Stromspeicher für die Eigennutzung

Jeder kann mithelfen bei der Energiewende – mit Sonnenstrom vom eigenen Dach. Batteriespeicher und Energiemanager helfen beim Strom produzieren, speichern und selbst verbrauchen. So geht Klimaschutz und Energiesparen.

Pro eingespeister Kilowattstunde erhält man vom Netzbetreiber über 20 Jahre eine garantierte Vergütung. Zwar voraussichtlich nur rund 7 Cent, bei Anmeldung der Anlage im Herbst 2021. Doch da Netzstrom mittlerweile 30 Cent oder mehr kostet, bringt jede im Haus genutzte Kilowattstunde Solarstrom, für 9 bis 11 Cent erzeugt, eine Ersparnis von gut 20 Cent.

Renditen von bis zu 5 Prozent sind möglich. Ein Durchschnittshaushalt kann gut ein Viertel seiner Jahresproduktion selber verwerten. Einiges mehr, wenn die Dachflächen und damit die Photovoltaikmodule nach Osten und Westen weisen, vorwiegend morgens und abends liefern, wenn im Bad, in der Küche, vor dem Heimkino Hochbetrieb herrscht.

Üblicherweise allerdings wird die Anlage mit einem Batteriespeicher ergänzt, einem Lithium-Ionen-Speicher. Und Systeme mit Speicher sind, so die Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen, noch nicht wirtschaftlich, eine Rendite wird unwahrscheinlich, da die Batterien immer noch vergleichsweise teuer und mit einer Lebensdauer von 10 bis 15 Jahren nicht so dauerhaft sind wie die Solarmodule.

Sie erhöhen jedoch den Eigenverbrauch beträchtlich. Erst recht in Kombination mit einem intelligenten Energiemanager. Er dirigiert alle elektrischen Geräte, schaltet bei Sonnenschein diejenigen ein, die gerade sinnvoll betrieben werden können, betankt über die Ladestation das Elektroauto, und schickt erst, wenn alle Möglichkeiten ausgereizt sind, den Solarstrom ins Netz.

Der Energiemanager hat dank Internetverbindung das Wetter vor Ort im Blick und plant Entlade- und Ladezeiten im Voraus. So dass etwa die Batterie am Morgen eines sonnigen Tages aufnahmebereit ist. Eigenverbrauchsraten von um die 60 Prozent sind realistisch. Man sollte indes den Speicher auf den Bedarf des Haushalts zuschneiden, empfehlen die Verbraucherschützer: 1 kWh Kapazität pro 1.000 kWh des zu erwartenden Jahresverbrauchs.

Als Stromspeicher haben sich Lithium-Ionen-Akkus durchgesetzt. Diese Batterien laden sich tagsüber auf, wenn die Sonne scheint. Überschüsse werden zwischengespeichert. Erst, wenn die direkte Leistung der Photovoltaik-Anlage nicht mehr ausreicht, weil beispielsweise keine Sonne mehr scheint, übernimmt die Batterie die Stromversorgung und der Strom kann aus dem Stromspeicher entnommen werden.

Der Stromspeicher lädt und entlädt selbstständig, sodass keine weitere Steuerungstechnik nötig ist. Die Technologie gilt mit zehn Jahren Garantie auf die Stromspeicher als verlässlich.

Wie unabhängig ein Verbraucher vom Energielieferanten sein kann, entscheidet sich bei der Wahl der Speicherkapazität des Stromspeichers. Als Einsteiger-Größe für Stromspeicher sind Kapazitäten von mindestens 5 bis 7 kWh erforderlich.

Wirklich autark vom Bezugsstrom wird ein Nutzer aber erst ab mindestens 6 bis 14 kWh. Hier nennen Hersteller Unabhängigkeitswerte vom öffentlichen Stromnetz von bis zu 90 %.

Ganz so rosig betrachten Wissenschaftler der RWTH Aachen die Ergebnisse nicht. In einer Studie beobachten sie tatsächliche Werte und kamen bislang zu dem Ergebnis, dass Verbraucher (noch) nicht ganz so autark sind. Erreicht werden übers Jahr gesehen Werte bis zu 70 %. Im Winter scheint die Sonne nicht so häufig, sodass weiterhin viel Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen werden muss.

Generell aber zeigen sich die Wissenschaftler in Bezug auf die Technologie optimistisch. Sie gehen davon aus, dass die Investitionskosten für Batteriespeicher fallen und sich auch Photovoltaik-Anlagen, die derzeit noch ohne Stromspeicher auskommen, rechnen. Ab dem Jahr 2020 fallen diese aus der Vergütung heraus und werden dann mit Speichern nachgerüstet. Spätestens dann seien solche Systeme der Normalfall. 

Flexibel müssen sie sein, denn die Sonne ist zwar freigiebig, aber etwas unstet. Hier kommt jedoch zusätzlich ein Energiemanager ins Spiel, eine schlaue Regeleinheit.

Da der Speicher, soll er bezahlbar bleiben, nicht endlos aufnahmefähig sein kann, muss irgendjemand dafür sorgen, dass immer ein gewisser Teil des Solarertrags sofort oder zeitnah verwertet wird. Diese Aufgabe übernimmt der Energiemanager, integriert in den Wechselrichter oder in den Speicher (oder als Teilfunktion der Hausautomation). Er weiß nach einer „Anlernphase“, welches Gerät im Gebäude gewöhnlich wann wie viel Strom benötigt.

Erfährt er nun beispielsweise morgens vom Wetterdienst aus dem Internet, dass ab Mittag die Sonne lachen wird, und ist der Speicher randvoll, startet er einfach per Funk-Schaltsteckdose Waschmaschine, Spülmaschine oder Wärmepumpe und lässt sie die gesammelten kWh ziehen. Lichten sich dann die Wolken, ist der Speicher wieder aufnahmefähig. Und nur wenig oder gar keine Solarenergie muss ins Netz abgegeben werden.

Sommerliche Überschüsse, die es dennoch geben wird, muss man dabei nicht zwingend für die kümmerliche Vergütung an den Netzbetreiber verkaufen. Einige Batteriehersteller bieten ihren Kunden inzwischen die Option an, sie stattdessen in einen virtuellen Energiespeicher zu übertragen, eine „Energie-Cloud“, aus der sie sich dann im Winter bedienen können. Zahlen müssen sie erst, wenn ihr Sommer-Depot aufgebraucht ist. Die jeweiligen Angebote sollte man natürlich genau prüfen.

Eine Photovoltaik-Anlage besteht aus mehreren Komponenten:

• aus mehreren PV-Modulen
• einem Wechselrichter
• einem Stromzähler
• Sicherheitskomponenten

Sichtbar auf dem Dach, der Fassade oder auf einer freien Fläche sind die PV-Module, die Solarzellen. Fällt Licht auf diese Zellen, entsteht Strom – ganz unabhängig von der Lichtmenge. Dieses Licht wandeln die Solarzellen in Strom um, und zwar in Gleichstrom, der so aber noch nicht genutzt werden kann. Deshalb ist für einen privaten Haushalt ein Wechselrichter zur Aufbereitung des Solarstroms in Netzqualität nötig. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um und steuert automatisch das ganze System.

Zur Erfassung des Stromertrags gehört zu einer PV-Anlage auch ein Stromzähler. Ebenso wichtig sind Sicherheitskomponenten zur elektrischen Absicherung der PV-Anlage gegen Blitze oder Überspannungen etc. PV-Anlagen nutzen sowohl die direkte als auch die diffuse Sonneneinstrahlung zur Umwandlung in elektrische Energie. Deshalb funktioniert eine Photovoltaik-Anlage selbst an Tagen mit bedecktem Himmel.

Eine PV-Anlage kann auf unterschiedliche Weisen und an unterschiedlichen Orten installiert werden. Dabei gilt: Um den größtmöglichen Solarertrag zu erzielen, sollte möglichst viel Direktstrahlung genutzt werden. In Deutschland, Österreich und in der Schweiz sind diese Werte im Bestfall erreichbar, wenn die Anlage gegen Süden ausgerichtet und rund 30° geneigt ist, und, wenn die Sonneneinstrahlung komplett ohne Verschattung möglich ist.

Die häufigste Form sind hinterlüftete Solardächer, wobei die Hinterlüftungsebene mindestens 10 cm, idealerweise jedoch 15 cm Platz zugunsten höherer Energieerträge haben sollte.

Entscheidend bei der Montage auf dem Dach sind die Winkel der Dachfläche. Bei Neigungen von 20 bis 50° werden die Photovoltaik-Module parallel zur Dachfläche montiert und dabei die Unterkonstruktion fest mit der Dachkonstruktion verankert.

Anders bei Flachdächern. Hier werden die Module im 25- bis 35°-Winkel montiert. Theoretisch können die Winkel auch kleiner sein, allerdings sollten sie nicht weniger als 15° Neigung haben, da die Module sonst dauerhaft verschmutzen. Sind Solarmodule hintereinander aufgereiht, ist es sinnvoll, den Winkel auf 20 bis 25° zu reduzieren, um gegenseitige Verschattungen auszuschließen. Auch der Abstand muss groß genug sein.

Eine besondere Form der Photovoltaik-Anlage ist die gebäudeintegrierte Photovoltaik (GIPV). Bei ihr werden die Photovoltaik-Module zum Teil der Gebäudehülle, also zum Fassadenpanel. Besonders Architekten integrieren Photovoltaik-Module gerne zugunsten einer guten Fassadengestaltung in die Gebäudehülle.

Neben diesen optischen Eigenschaften und ihrer Funktion, Strom zu produzieren, müssen diese Module auch Witterungs-, Sonnenschutz und andere konstruktive Aufgaben übernehmen. Da die meisten Fassaden senkrecht zum Boden ausgerichtet sind, muss mit etwa 30 % weniger Ertrag im Vergleich zu 30°-geneigten Anlagen gerechnet werden. Eine ähnliche Variante sind Photovoltaik-Module auf Sonnenschutz-Elementen.