Batterie für die Solaranlage: Funktion, Kosten und Nutzen
Batterien für Photovoltaikanlagen sind zwar keine technische Notwendigkeit (Solaranlagen funktionieren auch ohne Batteriespeicher) – sie bieten aber die Möglichkeit, die tagsüber selbst erzeugte, überschüssige Energie zwischenzuspeichern, anstatt sie ins öffentliche Netz abzugeben. Der so gespeicherte Strom kann dann abends, nachts und am nächsten Morgen verbraucht werden, wodurch sich der Bedarf an zugekauftem Strom, noch weiter reduzieren lässt. Die dadurch entstehende Unabhängigkeit lässt Verbraucher nachts nicht nur ruhiger schlafen, sondern hilft auch, Geld zu sparen.
In diesem Artikel gehen wir den Fragen, wie eine solche Batterie funktioniert und ob sich die Anschaffung langfristig finanziell lohnt, auf den Grund.
Wie funktionieren Batteriespeichersysteme?
Moderne Solarbatterien für Photovoltaikanlagen bestehen aus einer Batterie, einem Batteriemanagementsystem und einem Wechselrichter. Sie sind meist mit dem Internet verbunden. Der von der Solaranlage erzeugte Gleichstrom wird gespeichert, bei Bedarf in Wechselstrom umgewandelt und an das hauseigene Netz weitergegeben. So steht der während der Sonnenstunden erzeugte Solarstrom auch später noch zur Verfügung und es muss kein externer Strom gekauft werden. Das ist deshalb sinnvoll, da der Preis, den man für verkauften Strom bezahlt bekommt, deutlich geringer ist als jener, den man für Strom aus dem Netz bezahlt. Man spart also Geld, wenn man dem eigenen Strom den Vorzug gibt.
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Welche Arten von Batteriespeichern gibt es?
Batterien für Photovoltaikanlagen werden aufgrund ihrer Bauweise in verschiedene Typen unterteilt. Um die richtige Batterie für die eigene Anlage zu finden, ist es also wichtig, die unterschiedlichen technischen Lösungen und ihre Unterschiede zu kennen.
Lithiumbatterien
Lithium-Ionen-Batterien sind wohl der bekannteste und beliebteste Batterietyp auf dem Markt. Die Vorteile dieser Batterien sind ihr hoher Wirkungsgrad, die hohe Energiedichte und die auch bei intensiver Nutzung lange Lebensdauer. Bis zu 6000 Lade- und Entladezyklen hält eine Lithiumbatterie im Dauerbetrieb aus, was einer der Gründe ist, warum sich diese Technologie in den letzten Jahren bei Hausspeichern immer mehr durchgesetzt hat. Durch den grossen Marktanteil sinken auch die Preise und es kommt laufend zu technischen Verbesserungen. Auch wir von Otovo setzen auf hochwertige Lithiumbatterien!
Offene Blei-Säure-Batterien
Bleibatterien spielen in modernen Anlagen keine grosse Rolle mehr, da sie sich als zu wartungs- und pflegeintensiv erwiesen haben. Sie haben eine Lebensdauer von nur knapp 300 Ladezyklen, was bei täglicher Belastung weniger als einem Jahr entspricht. Dafür sind diese Batterien aber deutlich billiger als Lithiumbatterien und deswegen bei Bastlern beliebt. Offene Bleibatterien sind aufgrund ihrer Eigenschaften eher für deutlich weniger beanspruchende Einsatzgebiete geeignet, wie zum Beispiel in Wohnmobilen.
AGM-Batterien
Absorbent Glass Mat Batterien sind Bleibatterien im Gebrauch sehr ähnlich. Auch sie haben eine kurze Lebensdauer von knapp 500 Lade- und Entladezyklen und werden oft in Wohnwagen eingesetzt.
Der Unterschied zwischen AC und DC gekoppeltem Speicher
Photovoltaikanlagen erzeugen Gleichstrom (direct current = DC), der zur privaten Nutzung oder Einspeisung ins öffentliche Netz zuerst in Wechselstrom (alternating current = AC) umgewandelt werden muss.
Speichersysteme können an beiden Seiten des Systems angeschlossen werden:
Wird der Solarstrom zuerst vom Wechselrichter der Solaranlage ins Hausnetz eingespeist und in Folge von dort zur Speicherung in der Batterie entnommen, spricht man von einem AC-gekoppelten System. Solche Speicher haben einen eigenen Wechselrichter, der den Wechselstrom aus dem Netz wieder in Gleichstrom zur Speicherung zurückumwandelt. Ebenso kann der gespeicherte Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt werden, wenn der Stromverbrauch höher als die Stromproduktion ist und man daher nun die Batterie entlädt.
Bei einem DC-gekoppelten System wird der von der Photovoltaikanlage erzeugte Gleichstrom direkt in die Batterie geladen. Diese Batteriespeicher benötigen keinen eigenen Wechselrichter, sondern nutzen den der Solaranalage mit. Solche Photovoltaikwechselrichter, die sowohl an der Anlage als auch an der Batterie angeschlossen werden, nennt man Hybridgeräte.
DC-gekoppelte Systeme sind effizienter als die AC-gekoppelte Alternative und zudem auch oft günstiger, weil kein zweiter Wechselrichter benötigt wird. Die meisten neu gekauften (Komplett)systeme nutzen daher DC-Speicher. Der Vorteil von AC-gekoppelte Systemen ist, dass sie flexibler mit bereits vorhandenen Anlagen zu kombinieren sind, weil die Batterie nicht direkt mit der Solaranlage verbunden werden muss. Daher kommen sie oft bei Nachrüstungen zum Einsatz, wenn es bauliche Einschränkungen zu beachten gibt. Zudem funktionieren AC-Systeme auch dann noch, wenn die Batterie beschädigt ist – man kann weiter Solarstrom erzeugen und nutzen, nur eben nicht mehr speichern, bis die Batterie ersetzt wird.
Welche Kapazität sollte ein Batteriespeicher haben?
Der Zweck des Batteriesystems ist es, genug Solarstrom tagsüber zu speichern, um den Haushalt während der Abend- und Nachtstunden versorgen zu können. Die Wahl der Batterie hängt also vom Energieverbrauch des Haushalts und der Leistung der Photovoltaikanlage ab. Richtig dimensioniert ist der Speicher dann, wenn der Bedarf abgedeckt werden kann und keine ungenutzten Extrakapazitäten vorhanden sind (denn mehr Speicherkapazität kostet auch mehr Geld – obgleich grössere Anlagen pro kWh billiger werden). Das heisst, dass es möglich sein sollte, die Batterie auch im Winter jeden Tag komplett zu beladen und im Sommer jeden Tag komplett zu entladen.
Grob gerechnet empfiehlt sich circa 1 Kilowattstunde Batteriekapazität pro 1000 kWh Stromverbrauch im Jahr. Ausserdem sollten die Speicherkapazitäten in Kilowattstunden nicht grösser als die Leistung der Solaranlage in Kilowatt sein.
Wird etwa von einem Jahresverbrauch von 3600 Kilowattstunden und einer Anlage mit 10 400-Watt-Modulen ausgegangen, wird wahrscheinlich eine Batterie mit 4 Kilowattstunden Kapazität benötigt. Bei 6000 Kilowattstunden Verbrauch und 14 400-Watt-Panelen wäre es schon empfehlenswert, eine Batterie mit 7,5 Kilowattstunden einzusetzen.
Ein richtiger gewählter Speicher spart nicht nur Geld, sondern schont auch die Umwelt, da weniger Ressourcen bei der Herstellung der Batterie eingesetzt werden müssen. In den meisten Haushalten sind Batterien mit einer zu hohen und somit ungenutzten Kapazität verbaut, was unnötige Kosten verursacht und keinen Mehrwert für den Besitzer der Solaranlage bietet. Wir empfehlen daher, sich vor dem Kauf eines Batteriesystems die Zeit zu nehmen und sich gut zu überlegen, wie viel Strom man in Zukunft produzieren und speichern möchte.
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Welche Nutzungsdauer haben Batterien für Solaranlagen?
Im Gegensatz zu Solarmodulen, die teilweise sogar länger als 30 Jahre sehr gute Leistung bringen, haben Batteriespeicher eine deutlich kürzere Lebensdauer: Circa 10 – 15 Jahre. Grund dafür sind die chemischen Prozesse, die im Inneren der Batterie ablaufen. Diese Alterungsprozesse sind teilweise von der Frequenz der Lade- und Entladezyklen und der Entladeleistung der Batterie abhängig, teilweise aber auch unabhängig und damit unumgänglich. Im Laufe der Zeit sinkt die Speicherkapazität der Batterie, zuerst langsam, dann immer schneller.
Moderne Lithiumbatterien sind für Photovoltaikanlagen ausgelegt und dementsprechend strukturiert. Werden sie keinen zu hohen oder zu niedrigen Umgebungstemperaturen ausgesetzt und nur selten für längere Zeiträume voll aufgeladen, halten sie deutlich länger und besser. Lädt sich die Batterie etwa am Nachmittag auf und wird am Abend wieder entladen, sind das perfekte Voraussetzungen für ein langes Batterieleben. Besonders gut tut man der Batterie, wenn man sie zudem etwa im (trockenen) Keller oder ähnlichen, durchgehend kühlen Räumen unterbringt.
Wie teuer sind Batteriespeicher für die Solaranlage?
Anschaffungspreis
Der Preis von Solarbatterien kann stark variieren, ist aber im Laufe der letzten Jahre durch die Bank deutlich gesunken. Derzeit ist der Preis relativ stabil, was grösstenteils an der aktuell hohen Nachfrage und dem begrenzten Angebot an Steuerchips liegt. Langfristig wird der Preis aber weiter sinken, weil weltweit enorme Produktionskapazitäten für Lithium-Ionen-Batterien aufgebaut werden, um der Nachfrage nachkommen zu können.
| Stromspeicher | Strom | Kapazität | Preis ohne Einbau |
|---|---|---|---|
| E3DC S10 Hauskraftwerk Infinity | DC-gekoppelt | 12 kWh | CHF 16.000 |
| sonnenBatterie 10 | AC-gekoppelt | 10 kWh | CHF 9.700 |
| Tesla Powerwall 2 | AC-gekoppelt | 13,5 kWh | CHF 10.500 |
| Huawei LUNA2000 | DC-gekoppelt | 10 kWh | CHF 6.000 |
| BYD Battery-Box Premium | DC-gekoppelt | 12,8 kWh | CHF 9.795 |
| VARTA element 12 | AC-gekoppelt | 13 kWh | CHF 10.500 |
Betriebskosten
Lithium-Batterien sind weitgehend wartungsfrei und werden im Zuge der regelmässigen Anlagenchecks der Solaranlage als Ganzes (die circa alle 5 Jahre durchgeführt werden sollten) mitgeprüft. Heutzutage haben Lithium-Batterien auch bis zu 10 Jahre Herstellergarantie, die aber nicht alle Kosten abdeckt – die Elektronik des Systems ist meist nicht mitversichert, also ist Vorsicht beim Kleingedruckten geboten!
Erhöht eine Batterie die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage?
Natürlich erhöht der Kauf einer Batterie den Anschaffungspreis der gesamten Solaranlage erstmal, die Option, Energie zu speichern, steigert aber die Effizienz der Anlage langfristig. Denn je mehr Strom aus eigener Produktion verwendet werden kann, umso weniger muss man auf Netzstrom zurückgreifen. Eine 5-kWh-Batterie kann den Eigenverbrauch von Solarstrom um bis zu 85% erhöhen, was wiederum die Stromrechnung deutlich senkt. Denn es gilt: Strom, der gekauft ist, ist teurer als Strom, den man selbst ins Netz einspeist. Hat man also die Wahl, sollte man möglichst viel selbst verbrauchen.
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Tageszeitabhängige Strompreise
In manchen Ländern hängt der Strompreis stark von der Tageszeit ab. In der Schweiz unterscheidet man zwei Tarife: Hochtarif (HT) und den Niedertarif (NT). Der HT gilt von Montag bis Freitag von 7 bis 20 Uhr und am Samstag von 7 bis 13 Uhr. Zu allen anderen Zeiten gilt der NT. Je nach Netzanbieter kostet eine Kilowattstunde (kWh) durchschnittlich 27 Rappen.
Mittel- und langfristige Sinnhaftigkeit von Solarbatterien
Ob der Kauf einer Speicherbatterie derzeit sinnvoll ist, ist schwierig zu sagen, da eine Prognose für die Entwicklung des Strompreises in den kommenden Jahren beinahe unmöglich ist. Die Systeme an sich sind in den letzten Jahren deutlich effizienter und billiger geworden und die steigenden Strompreise machen die Investition in eine Batterie auch immer attraktiver. Aber auch wenn die Strompreise wieder fallen sollten, bieten Solarbatterien vor allem zwei Dinge: Mehr Unabhängigkeit vom Stromversorger und einen wertvollen Beitrag zur Energiewende. Diese beiden Aspekte sind oftmals die Hauptgründe, warum sich Kunden für ein Batteriesystem entscheiden, nicht die Kostenersparnis.
Nicht zu unterschätzen sind auch die Zuschüsse und Förderungen seitens des Bundes oder der Kantone. Bisher sind diese Fördermittel noch nicht in allen Kantonen verfügbar. Schaffhausen zum Beispiel bietet einen einmaligen Investitionsbeitrag pro Anlage von CHF 2.000 an. Der geförderte Beitrag beträgt allerdings maximal 25 % der Gesamtkosten. Hier ist es auf alle Fälle sinnvoll, sich zu informieren und alle Möglichkeiten zu nutzen.
Solarbatterien sind also eine hervorragende Ergänzung einer Photovoltaikanlage - insbesondere, wenn man sich mehr Unabhängigkeit und Autarkie wünscht.