Eine moderne Photovoltaikanlage kann so viel Strom erzeugen, dass sie rechnerisch den Jahresbedarf einer ganzen Familie deckt. Trotzdem klafft im Alltag oft eine Lücke zwischen Erzeugung und Verbrauch. Die Solarmodule liefern ihre höchste Leistung meist in den Mittagsstunden, wenn viele Menschen in der Arbeit sind und im Haus kaum Strom gebraucht wird. Kann der erzeugte Strom nicht direkt verbraucht werden, fließt er ins öffentliche Netz. Das war lange Zeit finanziell attraktiv, da die Einspeisevergütung entsprechend hoch war. Inzwischen hat sich das jedoch geändert und die Vergütungssätze für eingespeisten Strom sind in den vergangenen Jahren spürbar gesunken, während die Strompreise für den Bezug aus dem Netz gestiegen sind. Damit lohnt es sich für Hausbesitzer zunehmend, möglichst viel des selbst erzeugten Stroms auch selbst zu verbrauchen, statt ihn günstig abzugeben und teuren Netzstrom zuzukaufen. Genau an dieser Stelle setzt der Batteriespeicher an. Er nimmt den tagsüber produzierten Überschussstrom auf und stellt ihn dann zur Verfügung, wenn er im Haushalt tatsächlich gebraucht wird.
So funktioniert ein Batteriespeicher
Um zu verstehen, warum ein Speicher so viel bewirken kann, lohnt sich ein Blick auf die Technik dahinter. Grundsätzlich lässt sich Strom direkt oder indirekt speichern. Die direkte Speicherung erfolgt über Spulen oder Kondensatoren, hält aber nur wenige Sekunden an und wird vor allem in der Industrie zur kurzfristigen Netzstabilisierung eingesetzt. Für den Einsatz in Ein- oder Zweifamilienhäusern ist dieses Verfahren daher ungeeignet. Wenn im privaten Bereich von einem Batteriespeicher für die Photovoltaik die Rede ist, handelt es sich fast immer um einen indirekten, elektrochemischen Speicher in Form eines Akkus.
Der Prozess des Solarstrom speicherns ist dabei recht anschaulich: Trifft Sonnenlicht auf die Solarmodule, entsteht zunächst Gleichstrom. Da Haushaltsgeräte in der Regel mit Wechselstrom betrieben werden, wandelt ein Wechselrichter den Gleichstrom entsprechend um. Wird der erzeugte Strom im Haus nicht sofort benötigt, übernimmt der Batteriespeicher die Aufgabe, die überschüssige elektrische Energie in chemische Energie umzuwandeln und zu speichern. Entsteht später Bedarf, etwa wenn abends Licht, Kühlschrank oder Fernseher Strom benötigen, wird chemische Energie wieder in elektrische Energie zurückverwandelt und an die Verbraucher im Haus abgegeben. Wichtig zu wissen ist dabei, dass ein Batteriespeicher nie vollständig entladen wird. Fachleute unterscheiden zwischen der nominalen und der tatsächlich nutzbaren Kapazität. Die Differenz ergibt sich aus der sogenannten Entladungstiefe. Bei modernen Speichersystemen wie dem Vitocharge VX3 von Viessmann orientiert sich die Betriebsstrategie an einem Prinzip, das auch aus der Elektromobilität bekannt ist: Mit zunehmender Alterung der Batterie wird eine größere Entladungstiefe freigegeben, sodass die nutzbare Kapazität über viele Jahre möglichst konstant bleibt. Erst wenn diese Kompensation ausgeschöpft ist, beginnt die tatsächlich nutzbare Kapazität spürbar zu sinken. Ist der Speicher voll aufgeladen und wird gerade kein Strom im Haus benötigt, fließt der überschüssige Strom wie gehabt ins öffentliche Netz.
Was moderne PV-Speicher auszeichnet
Ein guter Batteriespeicher schließt die Lücke zwischen dem Angebot an Solarstrom und dem tatsächlichen Bedarf im Haushalt. Dadurch steigt der Eigenverbrauchsanteil, die Energiekosten sinken, und der erzeugte Strom wird insgesamt deutlich effizienter genutzt. Gleichzeitig macht ein Speicher Hausbesitzer unabhängiger von ihrem Energieversorger und trägt dazu bei, das öffentliche Stromnetz zu entlasten. Bei Produkten wie der Vitocharge-Reihe kommen Lithium-Ionen-Batterien beziehungsweise die besonders langlebigen und sicheren Lithium-Eisenphosphat-Zellen zum Einsatz. Diese Systeme erreichen eine Lebensdauer von bis zu zwanzig Jahren beziehungsweise einen Energiedurchsatz von rund zwölf Megawattstunden pro fünf Kilowattstunden Batteriekapazität, was im Schnitt etwa 250 vollen Lade- und Entladezyklen pro Jahr entspricht. Ein weiterer praktischer Vorteil liegt in der Modularität. Die einzelnen Batterieeinheiten lassen sich in Reihe schalten, wodurch sich die Speichergröße flexibel an den individuellen Strombedarf des jeweiligen Haushalts anpassen lässt. Zudem eignen sich solche Systeme sowohl für den Netzparallelbetrieb, bei dem sie ergänzend zum öffentlichen Netz arbeiten, als auch für den Netzersatzbetrieb. Im zweiten Fall übernimmt der Speicher bei einem Stromausfall die Versorgung der wichtigsten Verbraucher im Haus, wenn eine sogenannte Back-up-Box installiert ist, die die Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten ermöglicht.
Die neueste Gerätegeneration ist zudem kompakter, leichter und leistungsstärker als frühere Modelle. Sie lässt sich im ersten Betriebsjahr unkompliziert erweitern, falls sich der Strombedarf im Haushalt ändert, und fügt sich als modulares System nahtlos in ein größeres Energiekonzept ein, das von der Wärmeerzeugung über die Photovoltaikanlage bis hin zur Ladestation für ein Elektrofahrzeug reicht.
Lohnt sich ein Batteriespeicher wirtschaftlich?
Da die Einspeisevergütung tendenziell weiter sinkt, wird es für Betreiber neuer Anlagen zunehmend sinnvoller, von vornherein auf einen hohen Eigenverbrauch zu setzen. Damit der selbst erzeugte Strom auch tatsächlich einen Abnehmer im eigenen Haus findet, empfiehlt sich eine ganzheitliche Systemlösung, bei der Photovoltaikanlage, Speicher und weitere elektrische Verbraucher optimal aufeinander abgestimmt sind.
Besonders wirkungsvoll zeigt sich das im Zusammenspiel mit einer Wärmepumpe. Die von den Solarmodulen erzeugte Energie wird direkt von den elektrischen Verbrauchern im Haus genutzt, während Überschüsse im Batteriespeicher zwischengelagert und bei Bedarf wieder abgegeben werden. Auf diese Weise lässt sich ein großer Teil des Wärme- und Strombedarfs eines Hauses nachhaltig aus der eigenen Dachproduktion decken. Eine ähnliche Ergänzung ergibt sich bei der Kombination mit einem Brennstoffzellen-Heizgerät. Im Sommer übernimmt vor allem die Photovoltaikanlage die Stromversorgung von Haus und gegebenenfalls Elektrofahrzeug, während im Winter das Brennstoffzellen-Heizgerät aufgrund seiner längeren Laufzeiten einen größeren Beitrag leistet. So lässt sich über das ganze Jahr hinweg ein hoher Anteil des Strombedarfs aus eigenen Ressourcen decken, was sowohl die Autarkie erhöht als auch die Stromkosten senkt. Auch in einem vollelektrischen System, das beispielsweise Infrarot-Flächenheizungen, eine Fußbodenheizung oder die Warmwasseraufbereitung umfasst, lässt sich überschüssiger Solarstrom im Speicher zwischenlagern und später sinnvoll nutzen.
Diese Überlegungen gelten nicht nur für Neubauten. Auch Besitzer bestehender Photovoltaikanlagen können nachträglich von einem Speicher profitieren, indem sie ihr System um ein Speichermodul ergänzen. Die hohe Flexibilität moderner Komponenten erlaubt es, vorhandene Anlagen unkompliziert nachzurüsten und bei steigendem Bedarf später sogar zusätzliche Batteriemodule zu ergänzen. Wer den Eigenverbrauch weiter steigern möchte, kann zusätzlich auf elektrisch betriebene Geräte wie eine Warmwasser-Wärmepumpe oder ein Lüftungssystem setzen, die den selbst erzeugten Strom sinnvoll nutzen und gleichzeitig für mehr Wohnkomfort sorgen.
Die richtige Dimensionierung des Speichers
Ein häufiger Stolperstein bei der Planung ist die richtige Größe des Batteriespeichers, denn sowohl eine Über- als auch eine Unterdimensionierung wirken sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit aus. Eine installierte Photovoltaikleistung von einem Kilowattpeak entspricht in etwa einer Speicherkapazität von einer Kilowattstunde, was wiederum zu einem Jahresstromverbrauch von rund tausend Kilowattstunden passt. Ein Haushalt, der zusammen mit einer Wärmepumpe beispielsweise zehntausend Kilowattstunden Strom im Jahr verbraucht, würde demnach gut mit einer Photovoltaikanlage von zehn Kilowattpeak und einem Batteriespeicher mit zehn Kilowattstunden Kapazität bedient sein. Wird der Speicher zu groß ausgelegt, bevorratet er mehr Energie, als tatsächlich genutzt wird. Das treibt nicht nur die Anschaffungskosten unnötig in die Höhe, sondern führt auch dazu, dass Strom, der sonst vergütet worden wäre, ungenutzt im Speicher verbleibt. Ist der Speicher hingegen zu klein dimensioniert, muss der Haushalt vergleichsweise häufig teuren Strom aus dem Netz zukaufen, obwohl eigentlich genügend Solarstrom zur Verfügung stünde. Beide Extreme mindern also die Wirtschaftlichkeit der Anlage. Aus diesem Grund lohnt sich in jedem Fall eine individuelle Auslegung durch einen erfahrenen Fachpartner, der die Gegebenheiten vor Ort, den tatsächlichen Verbrauch und die geplante oder bestehende PV-Leistung genau berücksichtigt.
Intelligentes Energiemanagement als Schlüssel
Damit Erzeugung, Speicherung und Verbrauch optimal ineinandergreifen, braucht es mehr als nur die passende Hardware, denn eine digitale Vernetzung und Steuerung aller beteiligten Komponenten ist ebenso wichtig. Ein modernes Energiemanagementsystem visualisiert die Energieflüsse im Haus übersichtlich und schafft damit die notwendige Transparenz, um fundierte Entscheidungen zu treffen. Über ein Energie-Dashboard lassen sich beispielsweise die aktuelle Leistung der Photovoltaikanlage, der Ladestand des Speichers und der momentane Stromverbrauch im Haus jederzeit einsehen. Tagestrends und Wochenreports helfen zusätzlich dabei, den Überblick über die eigene Energiebilanz zu behalten. Ergänzende Optimierungsfunktionen für die Photovoltaikanlage, den Speicher, Warmwasser-Heizsysteme und Elektrofahrzeuge sorgen dafür, dass das Gesamtsystem noch effizienter arbeitet und der Eigenverbrauch weiter steigt.