereinfacht ausgedrückt besteht eine Batterie aus zahlreichen Atomen, die wiederum Elektronen speichern und abgeben können. Elektronen sind nichts anderes als kleinste Teilchen, die durch Bewegung Strom erzeugen können.

Eine einzelne Batterie wird als Batteriezelle bezeichnet. Sobald mehrere miteinander kombiniert werden, spricht der Fachmann von einem Batteriespeicher. Damit es in jenem Stromspeicher zu keinem Kurzschluss kommt, umschließen zwei Kammern den Plus- und Minuspol, die durch einen sogenannten Separator voneinander getrennt werden.

Früher wurden Speicher für Photovoltaik noch mit einer Blei-Batterie bestückt, jedoch dominieren heute Lithiumbatterien den Markt. Diese haben den großen Vorteil, dass sie weitaus mehr Ladezyklen bieten als eine Blei-Batterie und somit auch eine wesentlich längere Haltbarkeit besitzen.

Bei Lithiumbatterien sind übrigens nicht nur die Kammern mit einer Flüssigkeit gefüllt – auch lassen sie anhand ihres Separators eine rasche Bewegung der Lithiumionen vom Plus- und Minuspol (und wieder zurück) zu, um das Auf- und Entladen der Batterie zu verbessern.


Batterie oder Akku: Was ist besser?

Wenn von Batterien oder Batteriespeichern die Rede ist, fließt auch immer der Begriff „Akku“ mit ein. Viele Verbraucher sind deshalb verunsichert, ob beide Bezeichnungen dasselbe bedeuten oder es durchaus Unterschiede gibt.batteriespeicher-photovoltaik-guide-ebook-net4energy

Grundsätzlich unterscheidet man bei einem Speichersystem, wie es beispielsweise für eine Photovoltaikanlage zum Einsatz kommt, zwischen einer Primär- und Sekundärbatterie. Primärbatterien können ihre Energie zwar abgeben, jedoch lassen sie sich, sobald sie leer sind, nicht mehr aufladen.

Dies funktioniert ausschließlich mit einer Sekundärbatterie, welche die Energie sowohl abgeben als auch speichern kann. Aufgrund dieser Eigenschaft ist eine Sekundärbatterie nichts anderes als ein Akku (Akkumulator), der somit unter die Bezeichnung „Batterie“ fällt.


Welche Batteriespeicher gibt es für Photovoltaikanlagen?

Lithiumbatterien haben sich aufgrund ihrer enormen Ladekapazität und langen Lebensdauer längst bewährt. Nichtsdestotrotz werden auch andere Metalle (oder Mischungen) für die Herstellung von Batteriespeichern für Photovoltaik verwendet. Nachfolgend stellen wir dir die gängigsten Batteriespeicher vor.

1. Li-NMC

Batteriespeicher aus Li-NMC (Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt) zeichnen sich durch eine äußerst hohe Energiedichte aus. Diese Speicher sind nicht nur kleiner, sondern auch deutlich leichter als andere Geräte. Nicht umsonst sind Li-NMC-Speicher eines der wichtigsten Elemente, wenn es um Elektromobilität geht. Die Batterie hat jedoch einen Nachteil: Sobald der Separator Fehler aufweist, kann es infolge von Mikrokurzschlüssen zu einer Überhitzung der Batterie kommen, die sich schlimmstenfalls entzünden kann.

2. Li-FePO4 (Lithium-Eisen-Phosphat)

Diese Batteriespeicher bestehen aus Eisenphosphat und sind somit etwas größer und schwerer als eine Li-NMC-Batterie, was bei einer Photovoltaikanlage jedoch keine große Rolle spielt. Großer Vorteil ist, dass dieser Batteriespeicher nicht überhitzen kann.

3. Salzwasserbatterie

Salzwasserbatterien sind eine gute Alternative zu Lithium, weil sie Natrium als Speichermedium nutzen. Im Gegensatz zu Blei- und Lithium-Akkus, die zur Aufrechterhaltung ihrer Funktionsweise immer einen Restspeicher von 20 Prozent behalten sollten, können Salzwasserbatterien vollständig entladen werden. Nachteil einer Salzwasserbatterie ist jedoch ihre geringe Speicherkapazität.

4. Redox-Flow-Batterie

Aushängeschild einer Redox-Flow-Batterie ist, dass sich der Anoden- und Kathodenraum in einzelnen Behältern befinden, um eine Selbstentladung zu vermeiden. Nicht nur die Speicherkapazität fällt hier sehr gering aus – auch sind die Batterien in der Anschaffung recht teuer.

5. Bleiakku

Bleiakkus waren viele Jahre lang Marktführer, bevor die Lithiumbatterien sie ersetzten. Aufgrund ihrer Zuverlässigkeit werden sie auch heute noch in Krankenhäusern eingesetzt, die bei einem Stromausfall auf einen Stromspeicher angewiesen sind. Allerdings sind die Akkus nicht nur schwerer und größer als Lithiumbatterien – sie weisen auch eine geringe Lebensdauer auf und wurden aufgrund des günstigen Preises für Lithiumbatterien vom Markt verdrängt.


Wie ist der Batteriespeicher einer Photovoltaikanlage aufgebaut?

Neben einer Batterie besteht der Speicher aus weiteren Bestandteilen. Hierzu gehören:

  • Batteriemanagementsystem
  • Batterie-Wechselrichter
  • Energiemanagementsystem

Batteriemanagementsystem

  • dient der Überwachung einzelner Batteriezellen
  • sorgt für einen gleichmäßigen Ladezustand aller Zellen
  • schaltet den Batteriespeicher rechtzeitig ab, sobald einzelne Zellen zu überhitzen drohen

Batterie-Wechselrichter

  • Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom für den Haushalt, da Batterien nur Gleichstrom speichern können
  • Wechselstrom kann zum Laden auch in Gleichstrom umgewandelt werden (AC-gekoppeltes System)
  • Weiterleitung des aus der Photovoltaikanlage gespeisten Gleichstroms in den Speicher (DC-gekoppeltes System)
  • AC-gekoppelte Systeme sind als Nachrüstung für Photovoltaikanlagen besser geeignet (wenn der Batteriespeicher anstelle der vollen Leistung nur eine Teilleistung liefert)
  • DC-gekoppelte System lassen einen Umwandlungsschritt aus, was Verluste vermeidet

Energiemanagementsystem

  • setzt den Eigenverbrauch an erster Stelle
  • lädt die Batterie bei vorhandenem Stromüberschuss auf
  • speist den Solarstrom ins öffentliche Stromnetz ein, sobald die Batterie voll ist
  • behält immer einen mittleren Ladezustand bei (für eine längere Lebensdauer des Akkus)
  • Miteinbeziehung von Wettervorhersagen (je nach System) möglich

Damit die eigene Energieversorgung funktioniert, sollten das Energiemanagementsystem und die Endgeräte kommunizieren können, was durch spezielle Programme oder Schnittstellen geschehen kann. Bei der Installation kann ein erfahrener Fachmann helfen.


Batteriespeicher für Photovoltaik kaufen: Worauf solltest du achten?

Bei der Anschaffung eines Batteriespeichers für die Photovoltaikanlage spielt die Lebensdauer der Batterie (Ladezyklus) eine nicht ganz unwichtige Rolle. Schließlich soll dieser Speicher viele Jahre halten und sich möglichst oft be- und entladen lassen.

Experten schätzen, dass eine Photovoltaikanlage etwa 250 Ladezyklen pro Jahr schafft. In 10 Jahren würde die Anlage dann mit etwa 2.500 Zyklen auskommen. Diese Lebensdauer garantieren auch die meisten Hersteller, obwohl es Anbieter gibt, die zwischen 2.500 und 10.000 Ladezyklen angeben.

Eine ebenso große Rolle spielt die Effizienz des Batteriespeichers. Schließlich soll der aus dem Sonnenlicht gewonnene Strom nicht verloren gehen, wie es beispielsweise durch Selbstentladung oder Umwandlungsverluste der Fall ist. Deshalb lohnt es sich immer, unterschiedliche Batteriespeicher miteinander zu vergleichen und den Effizienzleitfaden für PV-Speichersysteme (BSW-Solar und BVES) in die Auswahl einzubeziehen.

Grundsätzlich sollte:

  • die Speicherkapazität je kW etwa 1 kWh entsprechen
  • der Batteriespeicher nicht zu groß oder klein sein

Batteriespeicher lohnen sich durchaus

Wenn du dich für eine Photovoltaikanlage entscheidest und einen Großteil deines Stroms selbst verbrauchen und nicht in das öffentliche Stromnetz einspeisen möchtest, solltest du dich für einen Batteriespeicher entscheiden. Je nach Größe können sich diese Geräte schon nach wenigen Jahren rentieren, außerdem bist du nicht an die örtlichen Strompreise gebunden. Hinsichtlich Anschaffung und Beratung zu so einem Speicher ziehst du jedoch am besten einen Fachmann zurate.

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