Energie speichern und später nutzen: Wie funktioniert ein Stromspeicher?

Während die Einspeisevergütung für Solarstrom stark gesunken ist, sind die Strompreise fleißig gestiegen. Parallel dazu sind Solarmodule und passende Stromspeicher günstiger denn je. Kein Wunder also, dass immer mehr Hausbesitzer den eigenen Sonnenstrom für sich selbst nutzen möchten, um so einen Großteil ihrer Stromkosten einzusparen. Den Schlüssel hierzu stellen Stromspeicher dar, da diese die Energie speichern und den erzeugten Strom genau dann zur Verfügung stellen, wenn er benötigt wird – vorzugsweise in den frühen Morgen- und Abendstunden sowie nachts. Doch wie funktioniert der Speichervorgang genau?

Der Strom einer Photovoltaik-Anlage kann entweder direkt im Haus verbraucht, gespeichert oder ins Netz gespeist werden. Während er früher komplett ins Netz gespeist wurde, wird er heute zunächst für den Eigenverbrauch genutzt. In der Praxis bedeutet das, dass aktive Stromverbraucher wie Kühl- und Gefrierschränke, Fernseher, PC oder andere Haushaltsgeräte direkt mit eigenem Sonnenstrom betrieben werden. Steht mehr Solarstrom zur Verfügung als gerade benötigt wird, fließt dieser in die Batterie des Speichers. Batterien auf Lithium-Eisenphosphat-Basis, wie sonnen sie anbietet, können mehr als 10.000 Mal be- und entladen werden. Das ist deutlich mehr als es bei einem Handy (500 Mal) oder einem Elektroauto (2000 Mal) der Fall ist.

Erst wenn der heimische Speicher vollends geladen ist, wird der nicht benötigte Solarstrom ins Stromnetz eingespeist. Momentan liegt die Einspeisevergütung dafür bei 11,2 Cent/kWh*. Der Solarstrom, der nicht selbst verbraucht werden kann, sorgt also für zusätzliche Einnahmen. Da die Höhe der Vergütung davon abhängt, wie viele PV-Anlagen errichtet werden, werden diese Einnahmen also langfristig weiter sinken. Wer zu lange mit dem Kauf einer Solaranlage zögert, verzichtet also auf staatlich garantierte Einnahmen für 20 Jahre.

Die wichtigste Einnahmequelle bleibt aber der Eigenverbrauch. Jede Kilowattstunde, die selbst erzeugt wird, muss nicht bezahlt werden. Die Energie zu speichern lohnt sich also. Denn wird in den Abend- oder Nachtstunden Strom benötigt, steht der gespeicherte Solarstrom zur Verfügung. Dieser wird natürlich auch genutzt, sollte der Stromverbrauch tagsüber höher sein als die von der PV-Anlage produzierte Menge. Dabei ist es unerheblich, ob der Solarspeicher bereits vollständig oder erst teilweise geladen ist. Erst wenn auch der gespeicherte Sonnenstrom verbraucht ist, wird Strom vom Energieversorger bezogen. Das Ergebnis: hoher Eigenverbrauch – in Deutschland sind 70 bis 75 Prozent leicht möglich –  zu niedrigen Kosten! 

Die sonnenBatterie - Ein Blick ins Innere eines Lithium-Speichers.

sonnen verwendet von Anfang an Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren in der sonnenBatterie. Dabei handelt es sich um eine Variante des Lithium-Ionen-Akkus, die 1997 an der University of Texas entwickelt wurde. Dabei kommt Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) anstatt Lithium-Cobaltoxid (LiCoO2) als Kathodenmaterial zum Einsatz. Neben der höheren Sicherheit und der längeren Lebensdauer bietet diese Variante auch  bessere Umwelteigenschaften da keine giftigen Schwermetalle in den Elektroden stecken.

Die positive Elektrode, die Anode, besteht aus Graphit oder hartem Kohlenstoff mit eingelagertem Lithium. Beide Elektroden sind von einem Elektrolyten, einer Flüssigkeit umgeben. Der Elektrolyt ist für den Stofftransport zuständig. Ein Separator – zumeist Kunststoff- oder Keramikfolien, die beide Elektroden voneinander trennen – ist zwar durchlässig für Teilchen, sorgt aber im Zusammenspiel mit dem Elektrolyten für eine elektrische Isolation. Der Aufbau entspricht also dem einer galvanischen Zelle, in der chemische in elektrische Energie umgewandelt wird.

In einem solchen Akkumulator wird nun beim Aufladen die aus Sonnenenergie gewonnene elektrische Energie in chemische umgewandelt. Wird Energie benötigt, wird die chemische Energie wieder in elektrische zurückverwandelt. Nach einer Entladung können die Akkus dann wieder neu aufgeladen werden. Dabei laufen die chemischen Prozesse in der Zelle umgekehrt ab. sonnen garantiert für seine Stromspeicher 10.000 solcher Ladezyklen. Danach ist der Speicher allerdings nicht kaputt, er kann durch die chemische Abnutzung eben nur nicht mehr so viel Energie speichern wie am Anfang. Werte zwischen 70 und 80 % der ursprünglichen Kapazität gelten hier als Ende der Lebensdauer.

Den passenden Solarstromspeicher finden.

Neben der Langlebigkeit gibt es weitere Kriterien, die bei der Auswahl eines Solarstromspeichers für das eigene Heim ausschlaggebend sind:

Grundsätzlich sollte der Speicher natürlich groß genug sein, um den Haushalt von den Abendstunden an bis zum nächsten Morgen – also in der Zeit, wo die Sonne nicht scheint und kein Sonnenstrom zur direkten Nutzung zur Verfügung steht – mit Strom zu versorgen. In etwa kann für einen durchschnittlichen Vier-Personen-Haushalt von einem Jahresstromverbrauch von etwa 4.500 Kilowattstunden ausgegangen werden. Um den Bedarf des eigenen Haushaltes genauer zu ermitteln, empfiehlt es sich, den Stromverbrauch der letzten fünf Jahre anzuschauen. Die genaue, auf die individuellen Bedürfnisse zugeschnittene Dimensionierung  des Speichers nimmt dann ein Installateur vor.

Nicht zu vernachlässigen ist auch der Wirkungsgrad. Bei der oben beschriebenen Umwandlung von elektrischer in chemische Energie (und zurück) ergeben sich Umwandlungsverluste – ein Teil der Energie wird in Wärme umgewandelt. Dieser Teil sollte natürlich möglichst gering sein! Für eine effiziente Energieübertragung sollte der Gesamtwirkungsgrad eines Solarstromspeichers möglichst hoch sein. Welche Faktoren hier wichtig sind, fasst der neue Effizienzleitfaden zusammen.

Hier geht es zum Effizienzleitfaden für Stromspeicher (Video)

Und noch eine Größe ist wichtig, nämlich an welcher Stelle des heimischen Stromkreislaufes der Solarstromspeicher integriert wird. Denn: Die Solaranlage auf dem Dach produziert Gleichstrom (DC), auch die Batterie speichert Gleichstrom. Doch für den Gebrauch im Haushalt wird Wechselstrom (AC) benötigt. Für die Umwandlung wird ein Wechselrichter benötigt. Am Markt gibt es sowohl DC-Speicher, welche direkt an die PV-Anlage angeschlossen werden und auf der anderen Seite dann Wechselstrom für den Haushalt bereitstellen. Und es gibt AC-Speicher, die direkt an den Wechselrichter der PV-Anlage angeschlossen werden und somit schon mit Wechselstrom beliefern. Generell lässt sich festhalten: DC-Systeme können zusätzliche Bauteile wie den PV-Wechselrichter sparen, wohingegen AC-Systeme sehr flexibel sind. Welches System das „richtige“ ist, variiert also von Fall zu Fall. sonnen bietet beides an und kann so jederzeit gezielt den passenden Speicher anbieten.

Ist der passende Stromspeicher fürs Eigenheim gefunden, können Hausbesitzer einen wichtigen Beitrag zur Integration erneuerbarer Energien ins Stromnetz leisten. Zudem lassen sich solche dezentralen Speicher perfekt ins Smart Home integrieren und sorgen so neben einer effizienteren Energienutzung auch für eine Erhöhung der Wohn- und Lebensqualität, sowie der Sicherheit.

* Stand vom 1. März 2019