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Höherer Autarkiegrad durch Batteriespeicher

Die technische Entwicklung und damit die Schaffung technischer Lösungen in den Bereichen Dezentrale Versorgungskonzepte und regenerative Energiequellen steht nicht still.

Somit ist es auch notwendig, die Stromversorgung laufend zu überarbeiten und für eine stabile, nachhaltige Energieversorgung zu sorgen. Und hier sind in erster Linie Speichertechnologien gefragt, die eine Verbesserung der Systemeffizienz bringen und außerdem den jeweiligen Autarkiegrad erhöhen.

Durch die eigene Solaranlage Strom zu erzeugen und diesen weitgehend selbst zu verbrauchen, ist das Ziel und gerade für Eigenheimbesitzer und Betreiber kleinerer Objekte attraktiv. Die Attraktivität ist aus ökologischen Gründen einerseits aber auch aus finanziellen Gründen entstanden. Bundesweit gibt es jetzt bereits mehr als 1 Mio. Solaranlagen. Der Autarkiegrad, der damit erreicht wird, liegt bei 40 bis 50 Prozent. Wird ein Stromspeicher in bestehende Anlagen integriert, wird bereits ein Autarkiegrad von bis zu 90 Prozent erreicht.

Mit Batteriespeichern ist es möglich, Strom zu verbrauchen, unabhängig davon, zu welchem Zeitpunkt dieser produziert wird. Positive Nebeneffekte dabei sind die Reduzierung der Stromrechnung und die Reduzierung der CO2-Emissionen. Außerdem wird durch die Nutzung von Speichern das Stromnetz auf allen Spannungsebenen entlastet.

Nun ist es aber so, dass Photovoltaik-Anlagen, die eine Förderung nach EEG- oder KfW-Richtlinien erhalten, verpflichtet sind, ihre Einspeisewirkleistung auf 70 % (EEG) bzw. 50 % (KfW) der Nennleistung zu begrenzen. Ist dann Strom vorhanden, der nicht direkt verbraucht wird, spricht man von Abregelungsverlusten. Mit Stromspeichern können diese Verluste reduziert werden, sofern sie über ein prognosebasiertes Lademanagement verfügen. Zur Erklärung: Herkömmliche Batterien speichern die Überschüsse sofort und müssen trotzdem abgeregelt werden, wenn sie voll sind. Prognosebasierte Systeme dagegen können vorausschauend das Laden auf spätere Stunden verschieben und damit weitere Verluste vermeiden. In Zahlen: Die Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin hat in einer Speicherstudie festgestellt, dass bei herkömmlichen Speichern ein Ertragsverlust von rund 8 % und bei prognosebasierten Systemen von weniger als 2 % anfällt. Diese Systeme können also maßgeblich Kosten sparen und zur Netzentlastung beitragen.

Für die Stromspeicherung gibt es verschiedene Systeme. Für Eigenheime am gebräuchlichsten ist das Wechselstrom-Speichersystem. Die PV-Anlage produziert Gleichstrom und speist diesen über einen Wechselrichter in das Wechselstromnetz des Hauses ein. Hier wird mit einem integrierten Messgerät die Einspeisung gemessen. Außerdem gibt es am Netzeinspeisepunkt eine Messung der Einspeisung aus dem Stromnetz. Aus diesen beiden Werten ergibt sich eine Differenz, aus der der Verbrauch errechnet und die Speicherung der Überschüsse geregelt wird. Andere Systeme für die Stromspeicherung sind Gleichstrom-Speichersysteme, die direkt am Photovoltaik-Modul angeschlossen werden.

In der Regel bieten Speicher für Privathaushalte Kapazitäten von 2 bis zu 20 kWh, manchmal auch etwas höher. Sie sind außerdem modular aufgebaut und lassen sich dem individuellen Bedarf anpassen. Die Größe der Speicher wird in erster Linie durch den Nutzstromverbrauch festgelegt. Hierzu müssen Werte wie der durchschnittliche Tagesverbrauch errechnet werden. Wird nachts genauso viel verbraucht wie am Tag, dann ist die minimale und zugleich empfohlene Batteriekapazität die Hälfte des durchschnittlichen Tagesverbrauchs. Genauere Werte hier erhält man durch längeres und häufigeres Messen.

Stromspeicher gibt es in vielen unterschiedlichen Größen und Formen, so dass es auch für enge Räume eine Lösung gibt. Zu beachten ist hierbei aber auf jeden Fall, dass es Sicherheitsabstände der Lüftungen gibt. Eine Unterbringung im Außenbereich, wie etwa in der Garage ist mit den entsprechenden Geräten auch möglich. Diese Speicher sind aber meist ineffizienter, weil sowohl eine Wasserpumpe zur Kühlung als auch eine integrierte Heizung benötigt wird.

Die idealen und am meisten verwendeten Heimspeicher arbeiten mit Lithium-Ionen-Batterien, weil diese die höchste Energiedichte besitzen. Hier sind aber einige normative Anforderungen zu beachten, wie beispielsweise die VDE-Richtlinie AR-N 2510. Hier ist man immer auf der sicheren Seite, wenn das gesamte System inklusive aller Komponenten vom VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V.) als Prüfinstitut zertifiziert ist. Idealerweise ist auch die Fertigung zertifiziert, womit sichergestellt ist, dass alle Geräte vor der Auslieferung geprüft werden und eine konstant hohe Qualität aufweisen.

Als Maßstab hoher Qualität sind auch Produkttests nach den entsprechenden Normen anzusehen, wie beispielsweise ein Test der Materialfestigkeit nach Industrienorm. Hierdurch garantiert sind zum einen eine hohe Personensicherheit und zum anderen die Einhaltung der erforderlichen Standards in Bezug auf die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Geräts. Sinnvoll ist in jedem Fall ein dreistufiges Sicherheitskonzept, denn so können das Batterie-Managementsystem, der Wechselrichter und die Kontrolleinheit unabhängig voneinander die Batterien im Fehlerfall ausschalten und mögliche Gefahren verhindern.

Da es laufend neue Technologien gibt, ist es absehbar, dass es auch im privaten Bereich bald energieautarke Gebäude geben wird. Die technische Basis dafür bilden intelligente Batteriespeicher, die über die reine Speicherung von Strom auch die Kopplung mit anderen energierelevanten Bereichen, wie Wärme und Mobilität, ermöglichen.