Arti­kel­se­rie: Ener­gie­wen­de ja – aber wie? 60: Dezen­tra­li­sie­rung durch Eigen­ver­sor­gung – Solarstromspeicher

Goliath Poldermolen. Foto: Uberprutser, CC-BY-SA-3.0-nl
Goliath Poldermolen. Foto: Uberprutser, CC-BY-SA-3.0-nl

Die wich­tig­ste neue Kom­po­nen­te für Solar­an­la­gen zur Eigen­ver­sor­gung ist ein Ener­gie­spei­cher. Hier­zu bie­ten sich ange­pass­te, wie­der­auf­lad­ba­re Bat­te­rien (Akkus) an, wie sie schon lan­ge für ande­re Anwen­dun­gen in Gebrauch sind. Hier­für ste­hen 2 Tech­no­lo­gien zur Verfügung:

1. Blei-basier­te Bat­te­rien, ähn­lich einer Star­ter­bat­te­rie im Auto, jedoch in einer Wei­ter­ent­wick­lung opti­miert auf die ver­än­der­ten Betriebs­ver­hält­nis­se als Solarbatterie.

2. Lithi­um-basier­te Bat­te­rien, ursprüng­lich für Klein­ge­rä­te wie Lap­tops ent­wickelt, inzwi­schen aber favo­ri­siert für die Elek­tro­mo­bi­li­tät mit hoher Spei­cher­ka­pa­zi­tät bei gerin­gem Gewicht. Die Betriebs­ver­hält­nis­se dort sind ver­gleich­bar mit denen einer PV-Anla­ge zur Eigen­ver­sor­gung: mög­lichst schnel­le Auf­la­dung und vie­le klei­ne Teilentladungen.

Die für den Betrieb in Solar­an­la­gen wesent­li­chen Eigen­schaf­ten und die Unter­schie­de zwi­schen den Syste­men sind:

Die Kapa­zi­tät gibt den Betrag der Ener­gie in kWh an, die gespei­chert wer­den kann. Die Nenn­ka­pa­zi­tät gibt die Ener­gie­men­ge an, die bei der Erst­la­dung gespei­chert wer­den kann. Bat­te­rien dür­fen aber nie wie­der zu 100% ent­la­den wer­den, dies wür­de ihre Lebens­dau­er dra­stisch ver­kür­zen. Lithi­um­bat­te­rien dür­fen tie­fer ent­la­den wer­den als Blei­bat­te­rien, d.h. deren Nutz­ka­pa­zi­tät ist bei glei­cher Nenn­ka­pa­zi­tät grö­ßer, oder umge­kehrt, bei glei­cher gewünsch­ter Nutz­ka­pa­zi­tät muss die Blei­bat­te­rie für eine höhe­re Nenn­ka­pa­zi­tät dimen­sio­niert wer­den. Man­che Her­stel­ler geben gleich die Nutz­ka­pa­zi­tät an. Man muss also schon sehr genau hin­schau­en. Manch­mal fin­det man auch eine Kapa­zi­täts­an­ga­be in Ah. Dies ist eigent­lich kein Maß für Ener­gie, ist aber für Star­ter- und Klein­bat­te­rien üblich und hat dort eine gewis­se prak­ti­sche Bedeu­tung, jedoch nicht für die hier behan­del­te Anwen­dung als Solarstromspeicher.

Die Lei­stung in kW ist eine Anga­be, die meist im Zusam­men­hang mit dem ver­wen­de­ten Wech­sel­rich­ter steht. Sie gibt die Anschluß­lei­stung des größ­ten Gerä­tes oder die Sum­men­lei­stung einer Gerä­te­grup­pe an, die gleich­zei­tig von dem Wech­sel­rich­ter aus der Bat­te­rie mit Strom ver­sorgt wer­den kön­nen. Dies ist pri­mär eine Dimen­sio­nie­rungs­grö­ße für den Wech­sel­rich­ter und nur sekun­där abhän­gig von der Bat­te­rie. Gän­gi­ge Wer­te sind für klei­ne­re Anla­gen (ein­pha­sig) 1,5 kW, für grö­ße­re Anla­gen (drei­pha­sig) um die 3 kW, was für Pri­vat­haus­hal­te völ­lig aus­rei­chend ist.

Die Lebens­dau­er wird meist in sog. Voll­lade­zy­klen ange­ge­ben. In die­sem Punkt unter­schei­den sich die bei­den Bat­te­rie-Syste­me. Die Anga­ben für Lithi­um­bat­te­rien sind meist höher als die für Blei­bat­te­rien. Ein Voll­lade­zy­klus (100% Ladung und anschlie­ßen­de 100% Ent­la­dung) ist ein theo­re­ti­scher Wert, denn die Bat­te­rien dür­fen nicht voll ent­la­den wer­den (s.o.) und der prak­ti­sche Betrieb wird auch aus vie­len Teil­ent­la­dun­gen mit anschlie­ßen­der Teil­la­dung auf 100% bestehen. Es wer­den des­halb immer meh­re­re Teil­zy­klen zu einem Voll­zy­klus auf­ad­diert. Man geht davon aus, dass in der hier vor­lie­gen­den Betriebs­wei­se – Strom­be­darfs­deckung für Pri­vat­haus­hal­te – im Jahr etwa 200 bis maxi­mal 250 Voll­lade­zy­klen ent­ste­hen. Her­stel­ler­an­ga­ben von 4500 bis 5000 Lade­zy­klen wür­den somit für Nut­zungs­dau­ern von ca. 20 Jah­ren voll ausreichen.

Außer der Lebens­dau­er­be­gren­zung durch die Lade­zy­klen gibt es auch noch eine sog. kalen­da­ri­sche Lebens­dau­er, wofür in den Her­stel­ler­an­ga­ben nur sehr vage Anga­ben gemacht werden.

Man kann sich dies wie einen Alte­rungs­pro­zess, bzw. wie einen inne­ren Ver­schleiß vor­stel­len, der u.A. vom mitt­le­ren Lade­zu­stand sowie von äuße­ren Ein­satz-Ver­hält­nis­sen, z.B. Umge­bungs­tem­pe­ra­tur, abhän­gig ist. Da die­se vom Bat­te­rie­her­stel­ler nicht beein­flusst wer­den kön­nen, sind kon­kre­te Anga­ben über die kalen­da­ri­sche Lebens­dau­er kaum mög­lich. Die tat­säch­li­che Gebrauchs­dau­er setzt sich in der Pra­xis ohne­hin aus bei­den Wer­ten zusam­men, der Zahl der Lade­zy­klen und der kalen­da­ri­schen Alte­rung. Prak­tisch äußert sich bei­des in einem Rück­gang der Nenn­ka­pa­zi­tät. Der Grenz­wert für die Anga­be der Lebens­dau­er wur­de auf 80% der Nenn­ka­pa­zi­tät fest­ge­legt. Die Bat­te­rie ist also dann noch nicht unbrauch­bar, sie kann durch­aus noch eini­ge Zeit wei­ter betrie­ben wer­den. Ins­be­son­de­re, wenn sie groß­zü­gig dimen­sio­niert wur­de. Prä­zi­ser wäre des­halb der Begriff „Gebrauchs­dau­er“.

Bezüg­lich der so defi­nier­ten Gebrauchs­dau­er unter­schei­den sich wie­der die bei­den Bat­te­rie-Tech­no­lo­gien. Für Blei-basier­te Bat­te­rien wer­den all­ge­mein Lebens­dau­ern von 10 Jah­ren genannt. Die­sen Wert kann man als gesi­chert anse­hen, denn mit Blei­bat­te­rien gibt es genü­gend Lang­zeit­er­fah­run­gen. Für Lithi­um-basier­te Bat­te­rien wer­den all­ge­mein Wer­te von 20 Jah­ren genannt. Hier­bei han­delt es sich z.Z. noch um eine Hoch­rech­nung aus gesi­cher­ten Labor­wer­ten, weil es mit den neue­sten Ent­wick­lun­gen die­ses Bat­te­rie­typs noch kei­ne prak­ti­schen Lang­zeit­er­fah­run­gen geben kann. Immer­hin gibt es bereits Her­stel­ler, die im Zusam­men­hang mit Gesamt­sy­ste­men und defi­nier­ten Ein­satz­be­din­gun­gen eine 10-jäh­ri­ge Garan­tie anbie­ten. Dies kann ein Her­stel­ler nur dann tun wenn er sicher ist, dass die über­wie­gen­de Mehr­zahl sei­ner Pro­duk­te eine deut­lich län­ge­re Lebens­dau­er hat.

Wei­te­re Unter­schie­de lie­gen im Gewicht und im Anschaf­fungs­preis. Lithi­um-Bat­te­rien haben bei glei­cher Nenn­ka­pa­zi­tät ein erheb­lich gerin­ge­res Gewicht, aber einen höhe­ren Anschaf­fungs­preis als Blei-Bat­te­rien. Das Gewicht spielt bei dem Anwen­dungs­fall als Solarbat­te­rie wohl nur eine unter­ge­ord­ne­te Rol­le. Bei der Elek­tro­mo­bi­li­tät ist jedoch sowohl das Gewicht als auch die Gebrauchs­dau­er ein ent­schei­den­der Fak­tor. Man kann des­halb davon aus­ge­hen, dass sich die zukünf­ti­ge Bat­te­rie­ent­wick­lung auf die Lithi­um­tech­no­lo­gie fokus­siert. Der höhe­re Anschaf­fungs­preis wird sicher durch die höhe­re Nutz­ka­pa­zi­tät und die län­ge­re Gebrauchs­dau­er aufgewogen.

Die Inter­net­sei­te von Sola­ri­fy, einem Infor­ma­ti­ons­por­tal der „Agen­tur Zukunft“ und der „Max-Planck-Gesell­schaft“ ent­hält eine Gra­phik, wel­che die 20 umsatz­stärk­sten Lie­fe­ran­ten für Solarbat­te­rien zeigt. Die­se Gra­phik ent­stammt dem „Spei­cher­mo­ni­to­ring 2016“ der Rhei­nisch-West­fä­li­schen Hoch­schu­le Aachen (RWTH), die im Auf­trag des Bun­des-Wirt­schafts­mi­ni­ste­ri­um jähr­lich die­sen Markt son­diert und bewer­tet. Der kom­plet­te Bericht kann kosten­los her­un­ter gela­den werden.

Die­se Liste ent­hält bekann­te Namen, die man schon von den Auto­bat­te­rien kennt. Es gibt aber auch eini­ge neue, die spe­zi­ell mit der Solar­tech­nik auf die­sen Markt gekom­men sind. Her­aus­ra­gend sind die ersten vier, die zusam­men über 60% des Mark­tes bedie­nen. Die­se sind: Son­nen­bat­te­rie, Sen­ec, SMA und E3/DC. Die­se vier lie­fern vor allem auch Kom­plett­sy­ste­me. Was man dar­un­ter ver­steht, wel­che unter­schied­li­chen Aus­bau­gra­de hier­bei mög­lich sind und wie ein ange­pass­tes Ener­gie­ma­nage­ment den spe­zi­fi­schen Betrieb opti­miert, dazu mehr im näch­sten Kapitel.

Die­ter Lenzkes
Bürger-für-Bürger-Energie
www​.bfb​-ener​gie​.de

Hin­ter­grund zu die­ser Serie

Alle Arti­kel der Serie