Energie- und Umweltagentur des Landes NÖ
Energieberatung

Stromspeicher für den Haushalt

Haushalte mit einer Photovoltaikanlage nutzen durchschnittlich ein Viertel des erzeugten Stromes selbst. Für einen höheren Eigenverbrauch kann ein Stromspeicher installiert werden. Ist ein Stromspeicher empfehlenswerte Investition? Wir haben recherchiert.

Viele BesitzerInnen einer Photovoltaikanlage möchten gerne den selbst erzeugten Strom sofort im Haushalt verwenden. Erzeugung und Verbrauch stimmen aber selten überein. Um die Mittagszeit produziert die Anlage sehr viel Strom, aber der Stromverbrauch ist gering, weil niemand zuhause ist. Am Abend wird viel Strom benötigt, die Anlage erzeugt aber nur mehr wenig davon. Mit einem Stromspeicher kann der Strom genau dann genutzt werden, wann er gebraucht wird. Einige Produkte können sogar während eines Stromausfalls als Notstromversorgung verwendet werden.

Wie arbeitet ein Stromspeicher?

Ein Stromspeicher besteht aus einem Akku (auch Batterie genannt) und einem intelligenten Lade- und Entladesystem. Das Ladesystem überwacht die Stromproduktion der PV-Anlage. Ist sie höher als der Stromverbrauch des Hauses, wird mit dem Überschuss vorrangig der Akku geladen. Erst dann erfolgt die Einspeisung in das Netz.
Nachts, wenn die PV-Anlage keinen Strom liefert, steht der gespeicherte Strom für den Haushalt zur Verfügung. Das Entladesystem liefert genau so viel Strom an die Haushaltsgeräte wie sie benötigen.

Netzoptimierter Betrieb

Aufgeladen wird ein Stromspeicher mit Überschuss-Strom der Photovoltaik-Anlage. Viele Anlagen produzieren bereits am Vormittag genug Überschuss-Strom, um den Stromspeicher zu laden. Hohe Stromerträge, die meist zur Mittagszeit auftreten, müssen dann ins Stromnetz eingespeist werden. Speisen viele PV-Anlagen an einem Standort gleichzeitig ein, belastet das die Stromnetze.

Bei einem netzoptimierten Betrieb reserviert das Ladesystem einen gewissen Speicherplatz für die PV-Spitzenleistung zur Mittagszeit und beginnt erst dann mit der vollständigen Ladung des Akkus. Dadurch werden hohe Einspeisespitzen verhindert und das Stromnetz wird entlastet. In Zukunft könnte der netzoptimierte Betrieb durch höhere Einspeisetarife belohnt werden.

Speichergröße

Bei der Dimensionierung von Stromspeichern ist darauf zu achten, dass die Speicherkapazität optimal genutzt wird. Zu große Speicher sind unnötig teuer. Zu kleine Speicher können im Bedarfsfall nicht ausreichend Strom zur Verfügung stellen.

Faustformel: 1 : 1 : 1

Stehen der jährliche Strombedarf, die Stromerzeugung der PV-Anlage und die Speicherkapazität im Verhältnis 1:1:1, dann können rund 60 % des erzeugten PV-Stroms direkt verbraucht werden.
Beispiel für ein Einfamilienhaus: Bei einem Gebäude mit einem jährlichen Stromverbrauch von 4.000 kWh und einer PV-Anlage mit einer Stromerzeugung von 4.000 kWh ergibt sich eine optimale Speichergröße von 4 kWh Nettospeicherkapazität.

Für eine grobe Berechnung der Speichergröße steht auch der kostenlose PV-Eigenverbrauchsrechner zur Verfügung.

Bitte beachten Sie, dass weder die Faustformel noch der Rechner eine detaillierte Planung durch Fachleute ersetzt.

Kosten für Stromspeicher

Die Anschaffungskosten eines Stromspeichers für ein Einfamilienhaus liegen zwischen 5.000 und 10.000 Euro. Pauschalpreise können nur schwer angegeben werden, da die Kosten stark von Faktoren wie Speicherkapazität, Ladezyklen, Entladungstiefe und Installationsart abhängen. Auch die garantierte Energieversorgung bei Stromausfällen schlägt sich im Preis nieder.

Systeme mit Bleispeicher sind billiger als jene mit Lithium-Ionen Speicher, die Speicher haben allerdings eine kürzere Lebenserwartung. Zu beachten ist auch, dass bei einem Bleispeicher für dieselbe Speicherkapazität der Speicher beinahe doppelt so groß sein muss wie ein Lithium-Ionen Speicher.

Eine Förderung für Stromspeicher wird von der Bundesregierung regelmäßig in Form eines Investitionszuschusses angeboten. In den letzten Jahren war das Fördergeld immer sehr schnell vergeben. Informationen zur Speicherförderung finden Sie auf der Homepage der Abwicklungsstelle für Ökostrom.

Pro und Kontra von Stromspeichern

Das spricht für einen Speicher:

  • Der eigene PV-Strom kann rund um die Uhr selbst konsumiert werden.
  • Einige Systeme bieten Unabhängigkeit vom Stromnetz und garantierte Energieversorgung bei Stromausfällen.
  • Einiges deutet darauf hin, dass in Zukunft variable Stromkosten eingeführt werden. Mit einem Stromspeicher können Sie immer den günstigsten Strom einkaufen.

Das spricht gegen einen Speicher:

  • Stromspeicher für den Haushalt sind teuer. Ein wirtschaftlicher Einsatz ist bei den derzeitigen Strompreisen nur mit Förderung gegeben.
  • Werden die Einschaltzeiten der Haushaltsgeräte optimiert, kann auch viel PV-Strom selbst verbraucht werden. Diese Maßnahmen sind kostengünstiger als ein Stromspeicher und sollten vorher umgesetzt werden.
  • Wie bei jedem technischen Gerät können auch beim Stromspeicher Wartungs- und Reparaturkosten anfallen. Die Akkus haben eine begrenzte Lebensdauer.

Sind Stromspeicher nachhaltig?

Das Fraunhofer Institut in Deutschland untersuchte den Energieeinsatz bei der Herstellung von Lithium-Ionen Speichern. Pro Wattstunde (Wh) Speicherkapazität werden 500 - 600 Wh an Primärenergie benötigt. Bei halber Entladung entspricht das etwa 1.500 Ladezyklen. Ein Speicher mit 14.000 Ladezyklen kann demnach ca. 9-mal so viel Energie speichern, wie bei der Herstellung aufgebracht wurde.

Nachhaltigere Werte berechnete Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger von der Hochschule Landshut.  Er hat bei seinen Berechnungen für eine Speicheranwendung die Blei- und Lithium-Ionen Technik verglichen. Bei einer Nutzungsdauer von 20 Jahren haben sich Bleiakkus nach 1,86 Jahren und Lithium-Ionen Akkus nach 0,65 Jahren energetisch amortisiert. Details auf Ökologische-Bilanz-Batteriespeicher.

Informationen zur Nachhaltigkeit von Lithium-Batterien in Stromspeichern finden Sie auch unter Batterie & Rohstoffe.

Lebensdauer von Akkus und Batterien

Zwei Herstellerangaben können für eine Abschätzung der Lebensdauer herangezogen werden: Die Anzahl der Vollzyklen und die kalendarische Alterung.

Die Anzahl der Vollzyklen liegt bei Lithium-Ionen Akkus zwischen 5.000 und 14.000 vollständigen Be- und Entladungen. Wesentlich weniger schaffen Blei-Säure bzw. Blei-Gel Akkus. Nach 1.500 bis 3.000 Vollzyklen müssen Sie mit einem Tausch der Akkus rechnen. Wenn wir bei einem Durchschnittshaushalt ca. 250 Vollzyklen im Jahr annehmen, ist auch mit Bleiakkus eine Zyklen-Lebensdauer von 8 Jahren möglich.

Die kalendarische Alterung tritt durch den langsamen Zerfall der Bestandteile im Akku auf. Materialien im Akku verschleißen und chemische Verbindungen, die für die Speicherung der Energie verantwortlich sind, werden zersetzt.

Unser Tipp: Fragen Sie beim Kauf nach einer Vollgarantie für die Akkus durch den Hersteller. Sie sollte bei Lithium-Ionen Akkus 10 Jahre oder mehr betragen.

Weitere Grundlagen zur Speicherung von Strom

Elektrische Speicher werden als Akku oder Batterie bezeichnet. Sie können grundsätzlich nur Gleichstrom speichern. Ein bekanntes Beispiel ist die Autobatterie, sie wird mit Gleichstrom geladen und weist dann eine Gleichspannung von 12 Volt auf. Der geladene Strom wird z.B. für das Starten des Autos verwendet. Während der Fahrt wird sie wieder neu geladen. Die Stromspeicher im Haushalt arbeiten ähnlich. Sie können aber wesentlich mehr Strom speichern und haben höhere Spannungen, häufig sind es 48 Volt.

Lithium-Ionen Speicher sind die erste Wahl, um Strom im Haushalt zu speichern. Sie können oft geladen und entladen werden (Ladezyklen), sie haben eine hohe Energiedichte (Speicherkapazität pro kg) und einen hohen Wirkungsgrad. Auch der stetig fallende Preis macht den Einbau von Lithium-Ionen Akkus interessant.

Blei-Säure bzw. Blei-Gel Akkus sind günstiger als Lithium-Ionen Speicher, haben aber wesentliche Nachteile bei der Speicherung und bei der Haltbarkeit. Sie werden durch die sinkenden Preise der Lithium-Ionen Speicher immer mehr vom Markt verdrängt.

Mit der Nennkapazität geben die Hersteller von Akkus an, wie viel elektrische Energie der Akku speichern kann.

Entladetiefe oder Entladungsgrad (DoD - Depth of Discharge) beschreibt die mögliche Entladung eines Akkus ohne Schäden oder eine Verkürzung der Lebensdauer hervorzurufen. Sie wird in Prozent von der Nennkapazität angegeben. Bei einem vollgeladenen Akku mit 5 kWh Nennkapazität bedeutet 90 % Entladetiefe eine maximale Entnahme von 4,5 kWh Energie. Diese Energie wird als Nettokapazität eines Akkus bezeichnet und kann mit der Formel Nennkapazität * Entladetiefe berechnet werden.

Der Begriff Vollzyklen gibt an, wie oft ein Akku vollständig geladen werden kann ohne dass seine Kapazität unter 80 % der Nennkapazität sinkt. Der Begriff Ladezyklen wird für vollständige, aber auch teilweise Ladung verwendet. Für eine konkrete Aussage wird dann auch fast immer die Entladetiefe angegeben, z.B. „über 6000 Zyklen bei 90 %-iger Entladung“.

Ein intelligentes Batteriemanagement sorgt für eine optimale Ladung der Batterie. Es verhindert Entladungen unter den Entladungsgrad, um den Akku zu schützen. Genauso vermeidet es ein Überladen, weil dies vor allem bei der Lithium-Ionen-Technik sofort zur Zerstörung des Akkus führt.

Installation von Stromspeichern

Es werden zwei unterschiedliche Installationsarten für Stromspeicher angeboten:

Beim DC-gekoppelten Stromspeicher (von Direct Current = Gleichstrom) wird der Akku zwischen der PV-Anlage und dem Wechselrichter installiert. Weil auch die PV-Anlage Gleichstrom produziert, kann er ohne Umwandlung direkt im Akku gespeichert werden. Nur die hohe Spannung der PV-Anlage muss auf die niedrige Ladespannung des Speichersystems angepasst werden.
Dieses System hat eine hohe Effizienz, weil eine sehr direkte Ladung erfolgt und Umwandlungsverluste vermieden werden. Es kann aber nur umgesetzt werden, wenn die Installation gleichzeitig mit der PV-Anlage erfolgt.

Beim AC-gekoppelten Stromspeicher (von Alternating Current = Wechselstrom) wird die Batterie zwischen Wechselrichter und dem Hausnetz montiert. Bei dieser Version wird der PV-Strom zuerst vom Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt. Für die Speicherung muss dieser Wechselstrom von einem eigenen Batteriewechselrichter wieder in Gleichstrom umgewandelt werden.
Dieses System hat höhere Umwandlungsverluste, ist aber sehr flexibel. AC-Systeme sind ideal, wenn bei einer bestehenden Solaranlage ein Stromspeicher nachgerüstet werden soll.

Grafik: Schematische Darstellung der elektrischen Schaltung für ein DC-gekoppeltes System und ein AC-gekoppeltes System.
Ein DC-gekoppelter Stromspeicher hat die bessere Effizienz während der AC-gekoppelte Stromspeicher einfacher in bestehende Anlagen eingebaut werden kann.

So wie Photovoltaiksysteme können auch Speichersysteme entweder 1-phasig oder 3-phasig ausgeführt werden. Bei einphasigen Speichersystemen wird nur eine Phase des Hausstromnetzes mit dem Speichersystem verbunden. Nur Geräte, die an dieser Phase angeschlossen sind, können mit gespeichertem PV-Strom betrieben werden. Mittlerweile gibt es immer mehr dreiphasige Speichersysteme. Sie können alle drei Phasen im Haus mit gespeichertem PV-Strom versorgen.

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